Почему МКС не начинает вращаться, если внутрь входят люди?

Я читал, что перед запуском все люди и инструменты пристегиваются, чтобы ракета не потеряла равновесие. Почему МКС не начинает вращаться, когда в ней ходят космонавты? Или есть какой-то компенсационный механизм для сохранения ориентации?

Ходьба (линейный импульс) даже не вызывает вращения, в отличие от пируэтов (угловой импульс).
Идти по МКС в любом случае невозможно без гравитации.
Один из редких космических вопросов, когда космическая программа Kerbal ухудшает понимание :D В отличие от KSP, в действительности угловой момент сохраняется. Хотя движения космонавтов и оборудования требуют корректировок бортовых систем балансировки (гироскопов, двигателей), они не могут создавать угловой момент из воздуха. Ходьба невозможна, но представьте себе человека, который "карабкается" по лестнице, огибающей всю трубу - вращение будет меняться всякий раз, когда он тянет себя вперед, и прямо противоположное изменение, когда он останавливается.
Хороший вопрос! Я задал уточняющий вопрос .
@Uwe, может быть, непрактично, но если вы действительно хотите ходить в невесомости, вы можете потратиться на липучку. Из архивов СФ: youtu.be/0iiXUeil5fQ, а также youtu.be/muPNlnm_i44?t=116
На самом деле, если по МКС можно «ходить», она вращается за счет людей, которые ходят вокруг. Но две вещи не позволяют этому быть чем-то большим, чем шум: 1) МКС намного массивнее, чем один человек, и 2) человек должен в конце концов перестать «ходить» или, по крайней мере, развернуться и пойти в противоположном направлении. Чтобы заставить МКС вращаться, нужно было бы непрерывно идти по цилиндрической траектории — как только ходьба прекращалась, вращение прекращалось (конечно, игнорируя всевозможные грязные детали).
@Dan: «2) человек должен в конце концов перестать «ходить» = сохранение импульса
Обратите внимание, что существует схема, которая использовалась в прошлом (не знаю, как сейчас) для ориентации спутников: внутри спутника находятся три маховика (ось X/Y/Z), приводимых в движение электродвигателями (и солнечными батареями). Чтобы изменить ориентацию спутника, запускается соответствующий двигатель и работает до тех пор, пока спутник не повернется в правильную ориентацию, после чего двигатель останавливается.
Любое движение космонавтов внутри МКС нарушало бы состояние невесомости внутри, но очень незначительно. Для наилучшей невесомости необходимо провести очень чувствительный эксперимент на беспилотном спутнике.

Ответы (4)

Учитывайте разницу в массе. Скажем, человек весит 100 кг, чтобы держать его круглым.

Масса МКС сейчас составляет 420 000 кг. (Конечно, он меняется по мере добавления, удаления, изменения модулей, поступления и отбытия полезной нагрузки).

Это очень низкий эффект, который может иметь любой человек. На МКС одновременно находится только 6 экипажей, поэтому их крутящий эффект довольно низок.

Несмотря на это, есть 6 (?) управляющих гироскопов, которые управляют ориентацией станции. Как и гироскопы Хаббла, они склонны к отказам, и некоторые из них пришлось заменить за эти годы.

Этим гироскопам для работы требуется топливо или они просто перемещают массу вокруг станции?
Эффект действительно незначительный? Астронавт весит около 1/5000 массы космической станции. Если астронавт будет вращаться , как Тим Пик , совершая оборот в секунду, то МКС будет совершать один оборот каждые полтора часа. Но я предполагаю, что он не мог остановить вращение, не взаимодействуя с космической станцией так, чтобы ее вращение было остановлено. Воздух выравнивает положение вещей?
@LocalFluff Угловой момент инерции (который здесь является единственной значимой величиной) равен массе, умноженной на плечо рычага в квадрате. Соотношение астронавтов к станции намного меньше 1/5000.
@РайнерП. Когда шесть астронавтов весом, может быть, 80 кг каждый, что в сумме составляет около 1/1000 массы космической станции, передвигаются, подтягивая себя вперед за ручки внутри, как это не двигает всю космическую станцию ​​до тех пор, пока все движения не прекратятся? друг друга со временем? Или, как есть, заставить реактивные колеса работать сильнее, чтобы противодействовать этому. Нет ничего, что противостояло бы вращению или движению космического корабля, как лодке или даже самолету.
@DenisKulagin Нет, CMG не требуют движения и не перемещают массу вокруг станции. Они работают по физическому принципу сохранения углового момента.
@LocalFluff Чтобы раскрутить станцию, астронавты должны поворачиваться или двигаться по кругу. Круг диаметром более 4 м невозможен, поэтому это 500 кг космонавта и радиус максимум 2 м. Одна только «Звезда» с массой 20000 кг и плечом рычага в 20 м от центра тяжести имеет в 4000 раз больший угловой момент инерции.
A person is say 100 kilos to keep it round.Сферический человек? В вакууме?
@LocalFluff Насколько я понимаю, для углового движения реактивные колеса должны противодействовать ему, и баланс будет восстановлен, когда космонавты перестанут двигаться. Для линейного движения эффект будет практически незаметен. (Если все «пройдут» длину МКС, МКС переместится на 1/5000 своей длины, или примерно на 2 сантиметра.)
@LocalFluff - Вращательный аналог массы - это момент инерции. Это тензор, а не скаляр. Наименьший главный момент инерции МКС составляет почти 100 млн. кг ⋅ м 2 . Наибольший главный момент инерции человека меньше 20 кг ⋅ м 2 -- и это с полностью вытянутыми над головой руками. Это в 5 миллионов раз больше, чем в 5000. Тим Пик был сложен, а не полностью вытянут, с моментом инерции 4 или 5. кг ⋅ м 2 .
@dotancohen Я хотел, чтобы число было круглым, а не круглым человеком. Они уже круглые. Вокруг тутовой космической станции...
@geoffc — это шутка, ссылка на en.wikipedia.org/wiki/Spherical_cow
@DavidHammen, однако, человек, идущий в самой дальней точке МКС от ее центра масс, передаст ей большой угловой момент - больше, чем он мог бы создать относительно себя.
@immibis -- Попробуйте еще раз. Во-первых, по МКС нельзя ходить. Это почти невесомость. Во-вторых, угловой момент является сохраняющейся величиной. Какой бы угловой момент ни передал экипаж МКС, МКС передает экипажу равную, но противоположную величину. Во-вторых, самые удаленные от центра масс точки — это массивы. Экипаж не ходит по массивам, ни в костюме, ни в костюме.
@DavidHammen Я использую слово «ходьба» метафорически.
Я предполагаю, что их 6, чтобы на каждую ось было по паре: Тогда можно их (моторчиками) разгонять, не начиная крутить станцию? И наоборот, трение внутри пары в значительной степени уравновешивается. Если вы хотите повернуть станцию, вы можете ускорить или затормозить гироскопы асимметрично в паре.

Почему МКС не начинает вращаться, если внутрь входят люди?

МКС уже вращается. Его период вращения был установлен на 93 минуты, чтобы соответствовать его орбитальному периоду и держать одну сторону станции постоянно направленной на Землю. Движущиеся космонавты не заставят его вращаться, они изменят его вращение.

Мы можем рассмотреть два различных эффекта, которые астронавт может оказать на станцию: (1) постоянное изменение состояния ее вращения или (2) временное изменение.

Примером необратимого изменения может быть ситуация, когда астронавт захватывает массивную часть оборудования из части станции, которая находится далеко от оси, переносит ее в точку на оси и оставляет там. Это уменьшает момент инерции станции и, следовательно, постоянно увеличивает скорость ее вращения за счет сохранения углового момента. Это изменение будет сохраняться до тех пор, пока ему не будет противодействовать компенсирующее перераспределение массы в сторону от оси или, возможно, использование CMG или двигателей.

Примером временного изменения может быть астронавт, перемещающий свое тело ближе к оси, а затем обратно. Поскольку изменение является временным, оно приводит лишь к изменению фазы вращения. Это нежелательно, потому что они хотят сохранить ту же ориентацию относительно земли.

В принципе космонавт может делать что-то вроде быстрого и непрерывного движения по кругу на фиксированном расстоянии от оси, чтобы украсть или передать станции значительное количество углового момента. Эффект был бы временным, и геометрия космической станции не кажется очень полезной при попытках создать такую ​​схему.

Движения космонавтов также могут вызвать прецессию или колебание вращения станции. Вероятно, это будет исправлено CMG.

Это хороший ответ, важно помнить, что космический корабль человека LEO вращается, чтобы поддерживать определенное отношение положения относительно надира. Я связался с вашим ответом в этом последующем вопросе .
Рискуя быть педантичным, утверждение «МКС уже вращается» может ввести в заблуждение. Все во Вселенной и вращается, и не вращается, в зависимости от вашей системы отсчета. В системе отсчета с фиксированной скоростью МКС не вращается. Из кадра ECI это так.
@ArthurDent: Рискуя быть еще более педантичным, существует объективное различие между инерциальной и неинерциальной системами отсчета. Вопрос не в том, вращается ли Земля вокруг своей оси, поскольку это придает ей эллипсоидальную форму.

CMG (гироскопы управления моментом) должны компенсировать движение космонавта. В Центре управления полетами можно было определить, проснулись ли астронавты, по тому, как работали CMG (их четыре). Но движения очень маленькие. CMG не требуют топлива для обычной работы, но периодически они «насыщаются», а затем требуется сжигание десатурации. Каждый CMG может указываться независимо. Итак, изначально они направлены в разные стороны. Если требуется вращение, они перемещаются, чтобы иметь чистый угловой момент, противоположный этому, заставляя транспортное средство вращаться (или прекращать вращение). Со временем все они будут выровнены в одном направлении, которое является «насыщенностью».

Во время запуска все закреплено, потому что ракета очень быстро разгоняется (3G или больше), поэтому любой незакрепленный объект очень быстро «падает» и сильно ударяется, потенциально повреждая важное оборудование.
Изменения центра тяжести также имеют огромные последствия во время запуска из-за большого ускорения.

Для сравнения, на орбите силы намного меньше. Поскольку все находится в нулевой гравитации, вам нужны лишь небольшие силы, чтобы передвигаться. Кроме того, силы в целом сбалансированы. Вы перемещаетесь по станции, отталкиваясь в одном месте, затем летите к следующей стене, где останавливаетесь, применяя ту же силу в противоположном направлении.

Несмотря на это, ориентация МКС управляется с помощью гироскопов (и, при необходимости, двигателей).

Почему МКС не начинает вращаться, если внутрь входят люди?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v