على الرسم التخطيطي، تبدو الطريقة الخاطئة للذهاب إلى المريخ منطقية على نحو جميل. ارسم الأرض، وارسم المريخ، وانتظر حتى يقترب العالمان من بعضهما، ثم وجّه المركبة الفضائية عبر الفجوة بينهما. المشكلة أن المريخ لن يكون هناك عندما تصل المركبة. سيكون قد مضى في طريقه، منطلقًا حول الشمس بسرعة كوكبية.[3]
انتقال هوهمان هو مناورة مدارية كلاسيكية من دفعتين تنقل مركبة فضائية بين مدارين دائريين واقعين في المستوى نفسه، عبر ركوب نصف قطع ناقص. وصفه فالتر هوهمان عام 1925، بعدما كانت أفكار السفر إلى الفضاء قد طُرحت بالفعل في رواية الخيال العلمي Two Planets لكورد لاسفيتس عام 1897.[1]
الغريب في الأمر أن المسار الأكثر كفاءة ليس المسار الذي يبدو مستقيمًا. في رحلة من الأرض إلى المريخ، تغادر المركبة من قرب مدار الأرض، وتتبع مسارًا إهليلجيًا حول الشمس، ثم تلتقي بالمريخ تقريبًا عند منتصف ذلك القطع الناقص، أي على بعد 180 درجة من نقطة الانطلاق في الصورة المبسطة لانتقال هوهمان.[3] فالسفينة لا تُوجَّه نحو المريخ بقدر ما تُوجَّه نحو موعد مع المريخ.
نشر المهندس الألماني فالتر هوهمان هذه الطريقة عام 1925 في كتابه Die Erreichbarkeit der Himmelskörper، الذي يُترجم عادةً إلى The Attainability of Celestial Bodies.[4] كان ذلك قبل أن تضع الصواريخ أي شيء في المدار، وهذا ما يمنح حساباته نكهتها الخاصة. كان هوهمان يمارس ملاحة فضائية عملية في زمن كانت فيه الملاحة الفضائية لا تزال تنتمي جزئيًا إلى الرياضيات وجزئيًا إلى الخيال.
المناورة نفسها تكاد تكون متقشفة في بساطتها. تبدأ المركبة الفضائية في مدار دائري. وعند النقطة المناسبة، تشغّل محركها لفترة وجيزة لتدخل في مدار انتقال إهليلجي. لاحقًا، عند الطرف البعيد من ذلك القطع الناقص، تشغّل محركها مرة أخرى لتستقر في المدار الجديد كمدار دائري.[2] في الحالة المثالية القياسية، يكون المداران الابتدائي والنهائي دائريين وفي المستوى نفسه.[1]
الدَّفعتان
غالبًا ما يصف المهندسون هاتين الدفعتين بأنهما نبضتان، ليس لأن المحركات الحقيقية تعمل بلا زمن إطلاقًا، بل لأن النموذج الرياضي النظيف يعاملهما كتغيرين مفاجئين في السرعة.[2] عند رفع قمر صناعي من مدار أدنى إلى مدار أعلى، تحدث الدفعة الأولى عند النقطة المنخفضة من قطع الانتقال الناقص. أما الدفعة الثانية، التي تُسمّى أحيانًا دفعة الأوج، فتحدث عند النقطة العالية، حيث تضبط المركبة مسارها لتدخل المدار الدائري الأكبر.[5]
لهذا أصبح انتقال هوهمان واحدًا من الأدوات الأساسية في الميكانيكا المدارية. فهو يقدّم، بالنسبة إلى مدارين دائريين، وسيلة لربطهما بأقل تغير ممكن في السرعة في الحالة المعتادة ذات النبضتين.[2] وتغير أقل في السرعة يعني وقودًا دافعًا أقل، وفي رحلات الفضاء لا يكون الوقود تفصيلًا عابرًا. إنه كتلة، وتكلفة، وحمولة، وإمكانية.
هناك استثناءات بالطبع. يمكن لانتقالات ثنائية الإهليلج أن تتفوّق على انتقال هوهمان في بعض الحالات، وقد تتبع المركبات ذات الدفع المنخفض مسارات مختلفة تمامًا.[1] كما أن المساعدات الجاذبية، والالتقاط الباليستي، وشبكة النقل بين الكواكب، كلها تنتمي إلى صندوق أدوات أوسع لتصميم المهمات.[3] ومع ذلك، يظل انتقال هوهمان هو الصورة الصفية الواضحة التي تشرح لماذا لا يشبه السفر في الفضاء توجيه قارب عبر بحيرة.
تجعل صلة الخيال العلمي القصة تبدو أقل كأنها هامش، وأكثر كأنها مفصل تدور عنده الفكرة. فرواية كورد لاسفيتس Two Planets، المنشورة عام 1897، تخيلت السفر إلى الفضاء قبل عقود من أن تصبح الانتقالات المدارية لغة هندسية، ثم جاء عمل هوهمان اللاحق ليحوّل جزءًا من ذلك الحلم إلى مسار قابل للحساب.[1] لم تطلق تلك الفانتازيا القديمة مسبارًا بحد ذاتها. لكنها ساعدت في تهيئة الفضاء الذهني الذي يمكن فيه لشخص ما أن يسأل: كيف ستُحلّق رحلة كهذه فعلًا؟
في النهاية، انتقال هوهمان درس في الصبر مكتوب بلغة الهندسة. فالمركبة الفضائية لا تندفع نحو الكوكب. إنها تنفق وقودها في لحظتين قصيرتين، ثم تنساب على طول قطع ناقص غير مرئي، واثقةً بأنها عندما تبلغ الطرف البعيد، سيكون العالم الهدف قد وصل إلى هناك أيضًا.
