2.2没有想到的情况
人造地球卫星是人类高科技发展的成果,是航天器的三类重要成员之一。要想论证地球翻转在理论上的可行性,只能借助于人造地球卫星的航天理论。航天的理论知识说:“失重是物体在引力场中自由运动时,有质量而不表现重量的一种状态,又称零重力。失重有时泛指零重力和微重力环境。失重是空间飞行环境的重要环境因素之一。利用飞机作抛物线飞行或利用自由落体原理设计的失重塔,只能提供短暂的失重。”不要以为失重离开你我有多远,现代化的游乐园中那翻滚列车,极限运动中的蹦极,那一类玩的就是心跳的活动,就在体验失重的刺激。
航天的理论知识还说:航天器在环绕地球运行或在行星际空间航行中,处于持续的失重状态。在环绕地球运行的轨道上,实际上只有航天器的质心处于零重力,其他部分由于它们的向心力与地球引力不完全相等,而获得相对于质心的微加速度,这称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动、微小的气动阻力等,都会使航天器产生微加速度。因此,航天器所处的失重状态,严格说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。早期的航天器限于当时的技术手段,多采用被动稳定,特别是自旋稳定,如苏联的“人造地球卫星”1号,美国的“探险者”1号,中国的“东方红”1号均为自旋稳定卫星。
1958年1月31日,美国用“丘诺”1号运载火箭成功发射了第一颗卫星“探险者”1号。发射的“探险者”1号人造地球卫星像一支圆珠笔形,卫星在运行中出现了事先没有预计到的翻滚运动。本来是平稳自旋着运转的卫星,正源源不断地向地球控制站发送着在太空探测搜集到的资料信息,没有想到“探险者”1号竟然像孙悟空舞动的金箍棒一般发生了纵向翻滚。不用说,这是一次非常严重的事故,人们在这里可以提取到一个重要的信息:在已有轨道上自旋运行的卫星,可以发生自转轴在相当于卫星经线方向上的大幅度快速运动,即把自旋的自转轴翻转一定的角度。像一支圆珠笔似的美国“探险者”1号人造卫星,本来是绕着长轴作自旋稳定运行的,在人们“事先没有预计到”的情况之下,自然地发生了以横向轴为翻转轴的纵向翻滚。如果把地球放在这个轨道位置上,地球是不是也可以发生自转轴的大幅度快速翻滚运动呢?真的是那样的话,也就是说发生地球翻转应该是完全可以的!地球可以把自己的标称自转轴翻转一定的角度,把赤道翻转成水平或倾斜或直立状态;或者把标称自转轴的极区翻转到低纬度地区,再从低纬度地区翻转到反向的极区。
2.3问题的权威解释
由于发射人造地球卫星是一种高投入的行为,对于这种卫星发生意外翻滚的事故,必然要进行研究和分析。后来的分析结果表明,引起自旋稳定卫星翻滚的原因是卫星内活动部件的运动。只要卫星是内部有能量耗散的近似刚体模型,纵向翻滚就自然可以发生。
对于人造卫星自旋稳定问题,专家们是这样说的:刚体动力学证明,当刚体绕最大主惯量轴或最小主惯量轴自旋时,都具有陀螺定轴性。但是,实际的卫星不是刚体。卫星包含弹性部件,并装有姿态控制和轨道控制所需要的液体燃料。这会引起卫星中弹性部件振动和液体燃料在燃料箱内晃动,这些运动都要消耗卫星的转动动能,卫星的运动终将趋于最小动能状态。在角动量守恒的情况下,最小动能状态就是卫星绕最大主惯量轴旋转的状态。也就是说,当卫星绕最小主惯量轴自旋,且有内部机械能耗散时,标称自旋轴将在空间翻转‘扪。这在理论上已经说明了,像地球这种有气圈、水圈和液态外核的天然卫星,由于实际上可能发生的地球内核的异常运动、两极冰盖的不均匀扩大和缩小、水圈的潮起潮落、地球自己的膨胀和收缩、地外物体对地球的意外撞击.…--,都可以造成地球有内部机械能的耗散,也就是内部有能量耗散的近似刚体模型,其动能状态必然会发生变化,从而导致标称自转轴的空间翻转。在轨卫星的运动趋势是趋向于最小动能状态的,而这个状态表现为卫星绕最大主惯量轴旋转的状态。可是在非刚体状态下,由于质量的位移变动会消耗卫星的转动动能,而且卫星自转还会减少极轴方向的质量,而增加赤道方向的质量,在经过一段时间以后,原先的最大主惯量轴将逐渐失去最大的地位,而原先处于中间和最小主惯量轴将逐渐增加变大,甚至最终取代原先的最大主惯量轴。
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