Por que a nave espacial gira
Para objetos no espaço, a rotação é uma coisa comum. Quando duas massas se movem uma em relação à outra, mas não na direção oposta ou distante uma da outra, sua força gravitacional cria um torque . Como resultado, no sistema solar, todos os planetas giram em torno do sol.Mas é isso que uma pessoa não influenciou. Por que a nave espacial gira? Para estabilizar a situação, direcione constantemente os dispositivos na direção certa e no futuro - para criar gravidade artificial. Vamos examinar esses problemas com mais detalhes.
Estabilização de rotação
Quando olhamos para um carro, sabemos para onde ele vai. Sua gestão se deve à interação com o ambiente externo - a adesão das rodas à estrada. Onde as rodas giram - o carro inteiro vai para lá. Mas se o privarmos dessa embreagem, se enviarmos o carro com pneus carecas para andar no gelo, ele girará em uma valsa, o que será extremamente perigoso para o motorista. Esse tipo de movimento raramente ocorre na Terra, mas no espaço essa é a norma.B. V. Rauschenbach, acadêmico e laureado do Prêmio Lenin, escreveu em “Controle de movimento de espaçonaves ” sobre três tipos principais de tarefas para controlar o movimento de uma espaçonave:- Obtendo a trajetória desejada (controlando o movimento do centro de massa),
- Controle de orientação, ou seja, obter a posição desejada do corpo da espaçonave em relação aos pontos de referência externos (controle do movimento de rotação em torno do centro de massa);
- O caso em que esses dois tipos de controle são realizados simultaneamente (por exemplo, quando as naves espaciais se aproximam).
A rotação do dispositivo é realizada para garantir uma posição estável da nave espacial. Isso é claramente demonstrado pelo experimento no vídeo abaixo. A roda montada no cabo assumirá uma posição paralela ao chão. Porém, se essa roda não tiver sido torcida anteriormente, ela manterá sua posição vertical. E a gravidade não interferirá nisso. E mesmo uma carga de dois quilogramas fixada na segunda extremidade do eixo não muda muito a imagem.Um exemplo dessa rotação é dado por Robert Frost , instrutor e operador da NASA: esta é a estação interplanetária automática Juno, lançada em 2011 para estudar Júpiter e lançada em órbita em 5 de julho de 2016 . A rotação é um dos métodos de orientação e estabilização , cuja principal vantagem é a lucratividade. Vale a pena girar o dispositivo uma vez e, em seguida, será possível girar por séculos, sem usar excesso de combustível e sem se preocupar em controlar o dispositivo eletronicamente. Se os componentes eletrônicos do dispositivo falharem, o Juno manterá a rotação.
Como salvar instruções para aparelhos
É difícil notar nos vídeos, mas a Estação Espacial Internacional gira constantemente ao longo do eixo Y a uma velocidade de 4 graus por minuto. Essa velocidade angular é escolhida para sincronizar a rotação da estação em torno de seu eixo com sua rotação em torno da Terra. As antenas são observadas por satélites GPS e satélites de comunicação, e é aconselhável ver o planeta pelas janelas de observação da Terra para capturá-lo. A rotação e a aceleração também são usadas para evitar colisões com detritos espaciais.Algumas naves espaciais usam rotação para controle térmico, para não superaquecer um lado, o que pode levar a falhas. A Estação Espacial Internacional não faz isso, ao contrário de outros veículos que estão aquecendo uniformemente.No vídeo abaixo, você pode ver como a estação mantém sua orientação em relação à Terra.Durante vôos interplanetários, os momentos de forças criados pela pressão da luz solar vêm à tona, e essa pressão pode ajudar o dispositivo a manter a orientação desejada. A sonda "Vênus" e "Marte" usaram o seguinte esquema de orientação: depois que o sistema de controle deu ao dispositivo a posição desejada em relação ao Sol, o corpo foi informado sobre a rotação em torno de seu próprio eixo. Então, seu movimento ao redor do centro de massa ocorreu sob a ação de dois efeitos: o efeito superior e o momento das forças criadas pela pressão da luz solar. O aparelho adquiriu as propriedades de um cata-vento. Um esquema tão complexo tornou possível garantir uma direção constante dos painéis solares para o Sol.
Nave espacial "Venus-3"Criando gravidade artificial
Conceito Nautilus-X .Adaptado à vida em condições de gravidade, o corpo consegue sobreviver sem ela. E não apenas para sobreviver, mas também para trabalhar ativamente. Mas esse pequeno milagre não deixa de ter consequências. A experiência adquirida ao longo de décadas de vôos tripulados ao espaço mostrou: uma pessoa experimenta muitas cargas no espaço que deixam uma marca no corpo e na psique.Na Terra, nosso corpo está lutando com a gravidade, que puxa o sangue para baixo. No espaço, essa luta continua, mas a força da gravidade está ausente. Portanto, os astronautas são inchados. A pressão intracraniana aumenta, a pressão sobre os olhos aumenta. Isso deforma o nervo óptico e afeta a forma dos globos oculares. O conteúdo plasmático no sangue diminui e, devido a uma diminuição na quantidade de sangue que precisa ser bombeada, os músculos do coração se atrofiam. O defeito de massa óssea é significativo, os ossos se tornam frágeis.Para superar esses efeitos, as pessoas em órbita são forçadas a se exercitar diariamente. Portanto, a criação de gravidade artificial é considerada desejável para viagens espaciais de longo prazo. Essa tecnologia deve criar condições fisiologicamente naturais para a habitação das pessoas a bordo do dispositivo. Até Konstantin Tsiolkovsky acreditava que a gravidade artificial ajudaria a resolver muitos dos problemas médicos dos voos espaciais tripulados.
A idéia em si é baseada no princípio da equivalência da gravidade e da inércia, que afirma: “As forças de interação gravitacional são proporcionais à massa gravitacional do corpo, enquanto as forças de inércia são proporcionais à massa inerte do corpo. Se as massas inercial e gravitacional são iguais, é impossível distinguir qual força atua sobre um dado corpo suficientemente pequeno - gravitacional ou inércia. ”Existem desvantagens para esta tecnologia. No caso de um dispositivo com um raio pequeno, forças diferentes afetam as pernas e a cabeça - quanto mais longe do centro de rotação, maior a gravidade artificial. O segundo problema é a força de Coriolis , devido ao impacto de uma pessoa que balança o movimento ao se mover em relação à direção da rotação. Para evitar isso, o dispositivo deve ser enorme. E a terceira questão importante está relacionada à complexidade do desenvolvimento e montagem de tal aparelho. Ao criar esse mecanismo, é importante considerar como possibilitar que a tripulação acesse constantemente os compartimentos com gravidade artificial e como fazer com que esse toro se mova sem problemas.Na vida real, essa tecnologia ainda não foi usada para a construção de naves espaciais. Um módulo inflável por gravidade artificial foi proposto para a ISS para demonstrar o protótipo da espaçonave Nautilus-X. Mas o módulo é caro e criaria vibrações significativas. Fazer todo o ISS com gravidade artificial com os foguetes atuais é difícil - seria necessário coletar tudo em órbita em partes, o que complicaria bastante o escopo das operações. E também essa gravidade artificial cruzaria a própria essência da ISS como um laboratório de microgravidade voadora.
O conceito de um módulo inflável com microgravidade para a ISS.Mas a gravidade artificial vive na imaginação dos escritores de ficção científica. O navio Hermes do filme The Marciano tem um toro rotativo no centro, o que cria gravidade artificial para melhorar a condição da tripulação e reduzir o efeito da ausência de peso no corpo.
A Agência Aeroespacial Nacional dos EUA desenvolveu uma escala de prontidão para a tecnologia TRL de nove níveis: do primeiro ao sexto - desenvolvimento como parte da pesquisa, do sétimo e superior - trabalhos de desenvolvimento e demonstração da operabilidade da tecnologia. A tecnologia do filme "O Marciano" corresponde até agora apenas ao terceiro ou quarto nível.Há muitos usos dessa idéia na literatura e nos filmes de ficção científica. Em uma série de romances de Arthur Clarke "Space Odyssey", "Discovery One" foi descrito na forma de um haltere, cujo significado é separar o reator nuclear com o motor da área de estar. O equador da esfera contém um "carrossel" com um diâmetro de 11 metros, girando a uma velocidade de cerca de cinco rotações por minuto. Essa centrífuga cria um nível de gravidade igual ao lunar, o que deve evitar atrofia física na microgravidade.
“Discovery One” da “Space Odyssey”Na série de anime Planetes, a estação espacial ISPV-7 tem enormes salas com a familiar gravidade da Terra. A área de estar e a zona de cultivo de plantas estão localizadas em dois toros, girando em direções diferentes.
Mesmo a ficção científica dura ignora o custo total de tal solução. Entusiastas tomaram, por exemplo, o navio "Elysium" do filme de mesmo nome. O diâmetro da roda é de 16 quilômetros. Massa - cerca de um milhão de toneladas. O envio de mercadorias para órbita custa US $ 2.700 por quilograma, o SpaceX Falcon reduzirá esse número para US $ 1.650 por quilograma. Mas 18382 lançamentos terão que ser realizados para entregar uma quantidade tão grande de materiais. São US $ 1 trilhão em US $ 650 bilhões - quase cem orçamentos anuais da NASA.Para assentamentos reais no espaço, onde as pessoas podem desfrutar da familiar aceleração da gravidade de 9,8 m / s², ainda está longe. Talvez a reutilização de peças de foguetes e elevadores espaciais aproxime essa era. Source: https://habr.com/ru/post/pt396029/
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