Warum zeigt die ISS immer mit derselben Seite zur Erde?

Ich bin kürzlich in eine Twitter-Diskussion über die ISS-Haltung geraten. Der Punkt der Diskussion ist die Haltung, die die ISS beibehält, während sie um die Erde kreist.

Aus meinen Erinnerungen an Oribital Mechanics muss die höchste Trägheitsachse (normalerweise die y, für Konvention) auf die Erde zeigen, damit die unterschiedliche Gravitationszugkraft die Einstellungssteuerung nicht zu negativ beeinflusst (und als nette Konsequenz können Sie die entkoppeln x-zKontrollschleife von der yeinen, plus Sie erhalten eine Seite, die zur Kommunikation/Beobachtung immer zur Erde zeigt) und ich erinnere mich, dass es irgendwie mit der unkontrollierten (und unerwarteten) Drehung von Explorer 1 zusammenhängt.

Die andere Seite argumentierte stattdessen, dass es erforderlich ist, eine Seite zu haben, die zur Erde zeigt, um diese Kommunikations-/Beobachtungsseite zu haben (dh Ursache und Wirkung sind vertauscht).

Welche Seite hat Recht? Warum hat die ISS immer die "Kuppelseite" zur Erde?

Die aktuelle Einstellung (XVV) ist keine minimale Energie und erfordert eine aktive Kontrolle, um sie aufrechtzuerhalten. Sie können also davon ausgehen, dass es Gründe dafür gibt, die über die Orbitalmechanik hinausgehen. Die Station umkreiste früher aus Energiegründen in verschiedenen Ausrichtungen (als es weniger Sonnenkollektoren gab und die Energie kritischer war).

Antworten (2)

Welche Seite hat Recht?

Weder. Sie beide vergessen das Drehmoment aufgrund des Luftwiderstands.

Abgesehen von Perioden mit hohem Beta-Winkel wird die Raumstation typischerweise in einer Drehmoment-Gleichgewichtslage gehalten. In dieser Lage heben sich Gravitationsgradientenmoment und atmosphärisches Schleppmoment (idealerweise) auf. Das bedeutet, dass die Störungen, die durch die Steuermomentkreisel auf der Station kontrolliert werden müssen, eher klein und mehr oder weniger periodisch sind. Dass sie klein sind, bedeutet, dass die CMGs diese Störungen problemlos bewältigen können, ohne dass die Unterstützung von Triebwerken erforderlich ist. Da sie mehr oder weniger periodisch sind, können die CMGs lange arbeiten, bevor sie entsättigt werden müssen.

Die Hauptlage (+XVV) ist nicht die einzige Lage, die auch mit Momentengleichgewicht vereinbar ist. Das ist zwar eine Einschränkung, aber nicht die einzige. Dieses Papier zeigt andere verwendete Einstellungen (einschließlich anderer TEA-Einstellungen). pims.grc.nasa.gov/pimsdocs/public/ISS%20Handbook/…
@BowlOfRed - Du hast Recht. Wenn man den atmosphärischen Luftwiderstand außer Acht lässt, gibt es im Fall eines Satelliten mit drei unterschiedlichen Trägheitsmomenten (z. B. der Raumstation) 24 TEAs. Es gibt immer noch 24 Lösungen im Falle eines konstanten atmosphärischen Luftwiderstands, aber einige von ihnen können eher komplex als echte Lösungen sein. Im Fall von Widerstand, der über Zeit, Ort oder Ausrichtung nicht konstant ist, werden die Dinge komplex in einer anderen Bedeutung des Wortes "komplex".

Kurz gesagt, um den Widerstand zu minimieren, der durch die Spur der Atmosphäre dort oben verursacht wird. (Die Paneele und Radiatoren können je nach Bedarf in Sonne oder Schatten ausgerichtet werden, aber die beste Anordnung für den Rest des Rumpfes besteht darin, die Fläche in „Vorwärts“-Richtung zu minimieren.)

Sie haben Recht, dass es stabiler ist, eine lange Achse auf die Erde zu richten, aber dies widerspricht der Widerstandsanforderung.

ähm, "hohe Trägheit" ist eine kurze Achse (die Masse ist davon entfernt) und IIRC, die Fachwerkachse ist die längste und zeigt nicht auf die Erde.
Ist es nicht auch wichtig, die Antennen in die richtige Richtung zu richten?
@GdD das ist meine Frage: ist das eine schöne Konsequenz oder eine treibende Voraussetzung?
Die Fachwerkachse ist die längste, wie Sie sagen. Aber wenn die Längsachse des Fachwerks auf die Erde ausgerichtet wäre, wäre der Widerstand auf die Struktur höher und es müssten häufigere Verstärkungen erforderlich sein, um den Zerfall der Umlaufbahn zu stoppen.
und das ist in Ordnung für mich, aber meine "Anforderung" ist, die kürzeste, nicht die längste Achse zur Erde zu haben; dh ich sage nichthaving a long axis pointed to Earth is more stable
@Federico: Wenn ich das richtig verstehe, wenn die ISS sich ohne Korrekturen ausrichten dürfte, würde ihre Längsachse auf die Erde zeigen, weil diese Konfiguration stabiler ist. Sie wenden Korrekturen an, um die Längsachse horizontal zu halten, da diese Konfiguration, obwohl sie weniger stabil ist, nützlicher ist. Ich denke nicht, dass die Korrekturen schwierig sind; die horizontale Konfiguration ist analog zu einer Kugel auf dem Gipfel eines Hügels. Sie verbrauchen viel mehr Kraftstoff, um den Luftwiderstand zu überwinden. (Ich habe die Zahlen nicht; dies basiert alles auf meiner vagen Intuition über die Physik.)
@KeithThompson, deshalb habe ich gefragt. Es könnte sein, dass ich Sachen von rotationsstabilisierten Satelliten verwechsle, aber ich hätte gerne eine Antwort, die darauf hinweist, wo ich falsch liege, wenn ich es bin.
Es gibt einen (kurzen) Wikipedia-Artikel zur Stabilisierung von Schwerkraftgradienten. Ich zitiere ein bisschen: "... durch Verlängerung der Längsachse senkrecht zur Umlaufbahn wird der "untere" Teil der umlaufenden Struktur stärker von der Erde angezogen. Der Effekt ist, dass der Satellit dazu neigt, seine Achse auszurichten des minimalen Trägheitsmoments vertikal." Achse des minimalen Trägheitsmoments bedeutet dort übrigens die Längsachse (definiert durch Drehungen um diese Achsen). Aber die vollständige Antwort auf die ursprüngliche Frage lautet: Es gibt eine ganze Mischung widersprüchlicher Anforderungen, wie andere Antworten bereits erwähnt haben.
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