¿Por qué la ISS no comienza a girar si la gente entra?

He leído que antes del lanzamiento todas las personas y herramientas están sujetas para evitar que un cohete pierda el equilibrio. ¿Por qué la ISS no comienza a girar mientras los astronautas caminan dentro de ella? ¿O existe algún mecanismo de compensación para que mantenga su orientación?

Caminar (momento lineal) ni siquiera induce giros, las piruetas (momento angular) sí lo hacen.
De todos modos, caminar en la ISS no es posible sin la gravedad.
Una de las raras preguntas espaciales en las que Kerbal Space Program empeora la comprensión :D A diferencia de KSP, en realidad se conserva el momento angular. Si bien los movimientos de los astronautas y el equipo requieren ajustes de los sistemas de equilibrio a bordo (giroscopios, propulsores), no pueden crear un momento angular de la nada. Caminar es imposible, pero imagine a una persona que "sube" una escalera que recorre todo el camino alrededor de un tubo; habrá un cambio en la rotación cada vez que se empuje hacia adelante, y el cambio exactamente opuesto cuando se detenga.
¡Buena pregunta! He hecho una pregunta de seguimiento .
@Uwe tal vez no sea práctico, pero si realmente quisieras caminar en gravedad cero, podrías invertir en un poco de velcro. De los archivos de SF: youtu.be/0iiXUeil5fQ y también youtu.be/muPNlnm_i44?t=116
En realidad, en la medida en que uno puede "caminar" en la ISS, gira debido a la gente que camina. Pero dos cosas evitan que esto sea mucho más que ruido: 1) la ISS es mucho más masiva que un solo humano, y 2) el humano tiene que dejar de "caminar" eventualmente, o al menos dar la vuelta y caminar en la dirección opuesta. Para hacer que la ISS gire, uno tendría que caminar continuamente por un camino cilíndrico; tan pronto como se detuviera la marcha, el giro se detendría (ignorando todo tipo de detalles desordenados, por supuesto).
@Dan: '2) el humano tiene que dejar de "caminar" eventualmente' = conservación del impulso
Tenga en cuenta que hay un esquema que se ha utilizado en el pasado (no se sabe en la actualidad) para orientar los satélites: dentro del satélite hay tres volantes (eje X/Y/Z) accionados por motores eléctricos (y células solares). Para reorientar el satélite, se pone en marcha el motor apropiado y se hace funcionar hasta que el satélite gire en la orientación correcta, luego el motor se detiene.
Cualquier movimiento de los astronautas dentro de la ISS perturbaría la condición de gravedad cero en el interior, pero muy poco. Para obtener la mejor gravedad cero posible, se debe realizar un experimento muy sensible dentro de un satélite no tripulado.

Respuestas (4)

Considere las diferencias en masa. Una persona pesa, digamos, 100 kg para mantenerla redonda.

La ISS pesa 420.000 kg en este momento. (Por supuesto, cambia a medida que se agregan, eliminan, modifican módulos, llega carga útil, se va).

Ese es un efecto muy bajo que cualquier persona puede tener. Solo hay 6 tripulantes en la ISS a la vez, por lo que su efecto de torsión es bastante bajo.

Independientemente, hay 6 (?) giroscopios de control que gestionan la orientación de la estación. Al igual que los giroscopios del Hubble, parecen propensos a fallar y varios han tenido que ser reemplazados a lo largo de los años.

¿Esos giroscopios requieren propulsor para funcionar o simplemente desplazan la masa alrededor de la estación?
¿Es el efecto realmente insignificante? Un astronauta pesa alrededor de 1/5000 de la estación espacial. Si un astronauta gira como lo hizo Tim Peak , haciendo una rotación de un segundo, la ISS haría una rotación cada hora y media. Pero supongo que no podía dejar de girar sin interactuar con la estación espacial para que se detuviera su rotación. ¿El aire iguala las cosas?
@LocalFluff El momento angular de inercia (que es la única cantidad relevante aquí) es la masa por el brazo de palanca al cuadrado. La proporción de astronautas por estación es mucho menor que 1/5000.
@RainerP. Cuando seis astronautas de tal vez 80 kg cada uno, en total alrededor de 1/1000 de la masa de la estación espacial, se mueven tirando de las manijas en el interior, ¿cómo es que eso no mueve toda la estación espacial, por un tiempo hasta que todos los movimientos se cancelan? unos a otros con el tiempo? O tal como está, hacer que las ruedas de reacción trabajen más para contrarrestarlo. No hay nada que resista la rotación o los movimientos de una nave espacial como lo hay para un barco o incluso un avión.
@DenisKulagin No, los CMG no requieren propulsión y no cambian de masa alrededor de la estación. Trabajan sobre el principio físico de la conservación del momento angular.
@LocalFluff Para hacer girar la estación, los astronautas deben girar o moverse en círculo. Un círculo de más de 4 m de diámetro no es factible, por lo que son 500 kg de astronauta y un radio de 2 m como máximo. Solo Zvezda, con una masa de 20000 kg y un brazo de palanca de 20 m desde el centro de gravedad, ofrece 4000 veces más momento angular de inercia.
A person is say 100 kilos to keep it round.¿Persona esférica? ¿En un aspirador?
@LocalFluff Según tengo entendido, para el movimiento angular, las ruedas de reacción deberían contrarrestarlo y el equilibrio se restablecerá cuando los astronautas dejen de moverse. Para el movimiento lineal, el efecto será casi insignificante. (Si todo el mundo "camina" a lo largo de la ISS, la ISS se moverá 1/5000 de su longitud, o unos 2 centímetros)
@LocalFluff: el análogo rotacional de la masa es el momento de inercia. Este es un tensor en lugar de un escalar. El momento de inercia principal más pequeño de la ISS es de casi 100 millones kg ⋅ metro 2 . El mayor momento principal de inercia de una persona es inferior a 20 kg ⋅ metro 2 -- y eso es con los brazos completamente extendidos sobre la cabeza. Eso es un factor de 5 millones en lugar de 5000. Tim Peak estaba doblado en lugar de completamente extendido, con un momento de inercia de 4 o 5 kg ⋅ metro 2 .
@dotancohen Tenía la intención de mantener el número redondo, no la ronda de personas esféricas. Ya son redondos. Alrededor de la estación espacial mulberry...
@geoffc - Es una broma, refiriéndose a en.wikipedia.org/wiki/Spherical_cow
@DavidHammen, sin embargo, una persona que camina en el punto más alejado de la ISS desde su centro de masa le transmitiría una gran cantidad de momento angular, más de lo que podría crear en relación con ellos mismos.
@immibis -- Inténtalo de nuevo. Por un lado, no se puede caminar en la ISS. Es un entorno de gravedad casi cero. Por otro lado, el momento angular es una cantidad conservada. Cualquiera que sea el momento angular que la tripulación transfiera a la ISS, la ISS transfiere una cantidad igual pero opuesta a la tripulación. Por otro lado, los puntos más alejados del centro de masa son los arreglos. La tripulación no se pasea por los arreglos, del mismo palo o del mismo palo.
@DavidHammen Estoy usando "caminar" metafóricamente.
Supongo que son 6 por lo que hay pares para cada eje: ¿Entonces puedes acelerarlos (con motores) sin comenzar a girar la estación? Y viceversa, la fricción se cancelará en gran medida dentro de los pares. Si desea girar la estación, puede acelerar o frenar los giroscopios asimétricamente dentro de un par.

¿Por qué la ISS no comienza a girar si la gente entra?

La ISS ya está girando. Su período de rotación se ha establecido en 93 minutos para coincidir con su período orbital y mantener un lado de la estación apuntando permanentemente a la tierra. Los astronautas en movimiento no harán que empiece a girar, sino que alterarán su giro.

Podemos considerar dos efectos diferentes que un astronauta podría tener en la estación: (1) un cambio permanente en su estado de rotación, o (2) un cambio temporal.

Un ejemplo de un cambio permanente sería si un astronauta toma un equipo masivo de una parte de la estación que está lejos del eje, lo lleva a un punto en el eje y lo deja allí. Esto reduce el momento de inercia de la estación y, por lo tanto, aumenta permanentemente su velocidad de rotación debido a la conservación del momento angular. Este cambio persistirá hasta que sea contrarrestado por una redistribución compensatoria de la masa lejos del eje o posiblemente por el uso de CMG o propulsores.

Un ejemplo de un cambio temporal sería un astronauta moviendo su propio cuerpo más cerca del eje y luego retrocediendo. Debido a que el cambio es temporal, solo termina cambiando la fase de la rotación. Eso no es deseable, porque quieren mantener la misma orientación con respecto a la tierra.

En principio, es posible que un astronauta haga algo como moverse rápida y continuamente en un círculo a una distancia fija del eje, para robar o donar una cantidad significativa de momento angular a la estación. El efecto sería temporal, y la geometría de la estación espacial no parece muy útil para tratar de realizar dicho circuito.

Los movimientos de los astronautas también podrían causar que la rotación de la estación se mueva o se tambalee. Esto presumiblemente sería corregido por los CMG.

Esta es una buena respuesta, es importante recordar que la nave espacial man LEO gira para mantener una cierta relación de actitud con respecto al nadir. He vinculado a su respuesta en esta pregunta de seguimiento .
A riesgo de ser pedante, "La ISS ya está girando" es una declaración potencialmente engañosa. Todo en el universo gira y no gira, dependiendo de tu marco de referencia. Desde un marco de referencia de velocidad fija, la ISS no está girando. Desde un marco ECI, lo es.
@ArthurDent: A riesgo de ser aún más pedante, existe una distinción objetiva entre marcos de referencia inerciales y no inerciales. No es una cuestión de opinión si la tierra gira sobre su eje, ya que eso hace que tenga una forma elipsoidal.

Los CMG (Control Moment Gyros) tienen que compensar el movimiento del astronauta. En el Centro de Control de la Misión, era posible saber si los astronautas estaban despiertos, según cómo estaban operando los CMG (cuatro de ellos). Pero los movimientos son muy pequeños. Los CMG no requieren ningún combustible para su funcionamiento general, pero periódicamente se "saturan" y luego se requiere una quema de desaturación. Cada uno de los CMG se puede apuntar de forma independiente. Entonces, inicialmente apuntan en diferentes direcciones. Si se requiere una rotación, se mueven para tener un momento angular neto opuesto a eso, lo que hace que el vehículo gire (o deje de girar). Con el tiempo terminarán todos alineados en la misma dirección que es la "saturación".

Durante un lanzamiento, todo está asegurado porque un cohete acelera muy rápido (3G o más), por lo que cualquier objeto suelto "cae" muy rápido y golpea con fuerza, lo que podría dañar equipos importantes.
Los cambios en el centro de gravedad tienen efectos similares durante el lanzamiento debido a esta gran aceleración.

En órbita, las fuerzas son mucho más pequeñas en comparación. Debido a que todo está en gravedad 0, solo necesitas pequeñas fuerzas para moverte. Además, las fuerzas generalmente están equilibradas. Te mueves alrededor de la estación empujándote en un lugar y luego volando hacia la siguiente pared donde te detienes aplicando la misma fuerza en la dirección opuesta.

A pesar de esto, la actitud de la ISS se controla mediante giroscopios (y propulsores, si es necesario).

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