Pregunta:
¿Cómo miden las naves espaciales la gravedad a bordo?
coleopterist
2013-07-18 11:01:56 UTC
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¿Cómo miden las naves espaciales la (micro) gravedad a bordo en un momento dado (especialmente cuando están sujetas a los campos gravitacionales de múltiples cuerpos)? Supongo que los acelerómetros rudimentarios no serán suficientes.

¿Puede dar un ejemplo de un satélite que "mide su gravedad a bordo"?
@RodyOldenhuis Supuse que, por ejemplo, las estaciones espaciales tendrían dicho indicador teniendo en cuenta la naturaleza de algunos de los experimentos realizados en ellas. Iba a hacer una pregunta de seguimiento sobre el mantenimiento del tiempo para las naves espaciales interplanetarias a la luz de la influencia de la relatividad (como los satélites GPS) donde la gravedad también podría ser un factor.
Ésta es una pregunta muy confusa. ¿Qué quieres decir con "medir la gravedad"? ¿Te refieres a la atracción de un cuerpo cercano (planeta)? ¿O te refieres al campo de gravedad local? Creo que la respuesta de @RodyOldenhuis' lo tiene cubierto si lo último.
@Erik En realidad, estoy interesado en ambos desde el punto de vista de un sensor integrado. Pero puedo ver cómo mi redacción puede ser confusa. Dicho esto, considerando cómo se están abordando ambos aspectos, voy a dejar mi pregunta como está.
Creo que el OP por "microgravedad" estaba describiendo gradientes en el lenguaje de la NASA. Los gradiómetros rotativos de Forward (descritos en su totalidad en MWT) pueden medir fácilmente gradientes diminutos. No creo que se molesten en las naves espaciales a menos que un experimento necesite masas de compensación ajustables para aplanar el espacio-tiempo local.
Cuatro respuestas:
#1
+18
Rody Oldenhuis
2013-07-18 12:35:30 UTC
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Es fundamentalmente imposible medir la gravedad de un objeto que está en caída libre. Este es el primer principio de la relatividad general.

Lo que te darán los acelerómetros es

  • aceleraciones (lineales o rotacionales) inducidas por propulsores, arrastre atmosférico, ruedas de reacción, etc.
  • vibraciones de paneles solares giratorios, fuerzas inducidas por la tripulación, etc.

Lo único que puede medir de un cuerpo en caída libre son inhomogeneidades en el campo de gravedad, o en otras palabras, el gradiente de gravedad . Puede organizar una colección de acelerómetros de modo que se convierta en un gradiómetro de gravedad. Un gradiómetro no mide la gravedad en sí, sino el cambio en el campo gravitacional a medida que el gradiómetro se mueve a lo largo de él.

#2
+8
PearsonArtPhoto
2013-07-21 03:52:06 UTC
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La mejor manera de medir la gravedad desde una nave espacial no es usando un instrumento en una nave espacial, sino usando un par de instrumentos en dos naves espaciales. El mejor ejemplo de esto es la nave espacial Grail. Lo que hicieron, en esencia, fue orbitar alrededor de la Luna de manera que tuvieran una distancia más o menos constante entre los dos. A medida que pasaba un área de mayor gravedad, la nave espacial en realidad caería un poco. Las dos naves espaciales pudieron detectar con mucha precisión el rango entre las dos naves espaciales y si la nave espacial se dirigió en una dirección particular. Usando algunas matemáticas complejas, pudieron averiguar el mapa de gravedad de la Luna.

Alternativamente, esto se puede hacer usando un sistema de tipo radar basado en la Tierra, donde la frecuencia de la nave espacial se monitorea muy cuidadosamente para Desplazamiento Doppler, en busca de pequeños cambios en la órbita causados ​​por diferentes campos gravitacionales. Esto es complejo, pero se ha hecho. El principal ejemplo de esto fue Magellan, pero creo que lo han hecho otras naves espaciales, y este efecto Doppler también se utilizará para determinar el campo gravitatorio de Júpiter mediante una órbita perturbada por la gravedad. de la nave espacial Juno cuando comience a orbitarla en 2016.

#3
+4
Gwen
2013-07-18 11:32:24 UTC
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Hasta donde puedo decir, en realidad no tenemos sensores de tamaño razonable capaces de determinar con precisión la microgravedad, y nuestros valores gravitacionales oficiales se calculan a partir de otra información. Con suficiente información sobre las masas y las distancias a los objetos cercanos, y la aceleración de una nave espacial determinada, podemos calcular con bastante precisión la fuerza gravitacional en la nave espacial sin necesidad de sensores.

Por ejemplo, International Space La estación tiene dos sistemas de acelerómetros (SAMS-II y MAMS) que se utilizan para detectar pequeñas vibraciones en el marco de la ISS, pero ninguno de ellos es lo suficientemente sensible para medir la fuerza gravitacional efectiva neta en la ISS. .

#4
+3
C. Towne Springer
2014-02-16 23:48:07 UTC
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Puede determinar la microgravedad observando dos o más objetos que flotan libremente y midiendo su movimiento acercándose o alejándose uno del otro. Este es el método de la bola de boliche. ¿Cómo puede saber si está en el espacio libre o si se está cayendo por un largo hueco de ascensor? Observe un par de bolas de boliche "flotantes". Si se mueven uno hacia el otro más rápido de lo que debería producir su propia gravitación, entonces estás cayendo en un pozo de gravedad. Siempre hay una pseudo microgravedad en las órbitas porque las partes de la nave más cercanas al planeta están tratando de seguir una órbita más rápida que las partes que están más lejos. A menudo se le llama efecto de marea.

El difunto Dr. Robert Forward de Hughes Research diseñó "aplanadores de espacio-tiempo" para experimentos de transbordadores. Estos son arreglos de discos de tungsteno y esferas y toros que contrarrestan los efectos de la marea y dan muy buenas aproximaciones de estar en el espacio libre lejos de cualquier masa significativa, aunque en pequeñas áreas en el medio del aparato. Una vez se lamentó de no poder patentarlos porque los había utilizado ampliamente (en una escala mucho mayor) en su ciencia ficción.



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