engineering_ru | Космические весы

В русском блоге астронавтки Саманты Кристофоретти, которая сейчас работает на Международной космической станции, прочитал:
"...продолжили предварительный сбор грузов для нашего «Союза», в том числе нашей личной квоты в 1,5 кг, и упаковали другие свои личные вещи для возвращения на Землю".

Задумался. Ок, с орбиты астронавты могут взять с собой 1,5 кг вещей. Но как они определят их массу в условиях невесомости (микрогравитации)?

Вариант 1 - бухгалтерский. Все вещи на космическом корабле должны быть взвешены заранее. Должно быть досконально известно, сколько весит колпачок от ручки, носок и флешка.

Вариант 2 - центробежный. На тарированной пружине раскручиваем предмет; из угловой скорости, радиуса вращения и деформации пружины высчитываем его массу.

Вариант 3 - второй ньютоновский (F=ma). Пружиной толкаем тело, замеряем его ускорение. Зная силу толчка пружины, получаем массу.

Оказалось четвертое.
Используется зависимость периода колебаний пружины от массы закрепленного на ней тела.
Измеритель массы тела и малых масс в невесомости «ИМ-01М» (массметр):

"ИМ" использовался на станциях "Салют" и "Мир". Собственная масса массметра составляла 11 кг, взвешивание занимало полминуты, в течение которых прибор с высокой точностью измерял период колебаний платформы с грузом.

Вот как описывает процедуру Валентин Лебедев в своем "Дневнике космонавта" (1982):
"Первый раз приходится взвешиваться в космосе. Понятно, что обычные весы здесь работать не могут, так как нет веса. Наши весы в отличие от земных необычные, они работают на другом принципе и представляют собой колеблющуюся платформу на пружинах.
Перед взвешиванием опускаю платформу, сжимая пружины, до фиксаторов, ложусь на нее, плотно прижимаясь к поверхности, и фиксируюсь, группирую тело, чтобы не болталось, обхватывая профильный ложемент платформы ногами и руками. Нажимаю спуск. Легкий толчок, и ощущаю колебания. Частота их высвечивается на индикаторе в цифровом коде. Считываю его значение, вычитаю код частоты колебания платформы, замеренных без человека, и по таблице определяю свой вес".

Орбитальная пилотируемая станция "Алмаз", массметр под цифрой 5:

Модернизированный вариант этого устройства и находится сейчас на Международной космической станции:

Видео:

Справедливости ради - вариант 1 (предварительное взвешивание всего) используется и сейчас для общего контроля, а вариант 3 (второй закон Ньютона) применяется в устройстве взвешивания Space Linear Acceleration Mass Measurement Device (SLAMMD) NASA:

Экспериментально установили, что показания ИМ-01М и SLAMMD при взвешивании космонавтов в среднем расходятся на 1,1 кг.