Los cuerpos rígidos que giran son estables alrededor de sus ejes de momentos de inercia más pequeños y más grandes. Cuando hay modos de disipación de energía, como la flexión y el chapoteo del propulsor, solo el eje de mayor momento de inercia es estable, porque la rotación alrededor de ese eje corresponde a la menor energía cinética. Esta es la razón por la cual falló la estabilización del giro del Explorer 1 (las antenas de radio se flexionaron para disipar la energía).
Sin embargo, los cohetes que están estabilizados por giro también giran alrededor de su eje de menor momento de inercia (son "giros de eje menor"). Dado que los cohetes se doblan y su propulsor chapotea, ¿no debería ser inestable esta rotación? Mi pregunta es si la razón por la que la estabilización de giro funciona para la actitud de un cohete es porque el tiempo de vuelo es mucho menor que el tiempo que tardaría en aumentar la inestabilidad rotacional. ¿O los cohetes usan sistemas de control activo para estabilizar el eje de giro menor?
Tenga en cuenta que una respuesta a una pregunta anterior parece indicar que la estabilización de giro sería inestable para un cohete; sin embargo, no hay explicación sobre cómo se trata este problema.
La mayoría de los cohetes estabilizados por giro son de combustible sólido, por lo que no tienen chapoteo. Las etapas de combustible sólido también tienden a tener una estructura más pesada que las de combustible líquido, porque el contenedor de combustible debe contener la presión de combustión, por lo que son menos flexibles que una etapa líquida de volumen similar. Las proporciones de las etapas superiores sólidas estabilizadas por giro tienden a ser bastante bajas, por ejemplo, Star 48 , lo que reduce aún más la flexión longitudinal (¿y tal vez también tiene un beneficio de momento de inercia?).
La estabilización de giro también se ha utilizado para etapas líquidas durante períodos breves, aunque las inestabilidades de chapoteo han causado problemas en tales casos .
Tenga en cuenta que la estabilización de giro del Explorer 1 funcionó bien para ponerlo en órbita. La disipación durante los pocos minutos de empuje no fue suficiente para causar problemas.
Una ruleta dinámicamente inestable se puede operar con amortiguación de nutación activa. Este "simplemente" significa usar un lazo de control para realizar pequeñas maniobras para reducir la precesión. La dirección del empuje está en el eje de giro del cuerpo y está en un radio finito del vector de giro (cuanto más lejos, más efecto por pulso).
Obviamente, necesita una sincronización bastante precisa para que los pulsos se produzcan en el momento adecuado. El diseñador debe elegir el sensor y la cadena de procesamiento correctos para determinar la fase con respecto a la velocidad de giro y otro sensor para detectar el ángulo de nutación; de modo que el tamaño del pulso se puede elegir para reducir progresivamente a medida que se controla la nutación.
Me sorprendió ver este https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1000936117301449 que sugiere que las etapas superiores sólidas estabilizadas por giro a menudo han tenido problemas de nutación imprevistos; Debo confesar que solo lo he echado un vistazo, pero parece estar relacionado con el movimiento del gas caliente dentro del motor sólido.
Christopher James Huff
Frailecillo
russell borogove