Стаття
Аерокосмічна інженерія · Орбітальна механіка · ⏱ ≈ 13 хв читання · Останнє оновлення: 23 червня 2026 р.

Гоманівська перехідна орбіта — паливно-оптимальний двоімпульсний маневр

Вальтер Гоман довів у 1925 році, що найбільш паливно-економний спосіб перейти між двома круговими компланарними орбітами — це єдина еліптична перехідна дуга, що потребує лише двох коротких увімкнень двигуна. Попри свій вік — і попри появу електричних двигунів та гравітаційних маневрів — гоманівський перехід залишається еталоном для порівняння орбітальних маневрів і застосовується безпосередньо в утриманні супутників на позиції, геоперехідних орбітах (GTO) та проєктуванні польотів до Місяця.

1. Основи орбітальної механіки

Гравітація Ньютона + інерція → орбіти у вигляді конічних перерізів (Кеплер) Гравітаційний параметр: μ = GM (μ_Землі = 3.986×10¹⁴ м³/с²) Швидкість на круговій орбіті радіуса r: v_c = √(μ/r) НОО (r=6571 км): v_c = 7.78 км/с ГСО (r=42164 км): v_c = 3.07 км/с Орбіта Місяця (r=384400 км): v_c = 1.02 км/с Орбітальна енергія (питома): ε = −μ/(2a) e < 1 (еліпс), e = 1 (парабола), e > 1 (гіпербола) Велика піввісь a: середнє з перицентра й апоцентра a = (r_p + r_a) / 2

2. Рівняння vis-viva

Збереження енергії: KE + PE = стала = ε v² / 2 − μ/r = −μ/(2a) → Vis-viva: v² = μ · (2/r − 1/a) Окремі випадки: Кругова орбіта (r=a): v = √(μ/r) ✓ Апоцентр (r=r_a, v=v_a): v_a² = μ(2/r_a − 1/a) (повільніше) Перицентр (r=r_p, v=v_p): v_p² = μ(2/r_p − 1/a) (швидше) Швидкість втечі з кругової орбіти: додаючи Δv = v_e − v_c, де v_e = √(2μ/r) = v_c·√2 Δv_esc = v_c(√2 − 1) ≈ 0.414 · v_c З НОО: Δv_esc ≈ 3.22 км/с понад v_c = 7.78 км/с

3. Виведення гоманівського переходу

Постановка: перехід із кругової орбіти r₁ на кругову орбіту r₂ (r₂ > r₁) Велика піввісь перехідного еліпса: a_t = (r₁ + r₂) / 2 Крок 1 — Δv₁ у перицентрі (відліт з r₁): v_t,peri = √(μ(2/r₁ − 1/a_t)) (швидкість перехідної орбіти на r₁) v_c1 = √(μ/r₁) (кругова швидкість на r₁) Δv₁ = v_t,peri − v_c1 (за рухом: + додає швидкість) Крок 2 — Δv₂ в апоцентрі (прибуття на r₂): v_t,apo = √(μ(2/r₂ − 1/a_t)) (швидкість перехідної орбіти на r₂) v_c2 = √(μ/r₂) (кругова швидкість на r₂) Δv₂ = v_c2 − v_t,apo (за рухом: округлення орбіти) Загальна Δv місії: Δv_total = |Δv₁| + |Δv₂| Приклад НОО Землі (400 км) → ГСО: r₁ = 6778 км, r₂ = 42164 км Δv₁ = 2.43 км/с, Δv₂ = 1.47 км/с Δv_total ≈ 3.90 км/с (реальні місії GTO також додають ~1.5 км/с зміни площини до нахилу 0°)

4. Час переходу та фазовий кут

Третій закон Кеплера: T² ∝ a³ → T = 2π√(a³/μ) Час переходу = половина періоду перехідного еліпса: t_H = π√(a_t³/μ) = π√((r₁+r₂)³/8μ) Час переходу НОО → ГСО: a_t = (6778 + 42164)/2 = 24471 км t_H = π√((24.471×10⁶)³ / 3.986×10¹⁴) ≈ 19070 с ≈ 5.3 години Фазовий кут θ, потрібний при відльоті: ціль має бути попереду на ωt_H − π радіан: θ = π(1 − √((r₁+r₂)³/(8r₂³))) [радіан] НОО → ГСО: θ ≈ 105° перед цільовим супутником на ГСО Стартові вікна повторюються з періодом T_syn = (1/T₁ − 1/T₂)⁻¹

5. Порівняння з біеліптичним переходом

Біеліптичний: три імпульси — відлетіти до r_b >> r₂, потім повернутися Імпульс 1: r₁ → перигей переходу₁ (Δv₁) Імпульс 2: на r_b → вхід у перехід₂ (Δv₂) Імпульс 3: округлення орбіти на r₂ (Δv₃) Коли біеліптичний кращий? Економія виникає, коли r₂/r₁ > ~11.94 (нижче цього оптимальним є гоманівський) Для r₂/r₁ ≈ 15.58+: біеліптичний завжди виграє незалежно від r_b Для 11.94 < відношення < 15.58: залежить від r_b Приклад r₁=НОО, r₂=r₁×20 (≫ ГСО): гоманівський Δv ≈ 6.20 км/с Біеліптичний (r_b=∞): Δv ≈ 5.77 км/с — заощаджує 0.43 км/с Компроміс: час польоту може сягати років, якщо r_b дуже велике Практичне застосування: біеліптичний заощаджує пальне для виходу в далекий космос ціною значно довшого часу переходу.

6. Зміни площини та комбіновані маневри

Чиста зміна площини (зміна нахилу Δi при швидкості v): Δv_plane = 2v · sin(Δi/2) На НОО (v=7.78 км/с), Δi=28.5° (від екваторіальної до майже полярної): Δv_plane = 2 × 7.78 × sin(14.25°) ≈ 3.83 км/с — дуже дорого! Комбінований маневр (зміна площини + зміна швидкості в апоцентрі): Δv = √(v₁² + v₂² − 2v₁v₂cos(Δi)) Оптимально: виконувати зміну площини в апоцентрі, де v мінімальна Саме тому запуски GTO використовують r_a поблизу ГСО — Δv_plane там коштує приблизно на 50% менше Міжпланетна C3: C3 = v_∞² (надлишкова гіперболічна енергія, км²/с²) Потрібна Δv з НОО = √(v_e² + C3) − v_LEO Земля→Марс (гоманівський): C3 ≈ 8.7 км²/с² → Δv≈3.6 км/с з НОО Земля→Юпітер: C3 ≈ 80 км²/с² → Δv≈6.3 км/с з НОО

7. Гоманівський калькулятор на JavaScript

// Калькулятор гоманівської перехідної орбіти
const MU_EARTH = 3.986004418e14; // м³/с²
const R_EARTH  = 6371000;         // м

function hohmann(r1, r2, mu = MU_EARTH) {
  const at = (r1 + r2) / 2;
  const vc1 = Math.sqrt(mu / r1);
  const vc2 = Math.sqrt(mu / r2);
  const vt_peri = Math.sqrt(mu * (2/r1 - 1/at));
  const vt_apo  = Math.sqrt(mu * (2/r2 - 1/at));
  const dv1 = vt_peri - vc1;
  const dv2 = vc2 - vt_apo;
  const tof = Math.PI * Math.sqrt(at**3 / mu); // секунди
  return { dv1, dv2, dvTotal: Math.abs(dv1) + Math.abs(dv2), tof, at };
}

function biElliptic(r1, r2, rb, mu = MU_EARTH) {
  const a1 = (r1 + rb) / 2;
  const a2 = (rb + r2) / 2;
  const vc1 = Math.sqrt(mu/r1);
  const vc2 = Math.sqrt(mu/r2);
  const v1p  = Math.sqrt(mu*(2/r1 - 1/a1));
  const v1a  = Math.sqrt(mu*(2/rb - 1/a1));
  const v2p  = Math.sqrt(mu*(2/rb - 1/a2));
  const v2a  = Math.sqrt(mu*(2/r2 - 1/a2));
  const dv1 = Math.abs(v1p - vc1);
  const dv2 = Math.abs(v2p - v1a);
  const dv3 = Math.abs(vc2 - v2a);
  return { dv1, dv2, dv3, dvTotal: dv1+dv2+dv3 };
}

// НОО (висота 400 км) → ГСО (висота 35786 км)
const r1 = R_EARTH + 400e3;
const r2 = R_EARTH + 35786e3;
const h = hohmann(r1, r2);
console.log(`Δv₁: ${(h.dv1/1000).toFixed(3)} км/с`);  // ~2.43
console.log(`Δv₂: ${(h.dv2/1000).toFixed(3)} км/с`);  // ~1.47
console.log(`ToF: ${(h.tof/3600).toFixed(2)} год`);  // ~5.26

8. Реальні місії — GTO, місячні та міжпланетні

GTO → ГСО

Комерційні супутники запускають на GTO (400×35786 км), потім бортовий апогейний двигун надає ~1.5 км/с для округлення орбіти на ГСО. Потребує ~3 маневрів протягом кількох днів.

Трансмісячне виведення

TLI «Аполлона»: ~3.2 км/с з НОО. Гоманівський перехід до орбіти Місяця тривав би 5 днів — реальні екіпажі витрачали ~3 дні, використовуючи дещо не-гоманівську швидку траєкторію.

Місія на Марс

Гоманівський Земля–Марс: Δv ≈ 5.6 км/с, 8.5 місяця польоту. Стартові вікна трапляються кожні 26 місяців (синодичний період Земля–Марс). Curiosity та Perseverance використали цю дугу.

Гравітаційні маневри

Voyager, Cassini, New Horizons — не гоманівські орбіти. Гравітаційні маневри біля Юпітера, Сатурна дають по суті безкоштовну Δv, забираючи її з орбітальної енергії планети.

🚀 Відкрити орбітальну механіку →