Der Hohmann-Transfer
1925 veröffentlichte der deutsche Ingenieur Walter Hohmann eine bahnbrechende Analyse des treibstoffeffizientesten Weges, ein Raumfahrzeug zwischen zwei Kreisbahnen zu transferieren. Seine Lösung — heute als Hohmann-Transferbahn bekannt — nutzt einen elliptischen Pfad, der beide Bahnen tangiert, und erfordert nur zwei Triebwerkszündungen: eine zum Verlassen der inneren Bahn und eine zum Kreisbahneinschuss auf der äußeren Bahn.
Die Eleganz des Hohmann-Transfers liegt in seiner Einfachheit. Beide Zündungen erfolgen an den Punkten, wo die Transferellipse die Kreisbahnen tangiert, was bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs nur im Betrag ändern muss, nicht in der Richtung. Dies minimiert den Treibstoffverbrauch für jedes Zwei-Impuls-Manöver.
Delta-v: Die Währung der Raumfahrt
In der Bahnmechanik ist Delta-v (Δv) die Schlüsselgröße für die Missionsplanung. Jedes Manöver kostet einen bestimmten Betrag an Δv, und das Treibstoffbudget des Raumfahrzeugs bestimmt seine Gesamt-Δv-Kapazität. Der Hohmann-Transfer liefert das minimale Δv für die Bewegung zwischen Kreisbahnen — etwa 3,6 km/s für einen Erde-Mars-Transfer.
Die Abflugzündung Δv₁ beschleunigt das Raumfahrzeug von seiner Kreisbahn auf die Transferellipse. Am anderen Ende kreisbahnisiert die Ankunftszündung Δv₂ die Bahn am Zielort. Für Transfers von innen nach außen sind beide Zündungen prograd (in Bewegungsrichtung).
Transferzeit und Kompromisse
Der Hohmann-Transfer tauscht Geschwindigkeit gegen Effizienz. Die Transferzeit beträgt genau die halbe Umlaufzeit der Transferellipse. Für eine Erde-Mars-Mission bedeutet das etwa 259 Tage Reisezeit. Schnellere Trajektorien existieren, erfordern aber erheblich mehr Treibstoff. Der Hohmann-Transfer bleibt die Referenz für alle interplanetaren Missionsplanungen.
Grenzen des Hohmann-Transfers
Wenn das Bahnverhältnis r₂/r₁ ungefähr 11,94 überschreitet, wird der bi-elliptische Transfer — der eine dritte Zündung auf einer sehr hohen Zwischenbahn hinzufügt — trotz längerer Dauer treibstoffeffizienter. In der Praxis werden für Missionen zu den äußeren Planeten Gravity Assists bevorzugt, weil sie «kostenloses» Delta-v liefern, indem sie Energie aus der Bahnbewegung eines Planeten borgen.