¿Por qué giran las naves espaciales?
Para los objetos en el espacio, la rotación es algo común. Cuando dos masas se mueven una respecto de la otra, pero no una hacia la otra o lejos de ella, su fuerza gravitacional crea un torque . Como resultado, en el sistema solar, todos los planetas giran alrededor del sol.Pero esto es lo que una persona no influyó. ¿Por qué giran las naves espaciales? Para estabilizar la situación, dirija constantemente los dispositivos en la dirección correcta y en el futuro, para crear gravedad artificial. Veamos estos problemas con más detalle.
Estabilización de rotación
Cuando miramos un automóvil, sabemos en qué dirección va. Su gestión se debe a la interacción con el entorno externo: la adherencia de las ruedas a la carretera. Donde giran las ruedas, todo el automóvil va allí. Pero si lo privamos de este embrague, si enviamos el auto con llantas calvas a andar en hielo, entonces girará en un vals, lo que será extremadamente peligroso para el conductor. Este tipo de movimiento rara vez ocurre en la Tierra, pero en el espacio esta es la norma.B. V. Rauschenbach, académico y galardonado con el Premio Lenin, escribió en "Spacecraft Motion Control" sobre tres tipos principales de tareas para controlar el movimiento de una nave espacial:- Obteniendo la trayectoria deseada (controlando el movimiento del centro de masa),
- Control de orientación, es decir, obtener la posición deseada del cuerpo de la nave espacial con respecto a puntos de referencia externos (control del movimiento de rotación alrededor del centro de masa);
- El caso cuando estos dos tipos de control se realizan simultáneamente (por ejemplo, cuando las naves espaciales se acercan entre sí).
La rotación del dispositivo se lleva a cabo para garantizar una posición estable de la nave espacial. Esto se demuestra claramente por el experimento en el video a continuación. La rueda montada en el cable tomará una posición paralela al piso. Pero si esta rueda no se ha torcido previamente, mantendrá su posición vertical. Y la gravedad no interferirá con esto. E incluso una carga de dos kilogramos fijada en el segundo extremo del eje no cambiará mucho la imagen.Robert Frost , un instructor y operador de la NASA, da un ejemplo de tal rotación : esta es la estación interplanetaria automática de Juno, lanzada en 2011 para estudiar a Júpiter y puesta en órbita el 5 de julio de 2016 . La rotación es uno de los métodos de orientación y estabilización , cuya principal ventaja es la rentabilidad. Vale la pena hacer girar el dispositivo una vez, y luego será posible hacerlo durante siglos, sin usar combustible en exceso y sin preocuparse por controlar el dispositivo electrónicamente. Si la electrónica del dispositivo falla, el Juno mantendrá la rotación.
Guardar instrucciones para electrodomésticos
Es difícil notarlo en los videos, pero la Estación Espacial Internacional gira constantemente a lo largo del eje Y a una velocidad de 4 grados por minuto. Esta velocidad angular se elige para sincronizar la rotación de la estación alrededor de su eje con su rotación alrededor de la Tierra. Las antenas son observadas por satélites GPS y satélites de comunicación, y es recomendable ver el planeta desde las ventanas de observación de la Tierra para capturarlo. La rotación y la aceleración también se utilizan para evitar colisiones con desechos espaciales.Algunas naves espaciales usan rotación para el control térmico para no sobrecalentar un lado, lo que puede provocar averías. La Estación Espacial Internacional no hace esto, a diferencia de otros vehículos que se están calentando de manera uniforme.En el video a continuación, puede ver cómo la estación mantiene su orientación con respecto a la Tierra.Durante los vuelos interplanetarios, los momentos de fuerzas creadas por la presión de la luz solar se destacan y esta presión puede ayudar al dispositivo a mantener la orientación deseada. La nave espacial "Venus" y "Marte" utilizaron el siguiente esquema de orientación: después de que el sistema de control le dio al dispositivo la posición deseada en relación con el Sol, se informó al cuerpo sobre la rotación alrededor de su propio eje. Luego, su movimiento alrededor del centro de masa se produjo bajo la acción de dos efectos: el efecto superior y el momento de las fuerzas creadas por la presión de la luz solar. El aparato adquirió las propiedades de una veleta. Un esquema tan complejo hizo posible asegurar una dirección constante de los paneles solares hacia el Sol.
Nave espacial "Venus-3"Creando gravedad artificial
Concepto Nautilus-X .Adaptado a la vida en condiciones de gravedad, el cuerpo logra sobrevivir sin él. Y no solo para sobrevivir, sino también para trabajar activamente. Pero este pequeño milagro no está exento de consecuencias. La experiencia adquirida durante décadas de vuelos tripulados al espacio ha demostrado: una persona experimenta muchas cargas en el espacio que dejan una marca en el cuerpo y la psique.En la Tierra, nuestro cuerpo está luchando con la gravedad, que arrastra la sangre hacia abajo. En el espacio esta lucha continúa, pero la fuerza de la gravedad está ausente. Por lo tanto, los astronautas están hinchados. La presión intracraneal aumenta, la presión sobre los ojos aumenta. Esto deforma el nervio óptico y afecta la forma de los globos oculares. El contenido de plasma en la sangre disminuye, y debido a una disminución en la cantidad de sangre que necesita bombearse, los músculos del corazón se atrofian. El defecto de la masa ósea es significativo, los huesos se vuelven frágiles.Para superar estos efectos, las personas en órbita se ven obligadas a hacer ejercicio a diario. Por lo tanto, la creación de gravedad artificial se considera deseable para viajes espaciales a largo plazo. Dicha tecnología debería crear condiciones fisiológicamente naturales para la habitación de las personas a bordo del dispositivo. Incluso Konstantin Tsiolkovsky creía que la gravedad artificial ayudaría a resolver muchos de los problemas médicos de los vuelos espaciales tripulados.
La idea en sí se basa en el principio de equivalencia de gravedad e inercia, que establece: “Las fuerzas de interacción gravitacional son proporcionales a la masa gravitacional del cuerpo, mientras que las fuerzas de inercia son proporcionales a la masa inerte del cuerpo. Si las masas inerciales y gravitacionales son iguales, entonces es imposible distinguir qué fuerza actúa sobre un cuerpo suficientemente pequeño dado: la fuerza gravitacional o inercial ".Hay desventajas en esta tecnología. En el caso de un dispositivo con un radio pequeño, diferentes fuerzas afectarán las piernas y la cabeza: cuanto más lejos del centro de rotación, más fuerte es la gravedad artificial. El segundo problema es la fuerza de Coriolis , debido al impacto del cual una persona moverá el movimiento al moverse en relación con la dirección de rotación. Para evitar esto, el dispositivo debe ser enorme. Y la tercera cuestión importante está relacionada con la complejidad del desarrollo y montaje de dicho aparato. Al crear dicho mecanismo, es importante considerar cómo hacer posible que la tripulación acceda constantemente a los compartimentos con gravedad artificial y cómo hacer que este toro se mueva suavemente.En la vida real, dicha tecnología aún no se ha utilizado para la construcción de naves espaciales. Se propuso un módulo inflable por gravedad artificial para que la ISS demuestre el prototipo de la nave espacial Nautilus-X. Pero el módulo es costoso y crearía vibraciones significativas. Hacer la ISS completa con gravedad artificial con cohetes actuales es difícil: sería necesario recolectar todo en órbita en partes, lo que a veces complicaría el alcance de las operaciones. Y también esta gravedad artificial tacharía la esencia misma de la EEI como un laboratorio de microgravedad volador.
El concepto de un módulo inflable con microgravedad para la ISS.Pero la gravedad artificial vive en la imaginación de los escritores de ciencia ficción. El barco Hermes de la película The Martian tiene un toro giratorio en el centro, que crea gravedad artificial para mejorar la condición de la tripulación y reducir el efecto de la ingravidez en el cuerpo.
La Agencia Nacional Aeroespacial de EE. UU. Ha desarrollado una escala de preparación de la tecnología TRL de nueve niveles: del primero al sexto - desarrollo como parte de la investigación, del séptimo y superior - trabajo de desarrollo y demostración de la operatividad de la tecnología. La tecnología de la película "The Martian" corresponde hasta ahora solo al tercer o cuarto nivel.Hay muchos usos de esta idea en la literatura y las películas de ciencia ficción. En una serie de novelas de Arthur Clarke "Space Odyssey", se describió "Discovery One" en forma de mancuerna, cuyo significado es separar el reactor nuclear con el motor de la sala de estar. El ecuador de la esfera contiene un "carrusel" con un diámetro de 11 metros, que gira a una velocidad de aproximadamente cinco revoluciones por minuto. Esta centrífuga crea un nivel de gravedad igual al lunar, lo que debería evitar la atrofia física en la microgravedad.
"Discovery One" de la "Odisea del espacio"En la serie de anime Planetes, la estación espacial ISPV-7 tiene enormes habitaciones con gravedad terrestre familiar. La sala de estar y la zona de cultivo de plantas se encuentran en dos toros, girando en diferentes direcciones.
Incluso la ciencia ficción dura ignora el costo total de tal solución. Los entusiastas tomaron, por ejemplo, el barco "Elysium" de la película del mismo nombre. El diámetro de la rueda es de 16 kilómetros. Masa: alrededor de un millón de toneladas. El envío de productos a órbita cuesta $ 2,700 por kilogramo, SpaceX Falcon reducirá esta cifra a $ 1,650 por kilogramo. Pero los lanzamientos de 18382 tendrán que llevarse a cabo para entregar tal cantidad de materiales. Esto es 1 billón de 650 mil millones de dólares estadounidenses, casi cien presupuestos anuales de la NASA.Para los asentamientos reales en el espacio, donde las personas pueden disfrutar de la familiar aceleración de la gravedad de 9.8 m / s², todavía está lejos. Quizás la reutilización de piezas de cohetes y elevadores espaciales acercará esta era. Source: https://habr.com/ru/post/es396029/
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