Я слышал, как люди говорили о том, что, в отличие от Хаббла, космический телескоп Джеймса Уэбба «единственный в своем роде», «не предназначен для ремонта», «непригоден для обслуживания» и тому подобное, и именно поэтому его сложный процесс развертывания должен идти точно по плану и, следовательно, почему это так долго задерживалось (для повышения надежности).
Я не верю в подобные абсолюты, поэтому давайте предположим, что в любой момент этого процесса есть/была* ошибка:
И независимо от их предыдущих должностей, люди с агентством решают (d*):
НЕТ. Это не конец миссии. Мы ОБЯЗАТЕЛЬНО отремонтируем этот телескоп независимо от стоимости, независимо от того, сколько времени это займет и сколько новых технических новшеств потребуется для этого.
Так. Что было бы """самой легкой""" точкой отказа среди них для исправления, и как это можно было бы сделать? Что было бы самым трудным, и то же самое? Я полагаю, что это будет зависеть от того, можно ли выполнить некоторые более поздние задачи без полного успеха предыдущих задач, и от функциональности телескопа как инструмента или космического корабля, если он будет развернут несовершенно.
* Это отправлено чуть более чем за 12 часов до запланированного времени запуска, это должно быть несколько альтернативно-историческим, хотя близкое время может позволить противопоставить ответы «немедленная попытка возрождения» и «более поздняя попытка возрождения».
(Примечание: особенно потому, что заголовок изначально был написан в пределах 250 символов для публикации на Quora, а затем его пришлось урезать до менее 150, если вам нужны какие-либо разъяснения, спрашивайте.)
В 2007 году было принято решение добавить к JWST стыковочное кольцо. (1) Это не было связано с какими-либо особыми возможностями обслуживания. Скорее идея была такова: кто знает, какие возможности могут появиться в будущем. (Приборы не предназначены для обслуживания или замены).
В 2004 году НАСА начало исследование возможной роботизированной миссии по обслуживанию Хаббла. (2, 3). Результатом этого исследования стало то, что в то время роботизированная миссия была слишком дорогостоящей и непрактичной (4). Однако пока мы работали над десятилетним обзором телескопа LUVOIR, у нас была встреча с некоторыми людьми, которые участвовали в обслуживании Хаббла. Один вывод из этой встречи заключался в том, что то, что было непрактично в 2004 году, не обязательно будет непрактично в 2020 году.
«В итоге, если с JWST случится что-то катастрофическое, например, развертывание узла зеркала, застрявшее наполовину в открытом положении (заимствование фразы из « Принцессы-невесты »), JWST не обязательно будет мертв, только в основном мертв.
+1за исчерпывающий ответ! «В 2007 году было принято решение добавить к JWST стыковочное кольцо». Чем заканчивается история? В 2021 году у JWST действительно есть стыковочное кольцо?Вопрос очень широкий и охватывает все: от невозможности запуска до застрявшей части, требующей легкого толчка. Кто-то может рассказать обо всех инженерных решениях конкретных проблем, но я собираюсь обратиться к суровой реальности, которая...
Любая захватывающая космическая спасательная операция должна быть дешевле, проще и менее рискованной, чем просто создание новой. «Любой ценой» включает создание еще одного JWST и исправление того, что пошло не так перед вторым запуском.
Когда миссия Cluster потерпела крах при взлете в 1996 году , после возвращения научной группе того, что осталось , они построили и запустили вторую, Cluster II, в 2000 году . Взрыв считался четырехлетней задержкой.
Большая часть стоимости в 10 миллиардов долларов пришлась на разработку и 14-летнюю задержку. Первоначальная стоимость составляла 500 миллионов долларов . Строительство второго JWST будет стоить где-то посередине.
Даже если это будет стоить еще 10 миллиардов долларов , это может быть дешевле и менее рискованно, чем организация ремонтной миссии. Миссии по ремонту роботов совершенно новые, а JWST находится в хардкорном режиме.
Мы должны диагностировать проблему (проблемы) с расстояния 1,5 миллиона километров на космическом корабле, предназначенном для защиты от Земли. Мы должны придумать починки для космического корабля, который не предназначен для починки. Мы должны спроектировать и оснастить роботизированный космический корабль всем необходимым для полуавтономного ремонта в условиях невесомости без дальнейшего повреждения JWST и отправить его на расстояние 1,5 миллиона километров. Пока мы разрабатываем все это, JWST может понести дальнейший ущерб.
JWST рискован и дорог, но он не делает ничего такого, чего мы не делали раньше; это просто делает их все сразу.
Если во время развертывания возникнет проблема, у JWST есть варианты.
Он может нагревать и охлаждать деталь, заставляя ее расширяться, сжиматься и расшатываться. Это можно сделать, включая и выключая нагреватели и оборудование, а также подвергая деталь воздействию солнечного света и тени.
Он может управлять различными двигателями и гироскопами, пытаясь согнуть деталь и расшевелить ее.
Он может использовать свои собственные двигатели для приложения силы к детали. Он может вращаться, создавая центробежную силу на детали. Он может колебаться, чтобы попытаться встряхнуть часть. И это может ускорить приложение линейной силы к детали.
Все это уже делалось на космических кораблях с разным уровнем успеха.
Если это не сработает, вероятность успешного ремонта быстро падает.
Прежде чем приступать к дорогостоящей и рискованной спасательной операции, отправьте более дешевый зонд меньшего размера для наблюдения за JWST и выполнения диагностики.
Мы не можем просто взглянуть на JWST через телескоп. JWST находится на расстоянии 1,5 млн км и при правильной ориентации всегда направлен в сторону от Земли. Он не предназначен для того, чтобы смотреть на себя. Небольшой корабль с камерами поможет диагностировать проблему за небольшую плату.
Только тогда вы сможете оценить, стоит ли роботизированная миссия обслуживания затрат, или будет дешевле и проще создать новую.
Только на это ушли бы месяцы на проектирование, сборку, тестирование, запуск и перемещение на L2. В это время JWST может получить дополнительный урон, потому что...
Хаббл был больше похож на традиционный телескоп, длинную трубу с зеркалом внутри. У него были крышки объективов, которые можно было закрыть, чтобы защитить зеркало.
JWST позволяет всему этому болтаться. Все его части обращены в космос. У него огромное зеркало и очень, очень, очень тонкий солнцезащитный экран.
Любое время, проведенное вне ориентации или без развернутого солнцезащитного экрана, может потенциально повредить JWST от солнца . Любое время, проведенное на НОО, потенциально может повредить его обломками. Любой космический корабль, маневрирующий рядом с ним, рискует повредить его зеркало и солнцезащитный экран топливом.
Это усложняет любой ремонт. Чем дольше JWST будет ждать ремонта, тем больше вероятность того, что он получит дополнительные повреждения. Любой космический корабль, приближающийся к ремонту, рискует еще больше повредить JWST.
Маневрирование рядом с JWST может привести к обрызгиванию зеркала топливом. Чтобы применить какую-либо прямую силу, он должен был бы надежно захватить JWST в некоторых импровизированных точках захвата, рискуя повредить себя и JWST, и этот захват должен быть достаточно сильным и надежным, чтобы противостоять приложенной силе.
Любое использование подруливающих устройств рядом с JWST должно осуществляться под углом, чтобы выхлоп не направлялся прямо на JWST. Например, если ему нужно отойти от JWST, он одновременно запустит двигатели на 45 градусов выше и ниже направления JWST, создавая результирующую силу вдали.
Если проблема требует контакта с JWST, может быть дешевле и проще создать новый.
Мы не можем послать астронавта починить JWST.
В последний раз человек выходил за пределы НОО (около 300 км вверх) почти 50 лет назад, Аполлон-17 в 1972 году . Они отправились на Луну за 300 000 км. Вся поездка заняла чуть более 12 дней. Мы не планируем возвращаться на Луну не ранее 2025 года , а это стоит 35 миллиардов долларов .
JWST находится на расстоянии 1,5 млн км. Путь туда занял 30 дней в одну сторону.
Нам пришлось бы отправить астронавтов и все их снаряжение, чтобы выжить в глубоком космосе не менее 60 дней, и все топливо, чтобы добраться туда и обратно. Это ближе к миссии на Марс, чем к полету на Луну.
Это должен быть робот, причем полуавтономный. Мы никогда этого не делали.
В то время как миссии по обслуживанию роботов рассматривались для Хаббла, то есть на НОО, где роботом можно управлять с земли. JWST находится в L2 в 5 световых секундах от нас. Наземный контроль будет работать с задержкой в 10 секунд. Робот должен быть полуавтономным.
В этом нет ничего необычного, марсоходы отстают на несколько минут, но это, безусловно, все усложняет.
Чтобы восстановить JWST, нам нужно разработать и отработать множество новых технологий.
Роботизированные миссии по обслуживанию и дозаправке находятся только на этапе демонстрации технологии .
Сейчас НАСА работает над OSAM-1 : обслуживание, сборка и производство на орбите. Он будет «встречаться, захватывать, заправлять и перемещать государственный спутник, чтобы продлить срок его службы». OSAM включает ловкого робота космической инфраструктуры (SPIDER) с 5-метровой роботизированной рукой. «SPIDER соберет семь элементов, чтобы сформировать функциональную 3-метровую антенну связи».
Это известные задачи, специально разработанные для выполнения роботами на НОО. Напротив, JWST находится на уровне L2, он не предназначен для ремонта, неисправность может быть не полностью понята, и он очень хрупок.
Это высокий спрос на технологию только на этапе демонстрации.
Допустим, у робота есть гаечный ключ, которым он хочет открутить болт на JWST. На Земле, когда он прикладывает силу к гаечному ключу, гравитация и трение удерживают робота и JWST на месте; болт поворачивается.
В космосе отметив, что он удерживает робота или JWST на месте. Есть только инерция. JWST весит 6000 кг. Когда робот прикладывает усилие к гаечному ключу, если он не прочно прикреплен к JWST, робот поворачивается.
JWST не имеет ни точек захвата, ни стыковочного кольца, предназначенных для крепления другого космического корабля. Все статьи, в которых утверждается, что они добавили его, ссылаются на одно упоминание в 2007 году о плане добавить стыковочное кольцо для Ориона, чего, похоже, не произошло. Таким образом, робот должен придумать, как надежно прикрепиться к JWST в положении, когда он может влиять на ремонт, не повреждая себя или JWST.
Для высвобождения коряги может потребоваться очень, очень минимальное усилие. Если это так, роботизированная миссия может применить силу, не связываясь с JWST.
Он может использовать лазер для быстрого нагрева и охлаждения зацепленной части, заставляя ее расширяться и сжиматься и, в конечном итоге, расшатываться.
Он мог бы использовать гироскопы, чтобы вращаться, наматывая крошечный груз на нить. Сделанный очень точно, вес может быть сделан так, чтобы аккуратно выбить застрявшую часть.
Или вместо груза крючок, чтобы зацепить застрявшую деталь (делать это возле солнцезащитного козырька ужасно); однажды зацепившись, космический корабль может наматывать леску быстро и медленно (относительно), используя собственную инерцию, чтобы высвободить часть. Или он может осторожно использовать подруливающие устройства, опять же расположенные под углом вверх и вниз, чтобы избежать направления выхлопных газов прямо на JWST.
Все это говорит о том, что если дело доходит до отправки ремонтного робота, может быть проще и дешевле просто построить еще один JWST. FWIW Скотт Мэнли соглашается .
Вот некоторые подробности о сбоях на разных этапах.
Спусти его с орбиты и построй новый.
Почему? Предположим, после отказа первой ступени, разгонного блока или отделения обтекателя (см. ниже) можно каким-то образом вывести JWST на стабильную орбиту и удерживать ее там месяцы и годы для подготовки обслуживающей миссии.
Разгонный блок Ariane 5 рассчитан на 30-минутный полет. Пока он ждет на орбите, его топливо и жидкости замерзают, вытекают и испаряются. В дополнение к ремонту того, что пошло не так, эта миссия по обслуживанию теперь должна починить и дозаправить или заменить верхнюю ступень. Это никогда не было сделано.
После отделения обтекателя обнажаются его зеркало и солнцезащитный козырек. Его схема полета специально разработана для защиты от солнца . Находясь на низкой околоземной орбите в ожидании спасения, JWST неизбежно будет поврежден Солнцем и обломками, что усложнит ремонт. Как покупка подержанной машины, которая стояла без защиты снаружи, вы можете исправить то, что, как вы знаете, не так, но в то же время все деградирует.
Учитесь на своих ошибках, объявляйте их потерянными и стройте новые.
В ожидании подготовки спасательной миссии JWST будет дрейфовать дальше и добавлять дельта-V, необходимую для возвращения на L2. Он рискует быть поврежденным солнцем из-за неправильного положения, ориентации или неразвернутого солнцезащитного экрана.
Ремонтная миссия должна преследовать JWST. Как только он его поймает, он должен прочно состыковаться с космическим кораблем, который не предназначен для стыковки, хотя гравитационный тягач возможен. Он должен избегать дальнейшего повреждения JWST. И у него должно быть достаточно оставшейся дельты-V, чтобы вывести JWST и себя на L2.
Это все до проведения ремонта. Хотя, возможно, ремонт должен производиться вторым кораблем.
6000-килограммовый JWST дошел до L2 без топлива и с минимальной тягой. Это раздвинуло пределы наших возможностей тяжелого пуска. Этот спасательный корабль должен был бы нести топливо для себя и JWST. Из-за тирании уравнения ракеты это НАМНОГО больше топлива.
Слишком большой для комментария; однако не полный ответ. Следующие случаи — это все сценарии LoV, независимо от стоимости или сложности:
Потеря.
Вероятна полная потеря, учитывая, что разгонный блок делает только один прогон. Отказ двигателя разгонного блока, вероятно, не оставит космический корабль на исправной орбите. Если он каким-то образом находится на стабильной орбите и получил четкое разделение, несмотря на отказ двигателя верхней ступени, ремонтная миссия может быть выполнена.
LoV из-за невозможности генерировать энергию. К тому времени, когда вы столкнетесь с ним, он будет кувыркаться из стороны в сторону и будет слишком опасен, чтобы пытаться схватиться.
LoV из-за невозможности развернуться и получить возможность использовать космический корабль RCS, что приводит к (снова) кувыркающемуся транспортному средству. Разгонный блок имеет короткий срок службы и не может удерживать положение до прибытия ремонтной машины.
LoV из-за невозможности генерировать энергию. (То же, что и выше.)
ооо
+1Органический мрамор
ооо
ооо
Ричард
гвалли
Шверн
ооо
Шверн