Как космический корабль измеряет гравитацию на борту?

Принципиально невозможно измерить гравитацию объекта, находящегося в свободном падении. Это первый принцип общей теории относительности .

Что вам дадут акселерометры

• ускорения (линейные или вращательные), вызванные двигателями, атмосферным сопротивлением, реактивными колесами и т. д.
• вибрации от вращающихся солнечных панелей, сил, создаваемых экипажем, и т. д.

Единственное, что вы можете измерить от тела в свободном падении, — это неоднородности гравитационного поля, или, другими словами, гравитационный градиент . Вы можете расположить набор акселерометров таким образом, чтобы он стал гравитационным градиентометром . Градиометр измеряет не саму силу тяжести, а изменение гравитационного поля по мере движения градиентометра вдоль него.

Лучший способ измерить гравитацию с космического корабля — это не использовать прибор на космическом корабле, а использовать пару инструментов на двух космических кораблях. Лучшим примером этого является космический корабль Грааль . По сути, они вращались вокруг Луны так, что между ними было более или менее постоянное расстояние. При прохождении области с более высокой гравитацией космический корабль немного упадет. Два космических корабля смогли очень точно определить расстояние между двумя космическими кораблями и определить, двигался ли космический корабль в определенном направлении. Используя сложную математику, они смогли вычислить гравитационную карту Луны.

В качестве альтернативы это можно сделать с помощью наземной системы радиолокационного типа, где частота космического корабля очень тщательно контролируется на предмет доплеровского сдвига , отслеживая небольшие изменения на орбите, вызванные различными гравитационными полями. Это сложно, но сделано. Ярким примером этого был Магеллан , но я полагаю, что это было сделано другими космическими кораблями, и этот эффект Доплера также будет использоваться для определения гравитационного поля Юпитера по возмущенной гравитацией орбите космического корабля Юнона , когда он начнет вращаться вокруг него в 2016 году.

Насколько я могу судить, на самом деле у нас нет датчиков разумного размера, способных точно определять микрогравитацию, и вместо этого наши официальные значения гравитации рассчитываются на основе другой информации. Имея достаточно информации о массах и расстояниях до близлежащих объектов, а также об ускорении данного космического корабля, мы можем довольно точно рассчитать гравитационную силу, действующую на космический корабль, без использования датчиков.

Например, на Международной космической станции есть две системы акселерометров (SAMS-II и MAMS), используемые для обнаружения небольших вибраций на раме МКС, но ни одна из них на самом деле не является достаточно чувствительной для измерения чистой эффективной гравитационной силы на МКС.

Вы можете определить микрогравитацию, наблюдая за двумя или более свободно плавающими объектами и измеряя их движение друг к другу или от него. Это метод шара для боулинга. Как узнать, находитесь ли вы в свободном пространстве или падаете в длинную шахту лифта? Наблюдайте за парой «плавающих» шаров для боулинга. Если они движутся навстречу друг другу быстрее, чем должна производить их собственная гравитация, то вы попадаете в гравитационный колодец. На орбитах всегда присутствует псевдомикрогравитация, потому что части корабля, находящиеся ближе к планете, пытаются двигаться по более быстрой орбите, чем части, которые находятся дальше. Его часто называют приливным эффектом.

Покойный доктор Роберт Форвард из Hughes Research разработал «выравниватели пространства-времени» для экспериментов с шаттлами. Это расположение вольфрамовых дисков, сфер и торов, которые противодействуют приливным эффектам и дают очень хорошее приближение к нахождению в свободном пространстве вдали от какой-либо значительной массы, хотя и на небольшой площади в середине аппарата. Однажды он пожаловался, что не может их запатентовать, потому что широко (в гораздо большем масштабе) использовал их в своей научной фантастике.