¿Las estaciones espaciales giratorias se ralentizan sin entrada de energía?

Clásicamente, al menos, nunca se ha sabido que la conservación del momento angular falle. Mientras todo en la estación permanezca en la estación, el momento angular total de todo permanecerá constante. La gente puede saltar de un lado a otro, moverse, generar mucho calor, todo ir hacia un lado o hacia el medio, no importa. El momento angular de un sistema cerrado permanecerá constante.

La clave allí es sistema cerrado . Si ventilan gas o desperdician o disparan propulsores, eso puede agregar o eliminar el momento angular de la estación (el maquillaje está en el momento angular de las cosas que se alejan).

La luz del sol o el viento solar u otras torsiones de la gravedad de los objetos cercanos pueden tener efectos muy pequeños que pueden acumularse con el tiempo, pero la gente sabe acerca de estas cosas y se pueden poner a cero equilibrando las torsiones.

Entonces, si construyes una gran estación espacial giratoria, o la construyes sin girar y la giras, rotará durante millones de años a menos que hagas algo mal. La única razón por la que necesitaría ruedas de reacción sería si quisiera agregar control de actitud o ajustar ligeramente la velocidad de giro.

Una de las razones por las que los cilindros O'Neill vienen en pares que giran en sentido contrario es para cancelar la precesión debida al par de torsión de otros cuerpos. Necesitan permanecer apuntando hacia el Sol. Un cilindro seguiría girando aproximadamente a la misma velocidad, pero su eje podría tener una precesión con el tiempo.

Otra ventaja es que el momento angular total del par es cero. Entonces puede construirlos en reposo y comenzar a girarlos en direcciones opuestas usando motores eléctricos o de otro tipo, sin usar ningún propulsor.

Entonces, en cierto sentido, podría pensar en un cilindro como la rueda de reacción de su doble cilindro.

También puede usar eso con geometrías que no sean pares de cilindros, ejecutarlo como un sistema de momento angular neto cero con componentes que giran en sentido contrario. En ese caso, puede tener su rueda de reacción si lo desea.

Par de cilindros O'Neill de aquí :

Una estación espacial giratoria en una órbita terrestre baja (alrededor de 400 km) se ralentizará gradualmente. El arrastre causado por el vacío no perfecto no solo baja la órbita, sino que también ralentiza la rotación.

Pero la velocidad circunferencial de la estación espacial es mucho menor que la velocidad orbital, por lo que la ralentización de la rotación será muy, muy pequeña.

Esto solo es cierto para una órbita baja, no para una órbita terrestre alta o una estación espacial que abandona nuestro sistema solar.

Yo diría que sí, una estación espacial giratoria se ralentizará si tiene sumideros disipativos de energía.

Todos los mecanismos del mundo real tienen alguna disipación, cuando una parte de la energía del movimiento macroscópico ordenado se transforma en un momento térmico estocástico de los átomos. Por ejemplo, cuando los astronautas empujan desde las paredes, las deformaciones no son absolutamente elásticas. Una pequeña parte de los tránsitos de energía a las paredes en forma de calor.

Por lo tanto, incluso una estación espacial absolutamente aislada, en ingravidez absoluta (no en microgravedad), vacío absoluto y sin radiación electromagnética externa, perderá lentamente su energía de rotación, al menos si tiene partes móviles.

Si no tiene partes móviles, hm, creo que en absoluto aislamiento podría mantener la rotación sin fin. Pero tal vez hay algunos pequeños efectos que pasé por alto).

Depende del tamaño de la estación en comparación con sus habitantes, ya que el momento angular depende del momento de inercia de la distribución de masa. El ejemplo clásico es una bailarina de patinaje sobre hielo: cuando gira con los brazos abiertos, su momento angular es lento, pero cuando acerca los brazos al cuerpo, comienza a girar muy rápido. Dado que el momento angular total$L=I\omega$se conserva, una disminución en el momento de inercia$I$implica un aumento en la velocidad angular$\omega$y viceversa. Sin embargo, en una estación grande, los cambios en el momento de inercia de toda la distribución debido a las personas que se encuentran dentro serían probablemente insignificantes.

Si toda la estación espacial girara, entonces, como han dicho otras respuestas, la conservación del momento angular mantendría la estación girando.

Sin embargo, si la parte giratoria de la estación girara alrededor de un cubo o eje estacionario, habría fricción en la conexión. La fricción se puede minimizar, pero nunca eliminar. Sin entrada de energía para el giro, en tal situación, la velocidad de rotación disminuiría lentamente y eventualmente la estación dejaría de girar.