Geekly articles weekly

Mengapa pesawat ruang angkasa berputar

Untuk benda di luar angkasa, rotasi adalah hal yang biasa. Ketika dua massa bergerak relatif satu sama lain, tetapi tidak menuju atau menjauhi satu sama lain, gaya gravitasi mereka menciptakan torsi . Akibatnya, di tata surya, semua planet berputar mengelilingi matahari.

Tetapi inilah yang tidak dipengaruhi oleh seseorang. Mengapa pesawat ruang angkasa berputar? Untuk menstabilkan situasi, arahkan perangkat secara konstan ke arah yang benar dan di masa depan - untuk menciptakan gravitasi buatan. Mari kita lihat masalah ini secara lebih rinci.



Stabilisasi rotasi


Ketika kita melihat mobil, kita tahu jalannya. Manajemennya adalah karena interaksi dengan lingkungan eksternal - adhesi roda ke jalan. Di mana roda berputar - seluruh mobil pergi ke sana. Tetapi jika kita menghilangkan dia dari kopling ini, jika kita mengirim mobil dengan ban botak untuk naik es, maka itu akan berputar dalam waltz, yang akan sangat berbahaya bagi pengemudi. Jenis gerakan ini jarang terjadi di Bumi, tetapi di ruang angkasa ini adalah norma.

B. V. Rauschenbach, akademisi dan penerima Hadiah Lenin, menulis dalam “Kontrol Gerakan Pesawat Ruang Angkasa” tentang tiga jenis tugas utama untuk mengendalikan gerakan pesawat ruang angkasa:
  1. Mendapatkan lintasan yang diinginkan (mengendalikan gerakan pusat massa),
  2. Kontrol orientasi, yaitu, memperoleh posisi yang diinginkan tubuh pesawat ruang angkasa relatif terhadap landmark eksternal (kontrol gerakan rotasi di sekitar pusat massa);
  3. Kasus ketika kedua jenis kontrol ini direalisasikan secara bersamaan (misalnya, ketika pesawat ruang angkasa saling mendekati).

Rotasi perangkat dilakukan untuk memastikan posisi pesawat ruang angkasa yang stabil. Ini jelas ditunjukkan oleh percobaan dalam video di bawah ini. Roda yang dipasang pada kabel akan mengambil posisi sejajar dengan lantai. Tetapi jika roda ini sebelumnya tidak diputar, ia akan mempertahankan posisi vertikal. Dan gravitasi tidak akan mengganggu ini. Dan bahkan beban dua kilogram yang dipasang pada ujung kedua sumbu tidak akan banyak mengubah gambar.



Contoh rotasi seperti itu diberikan oleh Robert Frost , seorang instruktur dan operator di NASA: ini adalah stasiun antarplanet otomatis Juno, diluncurkan pada 2011 untuk mempelajari Jupiter dan dimasukkan ke orbit pada 5 Juli 2016 . Rotasi adalah salah satu metode orientasi dan stabilisasi , keuntungan utamanya adalah profitabilitas. Anda perlu memutar perangkat sekali saja, dan kemudian dimungkinkan untuk berputar selama berabad-abad, tanpa menggunakan bahan bakar berlebih dan tidak khawatir mengontrol perangkat secara elektronik. Jika elektronik perangkat gagal, Juno akan mempertahankan rotasi.



Menyimpan arah untuk peralatan


Sulit untuk melihat dari video, tetapi Stasiun Luar Angkasa Internasional terus berputar di sepanjang sumbu Y dengan kecepatan 4 derajat per menit. Kecepatan sudut ini dipilih untuk menyinkronkan rotasi stasiun di sekitar sumbunya dengan rotasi di sekitar Bumi. Antena ditonton oleh satelit GPS dan satelit komunikasi, dan disarankan untuk melihat planet ini dari jendela pengamatan Bumi untuk merekamnya. Rotasi dan akselerasi juga digunakan untuk menghindari tabrakan dengan puing-puing ruang.

Beberapa pesawat ruang angkasa menggunakan rotasi untuk kontrol termal agar tidak terlalu panas di satu sisi, yang dapat menyebabkan kerusakan. Stasiun Luar Angkasa Internasional tidak melakukan ini, tidak seperti kendaraan lain yang melakukan pemanasan secara merata.

Dalam video di bawah ini, Anda dapat melihat bagaimana stasiun mempertahankan orientasinya relatif terhadap Bumi.



Selama penerbangan antarplanet, momen gaya yang diciptakan oleh tekanan sinar matahari mengemuka, dan tekanan ini dapat membantu perangkat mempertahankan orientasi yang diinginkan. Pesawat ruang angkasa "Venus" dan "Mars" menggunakan skema orientasi berikut: setelah sistem kontrol memberi perangkat posisi yang diinginkan relatif terhadap Matahari, tubuh diberitahu tentang rotasi di sekitar porosnya sendiri. Kemudian gerakannya di sekitar pusat massa terjadi di bawah aksi dua efek: efek teratas dan momen kekuatan yang diciptakan oleh tekanan sinar matahari. Aparat memperoleh sifat-sifat baling-baling cuaca. Skema yang sedemikian rumit memungkinkan untuk memastikan arah konstan panel surya ke Matahari.


Pesawat ruang angkasa "Venus-3"

Menciptakan gravitasi buatan



Konsep Nautilus-X .

Disesuaikan dengan kehidupan dalam kondisi gravitasi, tubuh berhasil bertahan tanpa itu. Dan tidak hanya untuk bertahan hidup, tetapi juga untuk bekerja secara aktif. Tetapi keajaiban kecil ini bukan tanpa konsekuensi. Pengalaman yang diperoleh selama beberapa dekade penerbangan berawak ke luar angkasa telah menunjukkan: seseorang mengalami banyak hal di ruang angkasa yang meninggalkan bekas pada tubuh dan jiwa.

Di Bumi, tubuh kita berjuang melawan gravitasi, yang menarik darah ke bawah. Di ruang angkasa perjuangan ini berlanjut, tetapi gaya gravitasi tidak ada. Karena itu, para astronot bengkak. Tekanan intrakranial meningkat, tekanan pada mata meningkat. Ini merusak saraf optik dan mempengaruhi bentuk bola mata. Kandungan plasma dalam darah menurun, dan karena penurunan jumlah darah yang perlu dipompa, otot-otot jantung mengalami atrofi. Cacat massa tulang adalah signifikan, tulang menjadi rapuh.

Untuk mengatasi efek ini, orang-orang di orbit dipaksa untuk berolahraga setiap hari. Oleh karena itu, penciptaan gravitasi buatan dianggap diinginkan untuk perjalanan ruang angkasa jangka panjang. Teknologi seperti itu harus menciptakan kondisi fisiologis alami untuk tempat tinggal orang-orang di atas perangkat. Bahkan Konstantin Tsiolkovsky percaya bahwa gravitasi buatan akan membantu menyelesaikan banyak masalah medis penerbangan luar angkasa berawak.



Gagasan itu sendiri didasarkan pada prinsip kesetaraan gravitasi dan inersia, yang menyatakan: “Gaya interaksi gravitasi sebanding dengan massa gravitasi tubuh, sedangkan gaya inersia sebanding dengan massa inert tubuh. Jika massa inersia dan gravitasi adalah sama, maka tidak mungkin untuk membedakan gaya mana yang bekerja pada tubuh yang cukup kecil - gravitasi atau inersia. "

Ada kelemahan pada teknologi ini. Dalam kasus perangkat dengan jari-jari kecil, gaya yang berbeda akan mempengaruhi kaki dan kepala - semakin jauh dari pusat rotasi, semakin kuat gravitasi buatan. Masalah kedua adalah gaya Coriolis , karena dampak yang akan diguncang seseorang ketika bergerak relatif terhadap arah rotasi. Untuk menghindari ini, perangkat harus besar. Dan isu penting ketiga terkait dengan kompleksitas pengembangan dan perakitan peralatan semacam itu. Saat membuat mekanisme seperti itu, penting untuk mempertimbangkan bagaimana memungkinkan kru untuk terus-menerus mengakses kompartemen dengan gravitasi buatan dan bagaimana membuat torus ini bergerak dengan lancar.

Dalam kehidupan nyata, teknologi seperti itu belum digunakan untuk pembangunan pesawat ruang angkasa. Modul tiup gravitasi buatan diusulkan untuk ISS untuk menunjukkan prototipe pesawat ruang angkasa Nautilus-X. Tetapi modul itu mahal dan akan menciptakan getaran yang signifikan. Untuk melakukan seluruh ISS dengan gravitasi buatan dengan roket saat ini sulit - akan perlu untuk mengumpulkan segala sesuatu di orbit di bagian-bagian, yang kadang-kadang akan mempersulit ruang lingkup operasi. Dan juga gravitasi buatan ini akan mencoret esensi dari ISS sebagai laboratorium gayaberat mikro terbang.


Konsep modul tiup dengan gayaberat mikro untuk ISS.

Tetapi gravitasi buatan hidup dalam imajinasi penulis fiksi ilmiah. Kapal Hermes dari film The Martian memiliki torus berputar di tengahnya, yang menciptakan gravitasi buatan untuk meningkatkan kondisi kru dan mengurangi efek bobot pada tubuh.



Badan Dirgantara Nasional AS telah mengembangkan skala kesiapan teknologi TRL yang terdiri atas sembilan tingkat: dari pengembangan pertama hingga keenam sebagai bagian dari penelitian, dari pekerjaan pengembangan ketujuh dan lebih tinggi serta demonstrasi kemampuan pengoperasian teknologi. Teknologi dari film "The Martian" sejauh ini hanya sesuai dengan tingkat ketiga atau keempat.

Ada banyak kegunaan ide ini dalam literatur dan film fiksi ilmiah. Dalam serangkaian novel karya Arthur Clarke "Space Odyssey", "Discovery One" dideskripsikan dalam bentuk halter, yang artinya memisahkan reaktor nuklir dengan mesin dari ruang tamu. Ekuator bola berisi "korsel" dengan diameter 11 meter, berputar dengan kecepatan sekitar lima putaran per menit. Centrifuge ini menciptakan tingkat gravitasi yang sama dengan bulan, yang seharusnya mencegah atrofi fisik dalam gayaberat mikro.

gambar
"Discovery One" dari "Space Odyssey"

Dalam serial anime Planetes, stasiun ruang angkasa ISPV-7 memiliki kamar besar dengan gravitasi Bumi yang akrab. Area hidup dan zona tumbuh tanaman terletak di dua tori, berputar ke arah yang berbeda.

gambar

Bahkan fiksi ilmiah sulit mengabaikan biaya tinggi dari solusi semacam itu. Penggemar mengambil contoh kapal "Elysium" dari film dengan nama yang sama. Diameter roda adalah 16 kilometer. Massa - sekitar satu juta ton. Mengirim barang ke orbit harganya $ 2.700 per kilogram, SpaceX Falcon akan mengurangi angka ini menjadi $ 1.650 per kilogram. Tetapi peluncuran 18382 harus dilakukan untuk mengirimkan bahan sebanyak itu. Ini adalah 1 triliun 650 miliar dolar AS - hampir seratus anggaran tahunan NASA.



Untuk pemukiman nyata di luar angkasa, di mana orang dapat menikmati akselerasi gravitasi 9,8 m / s² yang biasa, masih jauh. Mungkin penggunaan kembali bagian roket dan elevator ruang angkasa akan membawa era ini lebih dekat.

Source: https://habr.com/ru/post/id396029/

More articles:


All Articles