Sich drehende starre Körper sind stabil um ihre Achsen mit kleinstem und größtem Trägheitsmoment. Wenn es Energiedissipationsmodi wie Biegen und Treibmittelschwappen gibt, ist nur die Achse des größten Trägheitsmoments stabil, da die Drehung um diese Achse der geringsten kinetischen Energie entspricht. Aus diesem Grund versagte die Spin-Stabilisierung des Explorer 1 (die Funkantennen bogen sich, um Energie abzuleiten).
Aber auch drallstabilisierte Raketen drehen sich um ihre Achse des kleinsten Trägheitsmoments (sie sind "Nebenachsen-Spinner"). Da sich Raketen biegen und ihr Treibmittel schwappt, sollte diese Rotation nicht instabil sein? Meine Frage ist, ob der Grund, warum die Spinstabilisierung für die Fluglage einer Rakete funktioniert, darin besteht, dass die Flugzeit viel kürzer ist als die Zeit, die es dauern würde, bis die Rotationsinstabilität zunimmt? Oder verwenden Raketen aktive Steuersysteme, um die kleine Drehachse zu stabilisieren?
Beachten Sie, dass eine Antwort auf eine vorherige Frage darauf hinzudeuten scheint, dass die Spinstabilisierung für eine Rakete instabil wäre - es gibt jedoch keine Erklärung dafür, wie mit diesem Problem umgegangen wird.
Die meisten drallstabilisierten Raketen werden mit Feststoffen betrieben und sind daher schwappfrei. Festbrennstoffstufen haben tendenziell auch eine schwerere Struktur als Flüssigbrennstoffstufen, da der Treibmittelbehälter den Verbrennungsdruck enthalten muss, sodass sie weniger biegsam sind als eine Flüssigstufe mit ähnlichem Volumen. Die Proportionen spinstabilisierter massiver Oberstufen sind tendenziell ziemlich gedrungen, z. B. Star 48 , was die Längsbiegung weiter reduziert (und vielleicht auch einen Vorteil des Trägheitsmoments hat?).
Spin-Stabilisierung wurde auch für flüssige Stufen über kurze Dauer verwendet, obwohl Schwapp-Instabilitäten in solchen Fällen Probleme verursacht haben .
Beachten Sie, dass die Spin-Stabilisierung von Explorer 1 gut funktioniert hat, um ihn in die Umlaufbahn zu bringen. Die Dissipation während der wenigen Schubminuten reichte nicht aus, um Probleme zu verursachen.
Ein dynamisch instabiler Spinner kann mit Active Nutation Damping betrieben werden. Dies bedeutet "einfach", dass eine Regelschleife verwendet wird, um kleine Manöver durchzuführen, um die Präzession zu reduzieren. Die Richtung des Schubs liegt in der Spin-Achse des Körpers und in einem endlichen Radius vom Spin-Vektor (je weiter außen, desto größer die Wirkung pro Impuls).
Offensichtlich braucht es ein ziemlich genaues Timing, damit die Impulse zum richtigen Zeitpunkt auftreten. Der Designer muss den richtigen Sensor und die richtige Verarbeitungskette auswählen, um die Phase in Bezug auf die Spinrate zu bestimmen, und einen anderen Sensor, um den Nutationswinkel zu erkennen; so dass die Pulsgröße so gewählt werden kann, dass sie sich zunehmend verringert, wenn die Nutation unter Kontrolle gebracht wird.
Ich war überrascht, diesen https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1000936117301449 zu sehen , der darauf hindeutet, dass spinstabilisierte feste Oberstufen oft unerwartete Nutationsprobleme hatten; Ich muss gestehen, dass ich nur einen flüchtigen Blick darauf geworfen habe, aber es scheint sich auf die Bewegung des heißen Gases im Feststoffmotor zu beziehen.
Christopher James Huff
Papageientaucher
Russell Borogove