陀螺與航天器
在無(wú)依無(wú)靠的太空中,一個(gè)航天器始終要保持一種特定的姿勢(shì)在某個(gè)軌道上運(yùn)行,或是固定在太空的某個(gè)位置上,其實(shí)是十分困難的。
太空中沒(méi)有風(fēng)吹,也沒(méi)有人去推,航天器為什么還會(huì)自己“開(kāi)小差”呢?其實(shí),太空中不均勻的引力、殘留的大氣和空間微小顆粒的碰撞,都會(huì)使航天器處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
為了使航天器保持穩(wěn)定的狀態(tài),科學(xué)家們干脆使航天器像陀螺那樣旋轉(zhuǎn)起來(lái)。我們知道,凡是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體都有一種保持轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向不變的特性,這叫作自旋穩(wěn)定或定軸性。
玩過(guò)陀螺的人都知道,陀螺可以圍繞它的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)很長(zhǎng)時(shí)間,如果沒(méi)有空氣的阻力和轉(zhuǎn)軸與桌面的摩擦力,理論上,陀螺可以非常穩(wěn)定地圍繞轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)。人們模仿陀螺制成了陀螺儀,它就是利用陀螺高度穩(wěn)定的定軸性測(cè)出微小的位置變化。
在太空中,航天器受到的空氣阻力很小,又沒(méi)有摩擦力,所以,讓航天器像陀螺那樣旋轉(zhuǎn),可以十分經(jīng)濟(jì)有效地使航天器保持穩(wěn)定的定向,這種自旋穩(wěn)定還具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
許多航天器都采用自旋穩(wěn)定,而且它們的形狀接近矮圓柱形,呈軸心對(duì)稱,這就可以避免出現(xiàn)自轉(zhuǎn)軸的周期性微小變化。自旋穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、不消耗能源。當(dāng)然,一些形狀不規(guī)則或不呈軸心對(duì)稱的航天器,就不能采用自旋穩(wěn)定來(lái)保持穩(wěn)定狀態(tài)。
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