Vraag:
Hoe meten ruimtevaartuigen de zwaartekracht aan boord?
coleopterist
2013-07-18 11:01:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hoe meten ruimtevaartuigen de (micro) zwaartekracht aan boord op een bepaald moment in de tijd (vooral wanneer ze onderhevig zijn aan de zwaartekrachtvelden van meerdere lichamen)? Ik vermoed dat rudimentaire versnellingsmeters niet voldoende zullen zijn.

Kunt u een voorbeeld geven van een satelliet die "de zwaartekracht aan boord meet"?
@RodyOldenhuis Ik ging ervan uit dat bijvoorbeeld ruimtestations zo'n indicator zouden hebben gezien de aard van enkele van de experimenten die erop zijn uitgevoerd. Ik wilde een vervolgvraag stellen over het bijhouden van de tijd voor interplanetaire ruimtevaartuigen in het licht van de invloed van relativiteit (ala GPS-satellieten) waar de zwaartekracht ook een factor zou kunnen zijn.
Dit is een zeer verwarrende vraag. Wat bedoel je met 'zwaartekracht meten'? Bedoel je de aantrekkingskracht van een nabijgelegen lichaam (planeet)? Of bedoel je het lokale zwaartekrachtveld? Ik denk dat het antwoord van @RodyOldenhuis' je gedekt heeft als het laatste.
@Erik Eigenlijk ben ik in beide geïnteresseerd vanuit de POV van een ingebouwde sensor. Maar ik begrijp dat mijn bewoording verwarrend kan zijn. Dat gezegd hebbende, gezien de manier waarop beide aspecten worden aangeroerd, laat ik mijn vraag zoals die is.
Ik denk dat het OP door "microzwaartekracht" gradiënten beschrijft in het taalgebruik van NASA. De roterende gradiëntmeters van Forward (volledig beschreven in MWT) kunnen gemakkelijk minieme gradiënten meten. Ik denk niet dat ze de moeite nemen op ruimtevaartuigen, tenzij een experiment instelbare compensatiemassa's nodig heeft om de lokale ruimte-tijd af te vlakken.
Vier antwoorden:
#1
+18
Rody Oldenhuis
2013-07-18 12:35:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het is fundamenteel onmogelijk om de zwaartekracht te meten vanaf een object dat zich in een vrije val bevindt. Dit is het eerste principe van algemene relativiteitstheorie.

Wat versnellingsmeters u zullen geven, zijn

  • versnellingen (lineair of roterend) veroorzaakt door stuwraketten, atmosferische weerstand, reactiewielen, enz.
  • trillingen van roterende zonnepanelen, door de bemanning veroorzaakte krachten, enz.

Het enige dat u kunt meten van een lichaam in vrije val is inhomogeniteiten in het zwaartekrachtveld, of met andere woorden, de zwaartekrachtgradiënt . U kunt een verzameling versnellingsmeters zo indelen dat deze een zwaartekrachtgradiometer wordt. Een gradiëntmeter meet niet de zwaartekracht zelf, maar de verandering in het gravitatieveld terwijl de gradiometer er langs beweegt.

#2
+8
PearsonArtPhoto
2013-07-21 03:52:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De beste manier om de zwaartekracht vanaf een ruimtevaartuig te meten, is niet door een instrument op een ruimtevaartuig te gebruiken, maar door een paar instrumenten op twee ruimtevaartuigen te gebruiken. Het beste voorbeeld hiervan is het ruimtevaartuig Grail. Wat ze in wezen deden, was om zo rond de maan te draaien dat ze een min of meer constante afstand tussen de twee hadden. Naarmate een gebied met een hogere zwaartekracht passeerde, zou het ruimtevaartuig eigenlijk een beetje zakken. De twee ruimtevaartuigen waren in staat om zeer nauwkeurig het bereik tussen de twee ruimtevaartuigen te detecteren, en of het ruimtevaartuig in een bepaalde richting ging. Met behulp van complexe wiskunde waren ze in staat om de zwaartekrachtkaart van de maan te achterhalen.

Als alternatief kan dit worden gedaan met behulp van een op aarde gebaseerd radartype systeem, waarbij de frequentie van het ruimtevaartuig zeer zorgvuldig wordt gecontroleerd op Dopplerverschuiving, op zoek naar kleine veranderingen in de baan veroorzaakt door verschillende zwaartekrachtvelden. Dit is ingewikkeld, maar is gedaan. Het beste voorbeeld hiervan was Magellan, maar ik geloof dat het is gedaan door andere ruimtevaartuigen, en dit Doppler-effect zal ook worden gebruikt om het zwaartekrachtveld van Jupiter te bepalen door een door de zwaartekracht verstoorde baan van Juno-ruimtevaartuig terwijl het er in 2016 omheen draait.

#3
+4
Gwen
2013-07-18 11:32:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Voor zover ik weet, hebben we eigenlijk geen redelijk grote sensoren die in staat zijn om microzwaartekracht nauwkeurig te bepalen, en dat onze officiële zwaartekrachtwaarden in plaats daarvan worden berekend op basis van andere informatie. Met voldoende informatie over de massa's van en afstanden tot objecten in de buurt, en de versnelling van een bepaald ruimtevaartuig, kunnen we de zwaartekracht op het ruimtevaartuig vrij nauwkeurig berekenen zonder dat we sensoren nodig hebben.

Bijvoorbeeld de Internationale Ruimte Station heeft twee systemen van versnellingsmeters (SAMS-II en MAMS) die worden gebruikt om kleine trillingen op het frame van het ISS te detecteren, maar geen van beide is eigenlijk gevoelig genoeg om de netto effectieve zwaartekracht op het ISS te meten .

#4
+3
C. Towne Springer
2014-02-16 23:48:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

U kunt de microzwaartekracht bepalen door twee of meer vrij zwevende objecten te observeren en hun beweging naar elkaar toe of van elkaar af te meten. Dit is de bowlingbalmethode. Hoe weet u of u zich in de vrije ruimte bevindt of van een lange liftschacht valt? Bekijk een paar "zwevende" bowlingballen. Als ze sneller naar elkaar toe bewegen dan hun eigen zwaartekracht zou moeten produceren, dan val je in een zwaartekrachtbron. Er is altijd een pseudo-microzwaartekracht in banen omdat delen van het vaartuig dichter bij de planeet proberen een snellere baan te volgen dan de delen die verder weg zijn. Het wordt vaak een getijdeneffect genoemd.

Wijlen Dr. Robert Forward van Hughes Research ontwierp "ruimte-tijd afvlakkers" voor shuttle-experimenten. Dit zijn rangschikkingen van wolfraamschijven en bollen en torussen die de getijdeneffecten tegengaan en zeer goede benaderingen gaven van het zich in de vrije ruimte bevinden, ver verwijderd van enige significante massa, zij het in een klein gebied in het midden van het apparaat. Hij klaagde ooit dat hij ze niet kon patenteren omdat hij ze op grote schaal (op veel grotere schaal) had gebruikt in zijn sciencefiction.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...