Pourquoi les vaisseaux spatiaux tournent
Pour les objets dans l'espace, la rotation est une chose courante. Lorsque deux masses se déplacent l'une par rapport à l'autre, mais pas l'une vers l'autre ou en s'éloignant l'une de l'autre, leur force gravitationnelle crée un couple . En conséquence, dans le système solaire, toutes les planètes tournent autour du soleil.Mais c'est ce qu'une personne n'a pas influencé. Pourquoi les vaisseaux spatiaux tournent-ils? Pour stabiliser la situation, dirigez constamment les appareils dans la bonne direction et à l'avenir - pour créer une gravité artificielle. Examinons ces problèmes plus en détail.
Stabilisation de rotation
Quand on regarde une voiture, on sait dans quelle direction ça va. Sa gestion est due à l'interaction avec l'environnement extérieur - l'adhérence des roues à la route. Où les roues tournent - toute la voiture y va. Mais si nous le privons de cet embrayage, si nous envoyons la voiture sur des pneus chauves pour rouler sur la glace, alors elle tournera dans une valse, ce qui sera extrêmement dangereux pour le conducteur. Ce type de mouvement se produit rarement sur Terre, mais dans l'espace, c'est la norme.B. V. Rauschenbach, académicien et lauréat du prix Lénine, a écrit dans "Spacecraft Motion Control" sur trois types principaux de tâches pour contrôler le mouvement d'un vaisseau spatial:- Obtenir la trajectoire souhaitée (contrôler le mouvement du centre de masse),
- Contrôle d'orientation, c'est-à-dire obtention de la position souhaitée du corps de l'engin spatial par rapport aux repères externes (contrôle du mouvement de rotation autour du centre de masse);
- Le cas où ces deux types de contrôle sont réalisés simultanément (par exemple, lorsque les engins spatiaux se rapprochent).
La rotation du dispositif est effectuée afin d'assurer une position stable de l'engin spatial. Ceci est clairement démontré par l'expérience dans la vidéo ci-dessous. La roue montée sur le câble prendra une position parallèle au sol. Mais si cette roue n'est pas torsadée auparavant, elle conservera sa position verticale. Et la gravité n'interférera pas avec cela. Et même une charge de deux kilogrammes fixée sur la deuxième extrémité de l'axe ne changera pas beaucoup l'image.Un exemple d'une telle rotation est donné par Robert Frost , instructeur et opérateur à la NASA: il s'agit de la station interplanétaire automatique Juno, lancée en 2011 pour étudier Jupiter et lancée en orbite le 5 juillet 2016 . La rotation est l'une des méthodes d'orientation et de stabilisation , dont le principal avantage est la rentabilité. Il vaut la peine de faire tourner l'appareil une fois, puis il sera possible de tourner pendant des siècles, sans utiliser de carburant en excès et sans se soucier de contrôler l'appareil électroniquement. Si l'électronique de l'appareil tombe en panne, le Juno maintiendra la rotation.
Enregistrement des directions pour les appareils
Il est difficile de le remarquer dans les vidéos, mais la Station spatiale internationale tourne constamment le long de l'axe Y à une vitesse de 4 degrés par minute. Cette vitesse angulaire est choisie pour synchroniser la rotation de la station autour de son axe avec sa rotation autour de la Terre. Les antennes sont surveillées par des satellites GPS et des satellites de communication, et il est conseillé de voir la planète depuis les fenêtres d'observation de la Terre afin de l'enregistrer. La rotation et l'accélération sont également utilisées pour éviter les collisions avec des débris spatiaux.Certains engins spatiaux utilisent la rotation pour le contrôle thermique afin de ne pas surchauffer un côté, ce qui peut entraîner des pannes. La Station spatiale internationale ne fait pas cela, contrairement à d'autres véhicules qui se réchauffent uniformément.Dans la vidéo ci-dessous, vous pouvez voir comment la station maintient son orientation par rapport à la Terre.Pendant les vols interplanétaires, les moments de forces créés par la pression de la lumière solaire viennent au premier plan, et cette pression peut aider l'appareil à maintenir l'orientation souhaitée. Le vaisseau spatial "Vénus" et "Mars" a utilisé le schéma d'orientation suivant: après que le système de contrôle a donné à l'appareil la position souhaitée par rapport au Soleil, le corps a été informé de la rotation autour de son propre axe. Puis son mouvement autour du centre de masse s'est produit sous l'action de deux effets: l'effet supérieur et le moment des forces créées par la pression du soleil. L'appareil a acquis les propriétés d'une girouette. Un schéma aussi complexe a permis d'assurer une direction constante des panneaux solaires vers le soleil.
Vaisseau spatial "Venus-3"Créer la gravité artificielle
Concept Nautilus-X .Adapté à la vie dans des conditions de gravité, le corps parvient à survivre sans lui. Et non seulement pour survivre, mais aussi pour travailler activement. Mais ce petit miracle n'est pas sans conséquences. L'expérience acquise au cours des décennies de vols habités dans l'espace a montré: une personne subit beaucoup de charges dans l'espace qui laissent une marque sur le corps et la psyché.Sur Terre, notre corps est aux prises avec la gravité, qui tire le sang vers le bas. Dans l'espace, cette lutte continue, mais la force de gravité est absente. Par conséquent, les astronautes sont gonflés. La pression intracrânienne augmente, la pression sur les yeux augmente. Cela déforme le nerf optique et affecte la forme des globes oculaires. Le contenu plasmatique dans le sang diminue et, en raison d'une diminution de la quantité de sang à pomper, les muscles cardiaques s'atrophient. Le défaut de masse osseuse est important, les os deviennent fragiles.Pour surmonter ces effets, les personnes en orbite sont obligées de faire de l'exercice quotidiennement. Par conséquent, la création d'une gravité artificielle est considérée comme souhaitable pour les voyages spatiaux à long terme. Une telle technologie devrait créer des conditions physiologiquement naturelles pour l'habitation des personnes à bord de l'appareil. Même Konstantin Tsiolkovsky pensait que la gravité artificielle aiderait à résoudre bon nombre des problèmes médicaux du vol spatial habité.
L'idée elle-même est basée sur le principe de l'équivalence de la gravité et de l'inertie, qui stipule: «Les forces d'interaction gravitationnelle sont proportionnelles à la masse gravitationnelle du corps, tandis que les forces d'inertie sont proportionnelles à la masse inerte du corps. Si les masses inertielles et gravitationnelles sont égales, il est impossible de distinguer quelle force agit sur un corps suffisamment petit donné - gravitationnel ou inertie.Cette technologie présente des inconvénients. Dans le cas d'un appareil avec un petit rayon, différentes forces affecteront les jambes et la tête - plus le centre de rotation est éloigné, plus la gravité artificielle est forte. Le deuxième problème est la force de Coriolis , à cause de l'impact duquel une personne va bouger en se déplaçant par rapport au sens de rotation. Pour éviter cela, l'appareil doit être énorme. Et la troisième question importante est liée à la complexité du développement et de l'assemblage d'un tel appareil. Lors de la création d'un tel mécanisme, il est important de considérer comment permettre à l'équipage d'accéder constamment aux compartiments avec une gravité artificielle et comment faire bouger ce tore en douceur.Dans la vraie vie, cette technologie n'a pas encore été utilisée pour la construction de vaisseaux spatiaux. Un module gonflable à gravité artificielle a été proposé pour l'ISS afin de démontrer le prototype du vaisseau spatial Nautilus-X. Mais le module est cher et créerait des vibrations importantes. Faire toute l'ISS avec gravité artificielle avec des roquettes actuelles est difficile - il faudrait tout collecter en orbite en plusieurs parties, ce qui compliquerait considérablement la portée des opérations. Et aussi cette gravité artificielle traverserait l'essence même de l'ISS en tant que laboratoire de microgravité volant.
Le concept d'un module gonflable à microgravité pour l'ISS.Mais la gravité artificielle vit dans l'imagination des écrivains de science-fiction. Le navire Hermes du film The Martian a un tore rotatif au centre, ce qui crée une gravité artificielle pour améliorer la condition de l'équipage et réduire l'effet de l'apesanteur sur le corps.
La National Aerospace Agency des États-Unis a développé une échelle de préparation à la technologie TRL de neuf niveaux: du premier au sixième - développement dans le cadre de la recherche, du septième et au-delà - travaux de développement et démonstration de l'opérabilité de la technologie. La technologie du film "The Martian" ne correspond jusqu'à présent qu'au troisième ou quatrième niveau.Il existe de nombreuses utilisations de cette idée dans la littérature et les films de science-fiction. Dans une série de romans d'Arthur Clarke "Space Odyssey", "Discovery One" a été décrit sous la forme d'un haltère, dont le sens est de séparer le réacteur nucléaire avec le moteur du salon. L'équateur de la sphère contient un "carrousel" d'un diamètre de 11 mètres, tournant à une vitesse d'environ cinq tours par minute. Cette centrifugeuse crée un niveau de gravité égal à lunaire, ce qui devrait empêcher l'atrophie physique en microgravité.
«Discovery One» de «Space Odyssey»Dans la série animée Planetes, la station spatiale ISPV-7 possède d'immenses salles avec une gravité terrestre familière. Le salon et la zone de croissance des plantes sont situés dans deux tores, tournant dans des directions différentes.
Même la science-fiction dure ignore le simple coût d'une telle solution. Les amateurs ont pris par exemple le navire "Elysium" du film du même nom. Le diamètre de la roue est de 16 kilomètres. Masse - environ un million de tonnes. L'envoi de marchandises en orbite coûte 2 700 $ le kilogramme, SpaceX Falcon ramènera ce chiffre à 1 650 $ le kilogramme. Mais il devra effectuer 18382 lancements pour livrer une telle quantité de matériaux. Cela représente 1 billion de 650 milliards de dollars américains - près d'une centaine de budgets annuels de la NASA.De véritables colonies dans l'espace, où les gens peuvent profiter de l'accélération familière de 9,8 m / s² de la gravité, sont encore loin. Peut-être que la réutilisation des pièces de fusée et des ascenseurs spatiaux rapprochera cette époque. Source: https://habr.com/ru/post/fr396029/
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