Будет ли вращение космического корабля / станции для искусственной гравитации вызывать вращение «оси»?

tldr: Нет, когда объект вращается, его ось остается неподвижной при отсутствии внешних сил.

Вертолеты

Несущий винт типичного вертолета испытывает сопротивление, которое заставляет его замедляться (передавая угловой момент окружающему воздуху). Чтобы удерживать аппарат в воздухе, двигатель вертолета должен обеспечивать постоянный крутящий момент на роторе. Это заставляет корпус вертолета вращаться в противоположном направлении с возрастающей скоростью.

Поскольку пилотировать вертолет во время рвоты сложно, хвостовой винт используется для создания обратного крутящего момента на корпусе вертолета, чтобы он оставался устойчивым. Реверсивный крутящий момент регулируется в соответствии с крутящим моментом двигателя (небольшие изменения реверсивного крутящего момента позволяют нам рыскать вертолет).

Примечание . Не все вертолеты используют несущие винты .

Вращающийся космический корабль

В отличие от вертолета, космический корабль работает в вакууме и, следовательно, его вращающиеся части не испытывают углового сопротивления, поэтому для его вращения не требуется никакого крутящего момента .

Гироскопический эффект ( следствие сохранения углового момента) гарантирует, что наша ось вращения останется неподвижной. Это очень полезно для реальных космических кораблей, если мы хотим, чтобы их солнечные панели и антенны были направлены в постоянном направлении. Это также полезно, если мы хотим вращать весь наш сосуд — как с гравитационным кольцом .

Предостережения

К сожалению, реальный мир часто мешает идеализированной физике . Вот некоторые проблемы, с которыми вы можете столкнуться:

• Наша идеальная модель предполагает, что на наш космический корабль не действует (чистая) внешняя сила. В глубоком космосе это хорошее приближение, но такие вещи, как солнечный ветер, атмосферное сопротивление и приливные силы, могут создавать небольшой чистый крутящий момент. Это может привести к прецессии, вызванной крутящим моментом, когда вектор оси вращения описывает окружность в пространстве.

• Если ваша ось вращения не идеально выровнена с одной из главных осей, вы испытаете прецессию без крутящего момента . Это постоянное периодическое «колебание», которое можно увидеть при бросании фрисби . Это становится практически гарантированным, если учесть, что у пилотируемого космического корабля всегда будет меняться его внутреннее распределение масс - движущиеся внутри люди изменят момент инерции и вызовут внеосевое вращение.

• Если вы решите вращаться не на той главной оси, вы столкнетесь с теоремой о промежуточной оси, и ваше вращение будет нестабильным, что приведет к периодическому перевороту оси вращения. В этом видео показана отличная демонстрация того, как заболеть космической болезнью.

• Если у нашего корабля есть вращающаяся часть и невращающаяся часть, трение в соединении приведет к вращению первой и раскрутке второй.

Все это можно смягчить либо очень тщательной конструкцией (см. космические зонды со стабилизацией вращения ), активным управлением распределением массы или активным управлением ориентацией с помощью бортовых двигателей.

Части, вращающиеся в противоположных направлениях, можно использовать, чтобы избежать первых трех проблем, имея нулевой общий угловой момент, но они по-прежнему сильно страдают от четвертой проблемы трения.

Если у них нет контакта и они имеют фиксированную скорость в пространстве, ответ будет «Нет» (почти невозможно).

Но если они связаны, то да. Идеального устройства с нулевым трением не существует. Вы тащите одно против другого.

Вам может понадобиться регулировка крутящего момента (может быть, несколько рычагов или веревок с регулируемой длиной для калибровки), чтобы ось оставалась стабильной, или, может быть, вы можете захотеть, чтобы ось вращалась в противоположных направлениях, и получить две среды обитания (основную и ось) с гравитацией, чтобы избежать такого Устройство.

Обратите внимание, что на орбите у вас будет гироскопический эффект.