Question:
Comment l'étage supérieur de la fusée Juno 1 a-t-il changé d'orientation pendant qu'il tournait?
Thomas
2017-12-25 20:43:57 UTC
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L'étage supérieur de la fusée Juno 1 a été propulsé à une vitesse élevée avant le lancement afin qu'il soit stabilisé en rotation et ne nécessite aucun système de guidage. Une fois l'étage supérieur séparé du 1er étage, il s'est dirigé vers l'apoapsis, s'est orienté pour pointer vers l'horizon avec des jets d'air, puis s'est enflammé pour mettre le satellite Explorer en orbite.

Comment l'étage supérieur s'est-il orienté pointer vers l'horizon pendant qu'il tournait? L'étage supérieur tournant ne serait-il pas très résistant aux changements d'orientation? Les jets d'air ont-ils été tirés de manière à profiter de la nature gyroscopique de l'étage supérieur tournant pour faciliter son orientation?

Pas une réponse complète, mais quelques données: le satellite Explorer avait un diamètre de seulement 16 cm et un poids de 13 kg. La fusée avait un diamètre de 180 cm et un poids au lancement de 40 000 kg. L'élan de la masse tournante était plutôt faible par rapport à l'ensemble de l'assemblage.
On dirait que la section rotative totale avait un poids d'environ 500 kg et un diamètre de 90 cm (1020 livres et 2,9 pieds). Par ailleurs, les étages supérieurs avaient une accélération maximale de près de 30 g - ce devait être une bête robuste.
Un répondre:
Puffin
2017-12-27 05:16:58 UTC
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Cette réponse répond à la partie de la question: " Comment l'étage supérieur s'est-il orienté pour pointer vers l'horizon pendant qu'il tournait? L'étage supérieur tournant ne serait-il pas très résistant aux changements d'orientation? ".

Cette manœuvre est appelée précession de l'axe de rotation. Vous avez raison de dire que la stabilisation de rotation fait exactement cela, elle rend l'axe de rotation plus stable aux petites perturbations, mais cela ne signifie pas que ce n'est pas viable de faire une telle manœuvre. Du haut de ma tête, je ne pourrais pas dire combien cela coûterait de plus en propulseur, bien qu'il soit évidemment nécessaire de procéder à une mise en phase minutieuse du propulseur conduisant la précession afin qu'il ne se déclenche qu'au bon moment.

[ EDIT 1

Ceci est une manœuvre de précession typique (pas nécessairement celle d'Explorer 1, fonctionne comme ceci, imaginez ce concept:

i) un propulseur monté radialement qui ne pointe pas à travers le centre de masse et qui tire continuellement - il n'y aura pas de précession,

alors imaginez

ii) qu'il est synchronisé uniquement pour tirer en pointant dans une direction - il y aura maintenant une force de rotation (bien que la réaction doit être cohérente avec le comportement gyroscopique, ma mémoire est rouillée à ce sujet). Comme il ne tirera que pendant une petite partie de la période de rotation, la manœuvre prendra plus de temps que pour un corps non tournant.

EDIT 1 / ]

Notez que la mission Juno 1 / Explorer 1 était également célèbre en raison d'un malentendu sur la nature de la stabilisation de la rotation à l'époque . La réponse à cette question Explorer 1 décrit ce point plus en détail (je viens de trouver et d’ajouter du matériel pertinent) lorsque le satellite a basculé à cause du transfert d’énergie dû aux modes flexibles.

MODIFIER 2

J'accepte ce qui précède avant de dire quelle était la conception de l'Explorateur 1. Une question évidente serait de savoir quelle combinaison de capteurs et de boucles de contrôle a été utilisée pour la mission Explorer 1. Ce que j'ai essayé de décrire, c'est la physique du problème du point de vue d'une feuille de papier vierge.

Les propulseurs tournaient-ils ou étaient-ils fixés sous le roulement à billes?
Est-ce que * précession de l'axe de rotation * via une longue série de tirs très soigneusement mis en phase / synchronisés est une hypothèse éclairée, ou savez-vous avec certitude que c'est bien ce pour quoi Juno 1 a été conçu et équipé? Est-il possible d'ajouter un lien de support pour cela?
La première partie est le nom de la manœuvre. Le deuxième bit comme vous le dites "par une longue série ..." est une supposition, bien que je ne puisse pas voir immédiatement comment vous le feriez autrement, merci d'avoir repris là-dessus, légère modification introduite.
@Puffin oui, je comprends le principe, mais si le spacecrat était destiné à tourner à 750 tr / min (soit 12,5 tours par seconde) comme indiqué dans [votre réponse] (https://space.stackexchange.com/a/24105/12102) à la question liée, qui devrait être une pulsation assez rapide et étroitement contrôlée, en quelque sorte phasée / synchronisée à une trame inertielle, comme un capteur solaire par exemple, afin de réussir cela. Ce serait une technologie assez étonnante qui aurait mûri en 1958! Est-ce donc purement une hypothèse, ou y a-t-il des preuves que c'est ainsi que cela était vraiment censé fonctionner?
@uhoh Les propulseurs étaient montés sur la section d'instrument qui ne tournait pas. Voir https://history.nasa.gov/sputnik/jupsketch.jpg Seule la "baignoire" tournait
Oui, bons points, les deux. Légère modification à nouveau pour avouer les limites de la réponse!
@asdfex Merci pour l'info. Ainsi, la partie "* il ne se déclenchera que pendant une petite partie de la période de rotation *" de la discussion n'est plus nécessaire et devrait probablement être supprimée. Il y aura encore de la précession (le tout est encore un gros gyroscope) mais la * direction * du vecteur de poussée devra être calculée en fonction de la "rotation normale" du moment d'inertie de l'ensemble * mais corrigée pour * l'effet de précession (probablement) faible dû à la rotation de la cuve.


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