Vì sao nhiều thiết bị vũ trụ phải quay như con quay?

Trong không gian không có điểm tựa, vì vậy một thiết bị vũ trụ muốn giữ một tư thế nhất định khi chuyển động trên quỹ đạo hoặc khi cố định ở một vị trí trong vũ trụ là điều không hề dễ.

Trong vũ trụ không có gió thổi và cũng hầu như không có lực đẩy bên ngoài như trên mặt đất. Vậy vì sao các thiết bị vũ trụ vẫn có thể tự quay? Thực ra, lực hấp dẫn trong không gian không hoàn toàn đồng đều; khí tàn dư hoặc va chạm với những hạt nhỏ cũng có thể khiến thiết bị vũ trụ rơi vào trạng thái không ổn định.

Để giúp thiết bị vũ trụ giữ ổn định, các nhà khoa học cho chúng quay như con quay. Như ta đã biết, vật thể quay với tốc độ cao thường có khả năng giữ hướng trục không thay đổi, hiện tượng đó gọi là tự ổn định hoặc ổn định theo trục.

Những ai từng chơi con quay đều biết, con quay có thể tự quay quanh trục khá lâu. Nếu không có lực cản không khí và ma sát ở chân con quay, về mặt vật lý nó có thể quay mãi quanh trục của mình. Dựa trên nguyên lý này, người ta chế tạo các thiết bị quay để ổn định phương tiện vũ trụ. Chúng lợi dụng tính định hướng của trục quay để giữ thiết bị vũ trụ ổn định khi chuyển động tốc độ cao, đồng thời có thể đo được những thay đổi vị trí rất nhỏ. Trong vũ trụ, lực cản không khí rất nhỏ và gần như không có ma sát, nên thiết bị quay như con quay có thể duy trì định hướng một cách kinh tế và hiệu quả. Kiểu ổn định tự quay này còn có khả năng chống nhiễu rất mạnh.

Nhiều thiết bị hàng không vũ trụ sử dụng phương thức tự quay để ổn định, vì vậy hình dạng của chúng thường là hình trụ tròn ngắn, có trục đối xứng. Cấu tạo này giúp tránh những biến đổi nhỏ có tính chu kỳ trong khi tự quay. Ưu điểm của ổn định quay là thao tác đơn giản và không tốn năng lượng. Tuy nhiên, những thiết bị vũ trụ có hình dạng không quy chuẩn hoặc không có trục tâm đối xứng thì không thể dùng phương thức tự quay để giữ trạng thái ổn định.