Зачем космические аппараты вращаются Страница 1 из 4

Для находящихся в космосе объектов вращение — дело привычное. Когда две массы двигаются относительно друг друга, но не навстречу или друг от друга, их гравитационная сила создаёт крутящий момент. В итоге в Солнечной системе все планеты вращаются вокруг Солнца.

Но это то, на что человек не влиял. Зачем же вращаются космические аппараты? Чтобы стабилизировать положение, постоянно направлять приборы в нужную сторону и в будущем — для создания искусственной гравитации. Давайте разберём эти вопросы подробнее.







Стабилизация вращением

Когда мы смотрим на автомобиль, мы знаем, в какую сторону он едет. Управление им происходит благодаря взаимодействию с внешней средой — сцеплению колёс с дорогой. Куда поворачивают колёса — туда и весь автомобиль. Но если мы лишим его этого сцепления, если мы отправим машину на лысой резине кататься по льду, то она закружится в вальсе, что будет крайне опасно для водителя. Такой тип движения возникает редко на Земле, но в космосе это норма.

Б. В. Раушенбах, академик и лауреат Ленинской премии, писал в “Управлении движением космических аппаратов” о трёх основных типах задач управления движением космического аппарата:
  1. Получение нужной траектории (управление движением центра масс),
  2. Управление ориентацией, то есть получение нужного положения корпуса космического аппарата относительно внешних ориентиров (управление вращательным движением вокруг центра масс);
  3. Случай, когда эти два типа управления реализуются одновременно (например, при сближении космических аппаратов).
Вращение аппарата осуществляется для того, чтобы обеспечить стабильную позицию космического аппарата. Это наглядно демонстрирует эксперимент на видео ниже. Колесо, закреплённое на тросе, примет положение, параллельное полу. Но если это колесо предварительно раскрутить — оно сохранит своё вертикальное положение. И этому не будет мешать гравитация. И даже двухкилограммовый груз, закреплённый на втором конце оси, не очень сильно изменит картину.



Пример такого вращения приводит Роберт Фрост, инструктор и оператор в НАСА: это автоматическая межпланетная станция «Юнона», запущенная в 2011 году для исследования Юпитера и вышедшая на орбиту планеты 5 июля 2016 года. Вращение — один из способов ориентации и стабилизации, основным преимуществом которого является экономичность. Стоит раскрутить аппарат один раз, и затем можно будет крутиться столетиями, не используя лишнее топливо и не заботясь об управлении аппаратом с помощью электроники. Если электроника аппарата откажет — «Юнона» сохранит вращение.





Сохранение направления для приборов

По видеороликам заметить сложно, но Международная космическая станция постоянно вращается по Y-оси со скоростью 4 градуса в минуту. Такая угловая скорость выбрана, чтобы синхронизировать вращение станции вокруг своей оси с её вращением вокруг Земли. Антенны смотрят GPS-спутники и спутники связи, а из окон наблюдения за Землёй желательно видеть планету, чтобы снимать её. Вращение и ускорение также используются для того, чтобы избегать столкновений с космическим мусором.

Некоторые космические аппараты используют вращение для теплового контроля, чтобы не перегревать одну сторону, что может привести к поломкам. Международная космическая станция так не делает, в отличие от других аппаратов, которые равномерно прогреваются.

На видео ниже можно рассмотреть, как станция сохраняет свою ориентацию относительно Земли.



При межпланетных перелётах на первый план выступают моменты сил, создаваемые давлением солнечного света, и это давление может помогать аппарату поддерживать нужную ориентацию. Космические аппараты «Венера» и «Марс» использовали следующую схему ориентации: после того, как система управления придавала аппарату нужное положение относительно Солнца, корпусу сообщалось вращение вокруг собственной оси. Затем его движение вокруг центра масс происходило под действием двух эффектов: эффекта волчка и момента сил, создаваемого давлением солнечного света. Аппарат приобретал свойства флюгера. Такая сложная схема позволяла обеспечить постоянное направление солнечных батарей к Солнцу.



  • 297
  • 13/07/2016


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое