Почему МКС крутится, хотя и стабилизирована гироскопами?

Насколько я понимаю, МКС использует гироскопы (CMG) для поддержания своего положения. При этом я понимаю, что МКС сохраняет постоянную ориентацию относительно Земли, т.е. ее ось Z всегда указывает на центр планеты. Учитывая скорость станции, это означает, что МКС должна постоянно менять свое положение со скоростью 4 градуса в минуту (см. 1 ).

Здесь я что-то упускаю. Гироскопы по определению сохраняют определенное положение. Станция, стабилизированная гироскопами, не должна ли станция всегда находиться в одном и том же «абсолютном» положении, а значит, должна вращаться относительно Земли?

Обратите внимание, что Луна не вращается относительно Земли и не использует гироскопы. Таким образом, мы можем видеть, что орбита может поддерживаться с минимальным подводом энергии, когда объект на орбите всегда обращен одной стороной к Земле. Поскольку МКС оптимизирована для минимального расхода энергии, это одно из нескольких возможных положений, которые она может поддерживать относительно Земли с минимальным потреблением энергии.
Комментарий @AdamDavis действительно фундаментален. SF. ясно говорит об этом, но в некоторых других ответах это еще не всплывает. Как только спутник вращается вокруг Земли, вы можете придать ему небольшой крутящий момент, чтобы он медленно вращался с той же скоростью. Таким образом, за исключением небольших исправлений, вам больше ничего не нужно делать, чтобы он указывал «вниз».

Ответы (4)

Термин «гироскоп» является немного общим и относится к двум устройствам в контексте ориентации космического корабля: датчику гироскопа и гироскопу управляющего момента . Датчик гироскопа измеряет скорость вращения космического корабля, в то время как гироскоп управляющего момента контролирует скорость вращения (путем создания крутящего момента).

Космическим кораблям, таким как МКС, требуется полная система управления ориентацией, которая использует измерения датчиков для оценки истинной ориентации, сравнения ее с желаемой ориентацией, а затем применения требуемого крутящего момента. Ответ на ваш вопрос действительно заключается в том, как вы определяете желаемую ориентацию . Да, МКС вращается, чтобы выровняться с Землей, но ее также контролируют, чтобы поддерживать желаемую ориентацию. Нет проблем в том, что желаемая ориентация меняется, вам не нужно стабилизироваться до «определенного положения» при использовании гироскопов. Вы можете так же легко отслеживать желаемое положение вращения с помощью гироскопов, а также отслеживать движущуюся цель с изменяющимся вращением.

Говоря о «контролирующем гироскопе», вы обычно сталкиваетесь с термином «гирокомпас». Когда вы сталкиваетесь с безоговорочным термином «гироскоп» в контексте космического корабля, вы должны предположить, что это исполнительное устройство, которое задает положение корабля; также известный как «реактивное колесо».
Конечно, но реактивные колеса и гироскопы управляющего момента работают на совершенно разных принципах, так что это не совсем точно!
@SF это неправильно, хотя и распространено. Гирокомпас — это другой механизм, работающий по более сложному принципу. Гирокомпас можно использовать только на вращающемся небесном теле (планете) и использует эффект гироскопической прецессии, чтобы указать на полюс указанного тела. Гироскоп использует гироскопический эффект для указания фиксированного направления и работает в любом месте в пространстве.

Позвольте мне добавить:

МКС без гироскопов следовала бы 1-му закону вращательного движения Ньютона — сохранять вращение; если скорость вращения составляет 1 оборот за период обращения, он всегда будет обращен к Земле одной и той же стороной.

CMG с осью, перпендикулярной плоскости вращения, не будут затронуты, сохраняя свою скорость; их крутящий момент не действует в этой плоскости, если их скорость неизменна.

Тем не менее, CMG с осью в плоскости вращения будут создавать мощный крутящий момент, если они будут вращаться только вверх - для переворачивания вращающегося гироскопа вверх дном по прямой дуге требуется довольно много силы.

Но их не нужно переворачивать. CMG на подвесе. Таким образом, пока станция вращается (следуя собственной инерции вращения), CMG, которые будут создавать крутящий момент, остаются в фиксированной ориентации, проскальзывая в своих шарнирах относительно станции. Только когда необходимо изменить вращение станции, двигатели CMG и двигатели их подвесов включаются для обеспечения желаемого крутящего момента - кроме этого они учитывают только трение / потери.

ISS использует положение равновесия крутящего момента, которое по определению требует минимального ввода от гироскопов управляющего момента. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100024204_2010020499.pdf

В четырех гироскопах управляющего момента используется конструкция с двойным шарниром, которая позволяет оси вращения поддерживать соответствующую ориентацию, которая не фиксируется в системе отсчета станции. Хотя обычно это не «свободно вращаться», это позволяет электродвигателям создавать крутящий момент, действуя против вектора импульса оси вращения.

Программный контроллер использует двигатели для преодоления «моментов сопротивления», чтобы станция оставалась стабильной и вращалась для отслеживания орбитального движения вокруг Земли. По сути, станция использует энергию солнца для привода двигателей и создания необходимых крутящих моментов для преодоления сопротивления и поддержания ориентации на орбите. Ось Z станции направлена ​​по радиальной линии к земле. Пассажиры получают лучший обзор планеты по всей орбите.

Почему МКС крутится, хотя и стабилизирована гироскопами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v