Verlangsamen sich drehende Raumstationen ohne Energiezufuhr?

Zumindest klassischerweise war die Erhaltung des Drehimpulses noch nie bekannt dafür, dass sie versagt. Solange alles auf der Station auf der Station bleibt, bleibt der Gesamtdrehimpuls des Ganzen konstant. Die Leute können auf und ab springen, sich bewegen, viel Hitze machen, alle gehen auf eine Seite oder in die Mitte, es spielt keine Rolle. Der Drehimpuls eines abgeschlossenen Systems bleibt konstant.

Der Schlüssel dazu ist ein geschlossenes System . Wenn sie Gas ablassen oder Triebwerke verschwenden oder abschießen, kann dies entweder Drehimpuls von der Station hinzufügen oder entfernen (der Make-up liegt im Drehimpuls des sich wegbewegenden Materials).

Sonnenlicht oder Sonnenwind oder andere Drehmomente aus der Schwerkraft nahegelegener Objekte können sehr kleine Auswirkungen haben, die sich im Laufe der Zeit aufbauen können, aber die Leute wissen um diese Dinge und können durch Ausgleichen von Drehmomenten auf Null gesetzt werden.

Wenn Sie also eine große rotierende Raumstation bauen oder sie nicht rotierend bauen und hochdrehen, wird sie sich so ziemlich Millionen von Jahren lang drehen, es sei denn, Sie machen etwas falsch. Der einzige Grund, warum Sie Reaktionsräder benötigen würden, wäre, wenn Sie eine Lagekontrolle hinzufügen oder die Geschwindigkeit des Spins leicht anpassen möchten.

Ein Grund dafür, dass O'Neill-Zylinder in gegenläufigen Paaren geliefert werden, besteht darin, die Präzession aufgrund des Drehmoments anderer Körper aufzuheben. Sie müssen auf die Sonne gerichtet bleiben. Ein Zylinder würde sich mit etwa der gleichen Geschwindigkeit drehen, aber seine Achse könnte im Laufe der Zeit präzedieren.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der Gesamtdrehimpuls des Paares Null ist. Sie können sie also im Ruhezustand bauen und sie mit elektrischen oder anderen Motoren in entgegengesetzte Richtungen drehen, ohne Treibmittel zu verwenden.

In gewissem Sinne könnte man sich also einen Zylinder als Reaktionsrad für seinen Doppelzylinder vorstellen.

Sie könnten dies auch mit anderen Geometrien als Zylinderpaaren verwenden und es als Netto-Null-Drehimpulssystem mit gegenläufigen Komponenten ausführen. In diesem Fall können Sie Ihr Reaktionsrad haben, wenn Sie es möchten.

Paar O'Neill-Zylinder von hier :

Eine rotierende Raumstation in einer niedrigen Erdumlaufbahn (ca. 400 km) wird allmählich langsamer. Der durch das nicht perfekte Vakuum verursachte Widerstand senkt nicht nur die Umlaufbahn, sondern verlangsamt auch die Rotation.

Aber die Umfangsgeschwindigkeit der Raumstation ist viel niedriger als die Orbitalgeschwindigkeit, also wird die Rotationsverlangsamung sehr, sehr gering sein.

Dies gilt nur für eine niedrige Umlaufbahn, nicht für eine hohe Erdumlaufbahn oder eine Raumstation, die unser Sonnensystem verlässt.

Ich würde sagen, ja, eine sich drehende Raumstation wird langsamer, wenn sie disipative Energiesenken hat.

Alle realen Mechanismen haben eine gewisse Dissipation, wenn sich ein Teil der geordneten makroskopischen Bewegungsenergie in ein stochastisches thermisches Moment von Atomen umwandelt. Wenn zum Beispiel Astronauten von den Wänden stoßen, sind Verformungen nicht absolut elastisch. Ein winziger Teil der Energie gelangt als Wärme zu den Wänden.

Selbst eine absolut isolierte Raumstation - in absoluter Schwerelosigkeit (nicht Mikrogravitation), absolutem Vakuum und ohne externe elektromagnetische Strahlung - verliert langsam ihre Rotationsenergie, zumindest wenn sie bewegliche Teile hat.

Wenn es keine beweglichen Teile hat - hm, ich denke, in absoluter Isolation könnte es endlos rotieren. Aber vielleicht gibt es ein paar kleine Effekte, die ich übersehen habe.)

Sie hängt von der Größe der Station im Vergleich zu ihren Bewohnern ab, da der Drehimpuls vom Trägheitsmoment der Massenverteilung abhängt. Das klassische Beispiel ist eine Schlittschuh-Ballerina: Wenn sie sich mit offenen Armen dreht, ist ihr Drehimpuls langsam, aber wenn sie ihre Arme nahe an ihren Körper bringt, beginnt sie sich sehr schnell zu drehen. Da der Gesamtdrehimpuls$L=I\omega$erhalten bleibt, eine Abnahme des Trägheitsmoments$I$impliziert eine Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit$\omega$und umgekehrt. In einer großen Station wären die Änderungen des Trägheitsmoments der gesamten Verteilung durch die darin befindlichen Personen jedoch wahrscheinlich vernachlässigbar.

Wenn sich die gesamte Raumstation drehen würde, würde, wie andere Antworten angegeben haben, die Erhaltung des Drehimpulses die Station am Drehen halten.

Wenn sich jedoch der rotierende Teil der Station um eine stationäre Nabe oder Welle dreht, würde an der Verbindung Reibung entstehen. Reibung kann minimiert, aber nie eliminiert werden. Ohne Energiezufuhr für den Spin würde in einer solchen Situation die Rotationsgeschwindigkeit langsam abnehmen und die Station schließlich aufhören zu drehen.