Warum wird die Lage eines Raumfahrzeugs stabil, wenn es rotiert?

Was ist die Logik hinter dem Drehen von Raumfahrzeugen, um die Stabilität zu erhöhen? Welche Rolle spielt dabei der Drehimpuls?

Ihre Frage verbindet zwei Dinge, Stabilität und Flugbahn. Es sollte nicht. Sie können mit einem sich wild drehenden Objekt eine perfekte Flugbahn haben (obwohl das Brennen-Timing Spaß machen könnte ...) Das Drehen dient der Stabilität des Objekts - damit Sie immer wissen, wohin Sie zeigen.
Das möchte ich fragen. Warum wird die Ausrichtung des Raumfahrzeugs beim Drehen des Raumfahrzeugs stabil?
Die Antworten unten decken das vor Shweta ab. Es ist nur der Fragentitel, der nicht gepasst hat - ich habe ihn bearbeitet.
@Nat Vielen Dank für Ihre vorgeschlagene Änderung . Es ist etwas gewöhnungsbedürftig, aber Raumfahrzeughaltung ist ein echter Begriff. Es bezieht sich auf die Ausrichtung des Raumfahrzeugs in Bezug auf einen Referenzrahmen (die Richtung, in die das Raumfahrzeug zeigt). Es gibt hier sogar eine Antwort, die die vielfältigen Bedeutungen des Wortes "Einstellung" in Bezug auf Raumfahrzeuge anspricht; Ausgerechnet der Baseballschläger der NASA.

Antworten (3)

Drehungen um eine Hauptachse für ein Objekt mit drei unterschiedlichen Hauptträgheitsmomenten sind stabil, wenn die Drehung um die Achse mit dem geringsten oder größten Trägheitsmoment erfolgt, aber instabil, wenn die Drehung um die Achse mit dem mittleren Trägheitsmoment erfolgt.

Das zu zeigen, ist eine der Folterproben für Physikstudenten. Ein Name für dieses Phänomen ist das Tennisschläger-Theorem . Sie können dies leicht sehen, indem Sie ein Gummiband um ein Buch wickeln und es mit einer kleinen Drehung werfen. Wenn Sie das Buch entweder um die kleinste oder die größte Hauptachse drehen, sehen Sie eine schöne und stabile Drehung. Wenn Sie es um die Zwischenachse drehen, sehen Sie etwas Chaotisches.

Einige Satelliten machen sich dieses Phänomen zunutze und erzeugen eine Rotation, die mehr oder weniger entweder um die kleinste oder um die größte Hauptachse erfolgt. Das Steuersystem des Satelliten kann Abweichungen genau erkennen und korrigieren, weil diese Drehungen stabil sind.

Dieser Buchtrick hat mich umgehauen, als er mir beigebracht wurde.

Der Prozess heißt Spin-Stabilisierung und wird nicht bei jedem Raumfahrzeug verwendet, aber bei einigen. Vor allem wird es auf keinem bemannten Fahrzeug verwendet, da es der Gesundheit der Passagiere abträglich wäre.

Es gilt die Drehimpulserhaltung. Ein Körper dreht sich immer um seine Hauptachse. Wenn sich die Rakete bereits mit hoher Drehzahl dreht, ist es viel schwieriger, die Rotationsachse zu ändern - die Rakete wird viel stabiler. Sehen Sie es so: Wenn Sie einem ruhenden Körper nur ein wenig Rotation hinzufügen, dreht er sich langsam. Wenn Sie die gleiche winzige Rotation auf ein sich schnell drehendes Objekt anwenden, ändert sich seine Rotationsachse kaum.

Darüber hinaus glättet eine rotierende Rakete jede einzelne Störung.

Es ist so ziemlich der gleiche Effekt wie ein Kreisel oder ein Schwungrad (die bei Bedarf Drehimpuls "absorbieren"), nur mit dem gesamten Raketenkörper und nur auf einer Achse.

Nicht, dass die Rakete von ihrer normalerweise hohen Drehzahl (50 - 600) abgedreht werden muss, sobald sie ihre Zielumlaufbahn erreicht hat, um ihre Nutzlast freizugeben (typische Satelliten können mit ihrer eigenen Lageregelung höchstens 2-5 Drehzahlen bewältigen). Es sind verschiedene Techniken verfügbar, z. B. Yoyo-Despin , aber diese Technik wird wegen der dabei erzeugten Trümmer nicht immer als wünschenswert angesehen.

Ein Körper dreht sich definitiv nicht immer um eine Hauptachse. Die Erde dreht sich zum Beispiel nicht um eine ihrer Hauptachsen, was zum Chandler-Wackeln führt. Sich genau um eine Hauptachse zu drehen, ist ein höchst unwahrscheinliches Ereignis (Wahrscheinlichkeit = 0). Eine kleine Abweichung von einer Hauptachse ist weniger unwahrscheinlich. Die Spinstabilisierung nutzt die Tatsache aus, dass diese kleinen Abweichungen manchmal stabil sind. (In anderen Fällen sind sie es nicht, was dazu führt, dass die Polhode rollt, ohne auf der Herpolhode zu rutschen, die in der unveränderlichen Ebene liegt.)

Ein symmetrischer Körper, auf den keine Drehmomente ausgeübt werden und der auch nur geringfügig gedämpft ist (wie alle realen Objekte), dreht sich schließlich mit dem niedrigsten Trägheitsmoment um seine Hauptachse. Je schneller der Spin (= größerer Drehimpuls), desto größer der Kraftaufwand, um die Achse des Spins zu verändern (= größere Stabilität).

Das ist nicht wahr. Ein starrer Körper dreht sich um welche Achse auch immer. Der Körper präzediert, wenn dies keine Hauptachse ist.
Ein symmetrischer Körper, auf den keine Drehmomente ausgeübt werden, wird sich schließlich mit dem niedrigsten Trägheitsmoment um seine Hauptachse drehen, selbst wenn er nur geringfügig gedämpft wird. Bearbeitung angewendet.
Müsste die leichte Dämpfung die Achsen auf eine Weise ungleich Null koppeln? Das ist interessant!
Hier möchte ich speziell über das Juno-Raumschiff Bescheid wissen. Warum wird seine "Ausrichtung" beim Drehen stabil?
Das Zeigen ist stabil, da Sie den Drehimpuls überwinden müssen, um die Rotationsachse zu ändern. Sie müssen den Drehimpulsvektor drehen. Wenn es sich nicht drehen würde, wäre dies viel einfacher.
@Erik Sie haben eine gute Fähigkeit, wichtige Konzepte in Sätzen zu verstecken, die sonst etwas zu kurz sind, um damit umzugehen. Gedanken wie Überwinden und einfacher und je mehr es braucht, können auch auf technischere Weise ausgedrückt werden. Können Sie Ihre Antwort erweitern und ein paar weitere Sätze hinzufügen, um die Einzeiler zu erläutern? Wenn jemand Ihre Antwort liest und sich fragt "aber warum?" (wie ich es tue) wäre es großartig, ein wenig mehr Follow-up und den formalen Namen (und Link zu?) den zugrunde liegenden Prinzipien zu sehen. Ich mag, was du sagst, nur nicht, wie wenige Worte du verwendest, um es zu sagen!
Warum wird die Lage eines Raumfahrzeugs stabil, wenn es rotiert?
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