Что происходит с JWST после того, как у него кончается топливо?

JWST будет находиться на орбите L2, которая находится в нестабильном равновесии , поэтому для удержания станции потребуется топливо. JWST будет перевозить топливо в течение 5-10 лет .

Что произойдет, когда у него закончится топливо? Будет ли он дрейфовать в случайном направлении? Является ли одно направление более вероятным, чем другие?

PS: почему JWST не припаркован на L4/L5? Это стабильные равновесия, и JWST не требует большого количества топлива, чтобы оставаться там бесконечно. Да, это потребует дополнительной защиты от Земли, но для неспециалиста это кажется незначительным по сравнению с солнцезащитным экраном, который он уже имеет.

Для вашего PS: это будет на L2 Солнце-Земля , примерно в 1,5 миллионах км от Земли. Солнце-Земля L4/L5 находятся на расстоянии 1 а.е. от Земли, или примерно в 100 раз дальше. Это не потребует «дополнительной защиты от Земли» на уровне SEL4/L5, но будет гораздо сложнее поддерживать высокоскоростную связь для всех данных, которые он будет генерировать.
Чистая спекуляция; если он закончится, пока он все еще производит полезную науку, его заправят. См. «Готов ли порт пополнения запасов топлива Landsat-7 к работе роботов»? (Миссия Восстановить-L) . Также см. Помимо HST, JWST и станций, есть ли примеры спутников, предназначенных для работы в космосе? . ... его кольцо интерфейса запуска будет нести оптические цели, которые могут быть обнаружены машинным зрением обслуживающего робота, когда он приближается, чтобы прикрепиться, чтобы сделать ...
Еще один комментарий для вашего PS: Как уже упоминалось, L4/5 намного дальше. Таким образом, вам потребуется много орбитальных маневров, чтобы достичь этой точки, а у JWST а.) недостаточно топлива для этого, и я не знаю, есть ли ракета, достаточно большая, чтобы вывести на орбиту еще больший JWST. б.) Потребуются годы, чтобы привести его в рабочее состояние. в) Его можно будет заправить, если мы разработаем технологию в ближайшие годы. Но стыковка в космосе уже тяжелая, а стыковка на L4/5 означала бы, что нам нужен полностью автоматизированный сближение и соединение из-за задержек сигнала

Ответы (1)

Это видео Northrop Grumman (начиная с 09:31) иллюстрирует орбиту JWST в невращающемся (нормальном) кадре. На самом деле он находится на орбите вокруг Солнца примерно на 1% дальше, чем Земля, но слабое притяжение Земли тянет его немного быстрее, так что он остается в резонансе 1:1 с Землей. Орбита называется «Гало-орбита», потому что во вращающейся системе отсчета она выглядит как кольцо вокруг точки L2.

Регулярные, но очень маленькие станции, поддерживающие двигательные маневры, удерживают ее в этой нестабильной конфигурации. Чем чаще регулировка, тем ниже общий расход топлива в год. В соответствии с этим и Космическим телескопом Джеймса Уэбба Первоначальная коррекция промежуточного курса Монте-Карло с использованием параллелизма задач и моделирования Монте-Карло с удержанием станции для космического телескопа Джеймса Уэбба, каждые 21 день будет проводиться небольшое мероприятие по удержанию станции с движущей силой. Википедия говорит, что это будет потреблять 2-4 м/с дельта-v в год при бюджете в 150 м/с, так что срок службы может быть намного больше, чем 5-10 лет , хотя я думаю, что околополовина этого (~ 67 м / с) будет использоваться для корректировки промежуточного курса при выходе на гало-орбиту.

Если/когда маневры по удержанию станции прекратятся, JWST отклонится от этого резонанса и выйдет на более (или менее) хаотичную орбиту вокруг Солнца. Хотя это не будет непредсказуемо. Понимание орбитальной механики хорошо развито, и если дозаправки не будет, будет выбрана окончательная орбита, и будут тщательно выполнены заключительные двигательные маневры, чтобы перевести JWST на выбранный им последний путь в гелиоцентризм.

Тем не менее, ведутся разговоры о том, чтобы сделать JWST доступным для сервисных миссий, и это может сделать возможной дозаправку. См. например Помимо HST, JWST и станций, есть ли примеры спутников, предназначенных для обслуживания в космосе? , технология дозаправки космических аппаратов также обсуждается в разделе «Готов ли порт пополнения запасов топлива Landsat-7 к робототехнике»? (Миссия Восстановить-L) .

Технологии перекачки топлива НАСА , Миссия роботизированной дозаправки и RRM Задача: на веб-страницах, посвященных заправке, больше фотографий и информации.

Учитывая, что космический телескоп Хаббл по прошествии 27 лет по-прежнему высокопроизводителен, трудно представить, что нет никаких непредвиденных обстоятельств для продления срока службы JWST за пределы десяти лет, даже если это не является формальной частью его текущей миссии. Выбрасывать научный прибор стоимостью в миллиарды долларов просто из-за отсутствия топлива (или других расходных материалов) трудно себе представить.

В JPL Horizons есть пример расчета гало-орбиты для JWST, который был выполнен в 2014 году. Он вращается около одиннадцати лет и, предположительно, включает в себя небольшие маневры по удержанию станции для этого. Эта реальная орбита более сложна, чем чистая гало-орбита CR3BP (круговая ограниченная задача трех тел), потому что Земля находится на эллиптической орбите вокруг Солнца, а Луна добавляет дополнительные возмущения.

На первом рисунке ниже показана полная одиннадцатилетняя орбита с последним отклонением от L2, когда заканчивается обслуживание станции. Это вид сверху на плоскость эклиптики, с Солнцем слева.

Следующие три изображения сделаны всего за один год и показывают две петли шестимесячного периода гало-орбиты. Синяя точка — это Земля, зеленый тор — орбита Луны, а красная линия — орбита JWST. Координаты находятся во вращающейся системе барицентров Земли-Луны вокруг Солнца.

изображение изображение

вверху слева: вид сверху вниз, одиннадцать лет. справа: вид сверху вниз, один год. (Солнце слева)

изображение изображение

вверху слева: вид с солнца, один год. справа: вид сбоку, один год. (Солнце слева)

«Хаббл по-прежнему высокопроизводителен спустя 27 лет». Это потребовало чрезвычайно дорогих миссий по обслуживанию. Могло бы быть дешевле каждый раз запускать новый Хаббл. Запуски шаттлов обошлись примерно в 1-1,5 миллиарда долларов. Обратите внимание, что NRO также не обслуживает свои шпионские спутники, а заменяет их новыми, и некоторые из них столь же дороги/сложны, другие почти наверняка дороже. Например, два двойника Хаббла, подаренные NRO НАСА.
@HephaestusAetnaean «Трудно представить, что выбрасывать научный прибор стоимостью в миллиарды долларов просто из-за отсутствия топлива (или других расходных материалов)». Через десять лет после будущей даты запуска JWST может не потребоваться «миллиардов долларов», чтобы доставить дополнительное топливо для обслуживания станции. Сосредоточимся на теме вопроса. Дозаправка — это не то же самое, что замена подсистем, и в целом стоимость космических операций снижается.
Извините, если я вас обидел, но я не занимал позицию (ни за, ни против вас). Я добавлял еще один кусочек контекста/глубины к уже хорошему ответу. Кроме того, я бы предпочел, чтобы space.se не превращался в еще одну трибуну для рефлексивных контраргументов и придирок. Давайте общаться, чтобы решить проблему, а не соревноваться, чтобы отстаивать позицию.
Я начну: учитывая, что затраты на космические операции падают (особенно затраты на запуск), считаете ли вы, что более целесообразно запустить тяжелую / перестроенную / надежную (но более дешевую и новую) замену JWST (и потерять старый) , или запустить (потенциально) более сложную миссию по дозаправке, чтобы спасти старый (но изысканный/дорогой/ценный/проверенный) JWST?
@HephaestusAetnaean Этот вопрос и ответ SE касаются топлива, необходимого для поддержания станции JWST. Я оставил комментарий, чтобы повторить это ограничение. Если вы хотите обратиться к более широкой концепции, вы можете рассмотреть возможность публикации нового вопроса.
После второго осмотра вы правы, моя ошибка. Я слишком много прочитал в вопросе. Ваш первый комментарий теперь имеет для меня гораздо больше смысла. Ваше здоровье.
@HephaestusAetnaean, вы делаете интересные замечания, если есть способ изложить их в форме вопроса SE, я думаю, что обсуждение будет очень интересным и по теме!
@ daniel.sedlacek, ответ отличный, хотя я не верю, что я был первым, кто спросил.
@HephaestusAetnaean упс, действительно. Извини за это!
@Rob, упоминание должно было быть второстепенным, но если вы считаете, что это поможет, вы можете отредактировать этот ответ и добавить некоторые вещи. Я сжал изображения, чтобы освободить место, однако сейчас уже поздно, я проверю это завтра. Или вы могли бы вместо этого разместить здесь дополнительный/дополнительный ответ. Кроме того, если что-либо из этого относится к этому или этому вопросу, вы также можете рассмотреть возможность добавления ответа туда. Завтра проверю, спасибо!
Лично ИМХО вместо дозаправки, что очень сложная операция в космосе, JWST должен иметь приспособление для грейфера, и в течение 10 лет должен быть отправлен очень примитивный космический корабль - что-то вроде обычных спутников только без всей "целевой полезной нагрузки", оборудованы захватным устройством, стыкуются с портом и служат внешним движителем.
@СФ. Поскольку центр масс не будет находиться на креплении захвата, один блок может быть «крутящим моментом». Но если удержание станции происходит в основном в одном направлении (как это бывает на некоторых гало-орбитах), то сложности минимальны. Это, безусловно, хорошая идея; с нетерпением жду возможности купить акции GrappleDox LLC в ближайшее время!
@uhoh - Фотография LVIR JWST . PS: Сделал правку, минимальные изменения.
Относительно того, если/когда маневры по удержанию станции должны были быть остановлены . Последняя запланированная операция по удержанию станции - это выброс JWST с его псевдоорбиты L2 на гелиоцентрическую орбиту, отстающую от Земли. Будут слушания и т. д., если этот маневр утилизации не будет выполнен. Цифра в 5 лет — это наихудший сценарий, когда запуск и разгонный блок едва «работают». Цифра в 10 лет — это наилучший сценарий, когда все работает почти идеально. Реальность должна быть где-то посередине.
Если должна была быть выполнена миссия по дозаправке (плана на нее нет), ее разработка должна была быть уже запущена. Сложное роботизированное транспортное средство, которому требуется всего пять лет от первоначальной концепции до развертывания, неслыханно.
@DavidHammen да, это звучит правильно! Кстати, только по касательной. Является ли порт пополнения запасов топлива Landsat-7 «готовым для роботов»? (Миссия Restore-L) имеет награду. Я пытаюсь выяснить, действительно ли есть миссия по дозаправке, которая собирается запуститься, срезать изоляцию, найти топливопровод, подключиться к нему, инвазивно заправить демонстрацию космического корабля или нет.
@uhoh - То, что было Restore-L, теперь называется OSAM-1 . Планирование началось в 2016 году. Его планировалось запустить в 2020 году. Теперь его запуск планируется, возможно, в конце 2023 года , и его стоимость оценивается более чем в 1,3 миллиарда долларов (США). Что еще хуже, OSAM-1 теперь предназначен для корабля на низкой околоземной орбите, а не обязательно для Landsat-7. В какой-то момент (а 1,3 миллиарда долларов далеко за этот момент) срабатывает заблуждение о невозвратных затратах.
@DavidHammen ДА! Кажется, это лучший и окончательный ответ здесь, пожалуйста, рассмотрите публикацию как таковую!
Что происходит с JWST после того, как у него кончается топливо?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v