Frage:
Wie messen Raumfahrzeuge die Schwerkraft an Bord?
coleopterist
2013-07-18 11:01:56 UTC
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Wie misst ein Raumfahrzeug die (Mikro-) Schwerkraft an Bord zu einem bestimmten Zeitpunkt (insbesondere wenn es den Gravitationsfeldern mehrerer Körper ausgesetzt ist)? Ich vermute, dass rudimentäre Beschleunigungsmesser nicht ausreichen werden.

Können Sie ein Beispiel für einen Satelliten nennen, der "seine Schwerkraft an Bord misst"?
@RodyOldenhuis I nahm an, dass beispielsweise Raumstationen einen solchen Indikator haben würden, wenn man die Art einiger der an ihnen durchgeführten Experimente berücksichtigt. Ich wollte eine Folgefrage zur Zeitmessung für interplanetare Raumfahrzeuge angesichts des Einflusses der Relativitätstheorie (ala GPS-Satelliten) stellen, bei der auch die Schwerkraft eine Rolle spielen könnte.
Dies ist eine sehr verwirrende Frage. Was meinst du mit "Schwerkraftmessung"? Meinen Sie die Anziehungskraft eines nahe gelegenen Körpers (Planeten)? Oder meinst du das lokale Schwerefeld? Ich denke, @RodyOldenhuis' Antwort hat Sie abgedeckt, wenn letztere.
@Erik Eigentlich interessiere ich mich für beides aus der POV eines Bordsensors. Aber ich kann sehen, wie verwirrend mein Wortlaut sein könnte. In Anbetracht dessen, wie beide Aspekte berührt werden, werde ich meine Frage so lassen, wie sie ist.
Ich denke, das OP durch "Mikrogravitation" beschrieb Gradienten im Sprachgebrauch der NASA. Die rotierenden Gradiometer von Forward (vollständig in MWT beschrieben) können problemlos winzige Gradienten messen. Ich glaube nicht, dass sie sich mit Raumfahrzeugen beschäftigen, es sei denn, ein Experiment benötigt einstellbare Ausgleichsmassen, um die lokale Raumzeit zu reduzieren.
Vier antworten:
#1
+18
Rody Oldenhuis
2013-07-18 12:35:30 UTC
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Es ist grundsätzlich unmöglich, die Schwerkraft eines Objekts im freien Fall zu messen. Dies ist das erste Prinzip der allgemeinen Relativitätstheorie.

Beschleunigungsmesser geben Ihnen

  • Beschleunigungen (linear oder rotatorisch), die durch Triebwerke, Luftwiderstand, Reaktionsräder usw. hervorgerufen werden.
  • Vibrationen von rotierende Sonnenkollektoren, durch die Besatzung verursachte Kräfte usw.

Das einzige, was Sie an einem Körper im freien Fall messen können, sind Inhomogenitäten in das Schwerefeld oder mit anderen Worten der Schwerkraftgradient . Sie können eine Sammlung von Beschleunigungsmessern so anordnen, dass sie zu einem Schwerkraftgradiometer werden. Ein Gradiometer misst nicht die Schwerkraft selbst, sondern die Änderung im Gravitationsfeld, wenn sich das Gradiometer daran entlang bewegt.

#2
+8
PearsonArtPhoto
2013-07-21 03:52:06 UTC
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Der beste Weg, um die Schwerkraft eines Raumfahrzeugs zu messen, ist nicht die Verwendung eines Instruments an einem Raumfahrzeug, sondern die Verwendung eines Instrumentenpaares an zwei Raumfahrzeugen. Das beste Beispiel hierfür ist das Raumschiff Grail. Im Wesentlichen umkreisten sie den Mond so, dass sie einen mehr oder weniger konstanten Abstand zwischen den beiden hatten. Wenn ein Gebiet mit höherer Schwerkraft vorbeifuhr, würde das Raumschiff tatsächlich ein wenig fallen. Die beiden Raumfahrzeuge waren in der Lage, die Reichweite zwischen den beiden Raumfahrzeugen sehr genau zu erfassen, und ob das Raumfahrzeug in eine bestimmte Richtung ging. Mithilfe komplexer Berechnungen konnten sie die Schwerkraftkarte des Mondes ermitteln.

Alternativ kann dies mit einem erdbasierten Radarsystem erfolgen, bei dem die Frequenz des Raumfahrzeugs sehr sorgfältig überwacht wird Doppler-Verschiebung, Suche nach kleinen Änderungen in der Umlaufbahn, die durch unterschiedliche Gravitationsfelder verursacht werden. Dies ist komplex, wurde aber getan. Das beste Beispiel dafür war Magellan, aber ich glaube, es wurde von anderen Raumfahrzeugen durchgeführt, und dieser Doppler-Effekt wird auch verwendet, um das Jupiter-Schwerefeld durch die durch die Schwerkraft gestörte Umlaufbahn zu bestimmen von Juno-Raumschiff, wie es 2016 umkreist.

#3
+4
Gwen
2013-07-18 11:32:24 UTC
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Soweit ich das beurteilen kann, verfügen wir nicht über ausreichend große Sensoren, mit denen die Mikrogravitation genau bestimmt werden kann, und unsere offiziellen Gravitationswerte werden stattdessen aus anderen Informationen berechnet. Mit genügend Informationen über die Massen und Entfernungen zu nahe gelegenen Objekten und die Beschleunigung eines bestimmten Raumfahrzeugs können wir die Gravitationskraft auf das Raumfahrzeug ziemlich genau berechnen, ohne dass Sensoren erforderlich sind.

Zum Beispiel der Internationale Raum Die Station verfügt über zwei Beschleunigungsmessersysteme (SAMS-II und MAMS), mit denen kleine Schwingungen am Rahmen der ISS erfasst werden. Beide sind jedoch nicht empfindlich genug, um die effektive Netto-Gravitationskraft auf der ISS zu messen .

#4
+3
C. Towne Springer
2014-02-16 23:48:07 UTC
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Sie können die Mikrogravitation bestimmen, indem Sie zwei oder mehr frei schwebende Objekte beobachten und ihre Bewegung aufeinander zu oder voneinander weg messen. Dies ist die Bowlingkugelmethode. Wie können Sie feststellen, ob Sie sich im freien Raum befinden oder in einen langen Aufzugsschacht fallen? Beobachten Sie ein Paar "schwebende" Bowlingkugeln. Wenn sie sich schneller aufeinander zu bewegen, als ihre eigene Gravitation erzeugen sollte, fallen Sie in einen Schwerkraftschacht. Es gibt immer eine Pseudomikrogravitation in Umlaufbahnen, weil Teile des Fahrzeugs, die näher am Planeten sind, versuchen, einer schnelleren Umlaufbahn zu folgen als die Teile, die weiter entfernt sind. Es wird oft als Gezeiteneffekt bezeichnet.

Der verstorbene Dr. Robert Forward von Hughes Research entwarf "Raum-Zeit-Abflacher" für Shuttle-Experimente. Hierbei handelt es sich um Anordnungen von Wolframscheiben, Kugeln und Torus, die den Gezeiteneffekten entgegenwirken und sehr gute Annäherungen an den freien Raum liefern, weit entfernt von einer signifikanten Masse, wenn auch in kleinen Bereichen in der Mitte des Geräts. Er beklagte sich einmal, dass er sie nicht patentieren könne, weil er sie in seiner Science-Fiction ausgiebig (in viel größerem Maßstab) verwendet habe.



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