¿Por qué la actitud de una nave espacial se vuelve estable cuando gira?

¿Cuál es la lógica detrás del giro de la nave espacial para aumentar la estabilidad? ¿Qué papel juega el momento angular en esto?

Su pregunta combina dos cosas, estabilidad y trayectoria. no debería Puede tener una trayectoria perfecta con un objeto que gira salvajemente (aunque el tiempo de encendido podría ser divertido...) El giro es para la estabilidad del objeto, para que siempre sepa hacia dónde apunta.
Eso es lo que quiero preguntar... ¿Por qué el apuntamiento de la nave espacial se vuelve estable al rotar la nave espacial?
Las respuestas a continuación cubren eso de Shweta. Es solo el título de la pregunta que no encajaba, lo he editado.
@Nat Gracias por la edición propuesta . Se necesita un tiempo para acostumbrarse, pero la actitud de la nave espacial es un término real. Se refiere a la orientación de la nave espacial con respecto a algún marco de referencia (la dirección a la que apunta la nave espacial). Incluso hay una respuesta aquí que aborda los múltiples significados de la palabra "actitud" cuando se aplica a las naves espaciales; El bate de béisbol de la NASA de todas las cosas.

Respuestas (3)

Las rotaciones alrededor de un eje principal para un objeto con tres momentos principales de inercia distintos son estables si la rotación es alrededor del eje con el menor o mayor momento de inercia, pero inestables si la rotación es alrededor del eje con el momento de inercia intermedio.

Demostrar que este es el caso es una de las pruebas de tortura para los estudiantes de física. Un nombre para este fenómeno es el teorema de la raqueta de tenis . Puedes ver esto fácilmente envolviendo una banda elástica alrededor de un libro y lanzándolo con un poco de giro. Dale una vuelta al libro sobre los ejes principales más pequeño y más grande y verás una rotación agradable y estable. Dale una vuelta sobre el eje intermedio y verás algo un poco caótico.

Algunos satélites aprovechan este fenómeno y establecen una rotación más o menos alrededor del eje principal más pequeño o más grande. El sistema de control del satélite puede detectar y corregir desviaciones precisamente porque estas rotaciones son estables.

Ese truco del libro me voló la cabeza cuando me lo enseñaron.

El proceso se llama estabilización de giro y no se usa en todas las naves espaciales, pero sí en algunas. En particular, no se utiliza en ninguna embarcación tripulada ya que sería perjudicial para la salud de los pasajeros.

Se aplica la conservación del momento angular. Un cuerpo siempre gira alrededor de su eje principal. Si el cohete ya gira a altas RPM, es mucho más difícil alterar el eje de rotación: el cohete será mucho más estable. Véalo de esa manera: si agrega solo un poco de rotación a un cuerpo en reposo, rotará lentamente. Si aplica la misma pequeña cantidad de rotación a un objeto que gira rápidamente, su eje de rotación apenas cambiará.

Además, un cohete giratorio suaviza cualquier perturbación individual.

Es más o menos el mismo efecto que un giroscopio o una rueda de impulso (que "absorben" el momento angular a pedido), solo con todo el cuerpo del cohete y solo en un eje.

No es que el cohete tenga que dejar de girar de sus RPM generalmente altas (50 - 600) una vez que alcanza su órbita objetivo para liberar su carga útil (los satélites típicos pueden manejar como máximo 2-5 RPM con su propio control de actitud). Hay varias técnicas disponibles, por ejemplo, yoyo-despin , pero esta técnica no siempre se considera deseable debido a los desechos que genera.

Definitivamente, un cuerpo no siempre gira alrededor de un eje principal. La Tierra, por ejemplo, no gira sobre uno de sus ejes principales, lo que resulta en el bamboleo de Chandler. Girar exactamente alrededor de un eje principal es un evento altamente improbable (probabilidad = 0). Una pequeña desviación de un eje principal es menos improbable. La estabilización de giro aprovecha el hecho de que, a veces, estas pequeñas desviaciones son estables. (Otras veces no lo son, lo que hace que el polhode ruede sin deslizarse sobre el herpolhode que se encuentra en el plano invariable).

Un cuerpo simétrico sin pares aplicados con incluso un poco de amortiguación interna (como tienen todos los objetos reales) eventualmente girará alrededor de su eje principal con el momento de inercia más bajo. Cuanto más rápido sea el giro (= mayor momento angular), más esfuerzo se necesita para alterar el eje del giro (= mayor estabilidad).

Esto no es verdad. Un cuerpo rígido girará sobre cualquier eje que sea. El cuerpo entrará en precesión si ese no es un eje principal.
Un cuerpo simétrico sin torques aplicados con incluso un poco de amortiguación interna eventualmente girará alrededor de su eje principal con el momento de inercia más bajo. Editar aplicado.
¿La ligera amortiguación necesitaría acoplar los ejes de alguna manera distinta de cero? ¡Esto es interesante!
Aquí quiero saber específicamente sobre la nave espacial Juno. ¿Por qué su 'Apuntando' se vuelve estable al girar?
La orientación es estable ya que debe superar el momento angular para cambiar el eje de rotación. Tienes que rotar el vector de momento angular. Si no fuera giratorio, esto sería mucho más fácil.
@Erik, tienes una buena habilidad para ocultar conceptos importantes dentro de oraciones que, de lo contrario, son un poco cortas para manejarlas. Piensa como superado y más fácil y cuanto más se necesita también se puede expresar de formas más técnicas. ¿Puede ampliar su respuesta, agregar algunas oraciones más para elaborar las frases ingeniosas? Si alguien lee tu respuesta y se pregunta "¿pero por qué?" (como lo hago yo) sería genial ver un poco más de seguimiento y el nombre formal (¿y el enlace?) de los principios subyacentes. Me gusta lo que dices, ¡pero no las pocas palabras que usas para decirlo!
¿Por qué la actitud de una nave espacial se vuelve estable cuando gira?
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