Questão:
Como a nave espacial mede a gravidade a bordo?
coleopterist
2013-07-18 11:01:56 UTC
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Como a espaçonave mede a (micro) gravidade a bordo em qualquer ponto do tempo (especialmente quando sujeita aos campos gravitacionais de vários corpos)? Suponho que acelerômetros rudimentares não sejam suficientes.

Você pode dar um exemplo de um satélite que "mede sua gravidade a bordo"?
@RodyOldenhuis I estava presumindo que, por exemplo, as estações espaciais teriam tal indicador, considerando a natureza de alguns dos experimentos realizados nelas. Eu ia fazer uma pergunta complementar sobre a cronometragem para espaçonaves interplanetárias à luz da influência da relatividade (satélites GPS ala), onde a gravidade também pode ser um fator.
Esta é uma pergunta muito confusa. O que você quer dizer com "medir a gravidade?" Você quer dizer a atração de um corpo próximo (planeta)? Ou você quer dizer o campo gravitacional local? Eu acho que a resposta @RodyOldenhuis' tem coberto se o último.
@Erik Na verdade estou interessado tanto no ponto de vista de um sensor a bordo. Mas posso ver como minhas palavras podem ser confusas. Dito isso, considerando como os dois aspectos estão sendo tocados, vou deixar minha pergunta como está.
Acho que o OP por "microgravidade" estava descrevendo gradientes no jargão da NASA. Os gradiômetros rotativos da Forward (totalmente descritos no MWT) podem medir facilmente gradientes por minuto. Não acho que eles se importem com espaçonaves, a menos que um experimento precise de massas compensatórias ajustáveis ​​para achatar o espaço-tempo local.
Quatro respostas:
#1
+18
Rody Oldenhuis
2013-07-18 12:35:30 UTC
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É fundamentalmente impossível medir a gravidade de um objeto que está em queda livre. Este é o primeiro princípio da relatividade geral.

O que os acelerômetros vão lhe dar são

  • acelerações (linear ou rotacional) induzidas por propulsores, arrasto atmosférico, rodas de reação, etc.
  • vibrações de painéis solares rotativos, forças induzidas pela tripulação, etc.

A única coisa que você pode medir de um corpo em queda livre é a falta de homogeneidade em o campo de gravidade, ou em outras palavras, o gradiente de gravidade . Você pode organizar uma coleção de acelerômetros de modo que se tornem um gradiômetro de gravidade. Um gradiômetro não mede a gravidade em si, mas a mudança no campo gravitacional conforme o gradiômetro se move ao longo dele.

#2
+8
PearsonArtPhoto
2013-07-21 03:52:06 UTC
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A melhor maneira de medir a gravidade de uma espaçonave não é usando um instrumento em uma espaçonave, mas usando um par de instrumentos em duas espaçonaves. O melhor exemplo disso é a espaçonave Graal. O que eles fizeram em essência foi orbitar ao redor da Lua de forma que eles tivessem uma distância mais ou menos constante entre os dois. À medida que uma área de maior gravidade passava, a espaçonave caía um pouco. As duas espaçonaves foram capazes de detectar com muita precisão o alcance entre as duas espaçonaves, e se a espaçonave foi em uma direção particular. Usando matemática complexa, eles conseguiram descobrir o mapa gravitacional da Lua.

Alternativamente, isso pode ser feito usando um sistema de radar baseado na Terra, onde a frequência da espaçonave é cuidadosamente monitorada para Deslocamento Doppler, em busca de pequenas mudanças na órbita causadas por campos gravitacionais diferentes. Isso é complexo, mas já foi feito. O principal exemplo disso foi Magellan, mas acredito que tenha sido feito por outra espaçonave, e este efeito Doppler também será usado para determinar o campo gravitacional de Júpiter por órbita perturbada pela gravidade da espaçonave Juno conforme ela começa a orbitar em 2016.

#3
+4
Gwen
2013-07-18 11:32:24 UTC
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Pelo que eu posso dizer, não temos sensores de tamanhos razoáveis ​​capazes de determinar com precisão a microgravidade, e nossos valores gravitacionais oficiais são calculados a partir de outras informações. Com informações suficientes sobre as massas e distâncias de objetos próximos e a aceleração de uma determinada espaçonave, podemos calcular com bastante precisão a força gravitacional na espaçonave sem a necessidade de sensores.

Por exemplo, o Espaço Internacional A estação tem dois sistemas de acelerômetros (SAMS-II e MAMS) usados ​​para detectar pequenas vibrações na estrutura da ISS, mas nenhum deles é realmente sensível o suficiente para medir a força gravitacional efetiva líquida na ISS .

#4
+3
C. Towne Springer
2014-02-16 23:48:07 UTC
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Você pode determinar a microgravidade observando dois ou mais objetos flutuantes e medindo seu movimento em direção ou afastamento um do outro. Este é o método da bola de boliche. Como você pode saber se está no espaço livre ou caindo em um longo poço de elevador? Observe um par de bolas de boliche "flutuantes". Se eles estão se movendo em direção um ao outro mais rápido do que sua própria gravitação deveria produzir, então você está caindo em um poço gravitacional. Sempre há uma pseudo microgravidade nas órbitas porque partes da nave mais próximas do planeta estão tentando seguir uma órbita mais rápida do que as partes mais distantes. Geralmente é chamado de efeito de maré.

O falecido Dr. Robert Forward, da Hughes Research, projetou "niveladores de espaço-tempo" para experimentos com ônibus espaciais. Esses são arranjos de discos de tungstênio e esferas e toros que neutralizam os efeitos das marés e fornecem boas aproximações de estar no espaço livre longe de qualquer massa significativa, embora em pequenas áreas no meio do aparelho. Certa vez, ele lamentou não poder patenteá-los porque os havia usado extensivamente (em uma escala muito maior) em sua ficção científica.



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