Почему МКС всегда направлена ​​к Земле одной и той же стороной?

Недавно я вступил в дискуссию в Твиттере по поводу отношения к МКС. Предметом обсуждения является положение, в котором МКС находится на орбите вокруг Земли.

Из моих воспоминаний об Орибитальной механике вам нужно, чтобы высшая ось инерции (обычно y, для условности) указывала на Землю, чтобы гравитационное дифференциальное притяжение не слишком негативно влияло на управление ориентацией (и, как следствие, вы можете отделить x-zконтур управления от yодного, плюс вы получаете сторону, всегда направленную на Землю для связи/наблюдения) и я помню, что это как-то связано с неконтролируемым (и неожиданным) вращением Explorer 1.

Другая сторона вместо этого утверждала, что наличие стороны, указывающей на Землю, требуется для этой стороны связи/наблюдения (т. е. причина и следствие перевернуты).

Какая сторона права? Почему МКС всегда направлена ​​«куполом» к Земле?

Текущее отношение (XVV) не требует минимальной энергии и требует активного контроля для поддержания. Таким образом, вы можете предположить, что для этого есть причины помимо орбитальной механики. Ранее станция вращалась в разных ориентациях по причинам питания (когда было меньше солнечных панелей и мощность была более критична).

Ответы (2)

Какая сторона права?

Ни один. Вы оба забываете о крутящем моменте из-за атмосферного сопротивления.

За исключением периодов высокого угла бета, космическая станция обычно поддерживается в положении равновесия крутящего момента. В этом положении крутящий момент градиента силы тяжести и крутящий момент атмосферного сопротивления (в идеале) компенсируют друг друга. Это означает, что возмущения, которые должны контролироваться гироскопами управляющих моментов на Станции, довольно малы и носят более или менее периодический характер. То, что они маленькие, означает, что CMG могут легко справляться с этими возмущениями без помощи двигателей. То, что они являются более или менее периодическими, означает, что CMG могут работать в течение длительного времени, прежде чем потребуется обесцвечивание.

Основное положение (+XVV) — не единственное положение, которое также соответствует равновесию крутящего момента. Хотя это ограничение, оно не может быть единственным. В этой статье показаны другие используемые подходы (включая другие подходы TEA). pims.grc.nasa.gov/pimsdocs/public/ISS%20Handbook/…
@BowlOfRed - Вы правы. Если пренебречь атмосферным сопротивлением, то в случае спутника с тремя различными моментами инерции (например, космической станции) имеется 24 ТЕА. Есть еще 24 решения в случае постоянного атмосферного сопротивления, но некоторые из них могут быть скорее сложными, чем реальными решениями. В случае сопротивления, которое не является постоянным во времени, месте или ориентации, все становится сложным в другом значении слова «сложный».

Короче говоря, чтобы свести к минимуму сопротивление, вызванное следами атмосферы наверху. (Панели и радиаторы можно выровнять по мере необходимости на солнце или в тени, но наилучшее расположение остальной части корпуса — минимизировать площадь в направлении «вперед».)

Вы совершенно правы в том, что длинная ось, направленная на Землю, более стабильна, но это противоречит требованию сопротивления.

гм, «высокая инерция» - это короткая ось (масса находится в стороне от нее), а IIRC - ось фермы - самая длинная и не направлена ​​​​на Землю.
Разве не для того, чтобы правильно направить антенны?
@GdD, это мой вопрос: это приятное последствие или требование вождения?
Ось фермы самая длинная, как вы говорите. Но если бы длинная ось фермы была выровнена с Землей, сопротивление конструкции было бы выше, и ей потребовались бы более частые ускорения, чтобы остановить падение орбиты.
и это нормально для меня, но мое «требование» состоит в том, чтобы иметь самую короткую, а не самую длинную ось по отношению к Земле; т.е. я не говорюhaving a long axis pointed to Earth is more stable
@Federico: Если я правильно понимаю, если бы МКС разрешили ориентироваться без каких-либо поправок, ее длинная ось указывала бы на Землю, потому что эта конфигурация более стабильна. Они вносят поправки, чтобы длинная ось оставалась горизонтальной, потому что эта конфигурация, хотя и менее стабильная, более полезна. Я не думаю, что исправления трудны; горизонтальная конфигурация аналогична шару на вершине холма. Они используют гораздо больше топлива, чтобы преодолеть сопротивление воздуха. (У меня нет цифр; все это основано на моем смутном догадывании о физике.)
@KeithThompson, вот почему я спросил. Возможно, я путаюсь с вещами со спутников со стабилизацией вращения, но я хотел бы получить ответ, указывающий, где я ошибаюсь, если я ошибаюсь.
В Википедии есть (короткая) статья о стабилизации гравитационного градиента. Немного процитирую: "...вытягивая длинную ось перпендикулярно орбите, "нижняя" часть орбитальной конструкции будет больше притягиваться к Земле. Эффект состоит в том, что спутник будет стремиться выровнять свою ось минимального момента инерции по вертикали». Там под осью минимального момента инерции подразумевается, кстати, длинная ось (она определяется поворотами вокруг этих осей). Но полный ответ на первоначальный вопрос: существует целый набор противоречивых требований, как упоминалось в других ответах.
Почему МКС всегда направлена ​​к Земле одной и той же стороной?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v