Как устроен гироскоп и зачем он нужен?

Каждый хоть раз играл с юлой или волчком. Если юла не вращается, она все время падает набок. Но стоит раскрутить юлу или волчок хорошенько, как они начинают стоять вертикально. Так происходит, потому что вращающееся тело стремится сохранить свою ось вращения.

Эта игрушка нашла применение в особых устройствах, которые помогают удерживать самолеты и корабли на устойчивом курсе. Это гироскоп – устройство, с помощью которого можно определить, когда движущийся объект изменил направление движения или положение в пространстве. 

Самый простой вариант гироскопа, механический гироскоп, работает почти как юла. У него есть ротор, похожий на волчок, который быстро вращается внутри круглой рамы. Рама состоит из двух колец: большого кольца, которое может вращаться вокруг вертикальной оси, и малого кольца, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Если раскрутить колесико ротора, то оно будет сохранять свое положение в пространстве, даже если на него будут действовать внешние силы. Как бы мы ни вращали рамку, движущийся внутри нее ротор сохраняет направление оси вращения, как вертикально стоящая юла. А теперь представь, что рамка прикреплена к самолету. Если самолет накренится, то вращающийся ротор сохранит свое положение, а рамка – поменяет. Это расхождение между положением рамки и ротора фиксируют датчики.

Гироскопы нужны всюду. Например, они помогают предотвратить крен судов из стороны в сторону в шторм. У современных кораблей есть «плавники», которые торчат из днища. Гироскопы подсказывают, как переместить эти «плавники», чтобы корабль не накренился. Автопилоты в самолетах также используют гироскопы. Автопилоты могут управлять самолетами без помощи человека. Датчики на раме гироскопа сообщают, когда летательный аппарат изменил направление. Затем компьютеры настраивают самолет таким образом, чтобы он оставался на курсе, летел прямо и ровно. Пилоты самолетов полагаются на автопилот, когда они не могут видеть землю из-за облаков или тумана.

А еще некоторые космические аппараты, такие как орбитальный телескоп Хаббл, используют несколько гироскопов, чтобы удерживать свое положение на орбите.