Может ли космический телескоп Джеймса Уэбба управлять собственной орбитой, если это необходимо?

В этом замечательном ответе я узнал, что марсоходу Curiosity можно давать некоторые задачи, и он будет идти вперед и самостоятельно управлять работой и навигацией, по крайней мере, до определенного предела.

Космический телескоп Джеймса Уэбба должен поддерживать свое положение, чтобы гигантское зеркало и другая оптика и эксперименты оставались темными и холодными — около 50 Кельвинов, в то время как его солнечные панели получают достаточно солнечного света для производства около 2 киловатт электроэнергии.

Он также будет находиться на несколько нестабильной гало-орбите вокруг Солнца-Земли L2. Обычно за космическим кораблем следят с наземных станций, а доплеровские измерения достаточно точны, чтобы решить, когда необходимы корректирующие маневры тяги по орбите, чтобы он не сильно отклонялся. Без тщательных, регулярных небольших исправлений потребовались бы гораздо более масштабные корректировки, пожирающие топливо.

Эти поправки обычно на удивление малы, порядка километра, а по скорости — меньше метра в секунду. Точные доплеровские измерения сочетаются с подробным моделированием орбиты, включая возмущения, которые используются для расчета каждого маневра на Земле, а затем проверяются и перепроверяются перед отправкой инструкций на космический корабль на гало-орбите. После этого проводится вторая серия измерений, чтобы подтвердить, что маневр оказал ожидаемое корректирующее воздействие на орбиту.

Может ли JWST выполнять свои собственные регулярные маневры по коррекции орбиты без помощи Земли, если это абсолютно необходимо? Предположим, произошел сбой или падение метеорита, вызвавшее проблемы со связью, — может ли он хотя бы поддерживать орбиту до тех пор, пока не прибудет ремонтная миссия (с экипажем или автоматически) для ее устранения?

Если да, то как он может достаточно точно измерить собственное положение, чтобы регулярные поправки были малы? Хотя звездообразные камеры можно использовать для определения положения, как точно определить положение? Возможны ли случайные GPS-измерения на таком расстоянии? Есть ли у него достаточно хорошие камеры видимого света, чтобы проводить сверхточные измерения терминатора или даже распознавать особенности ландшафта или время покрытия Землей и Луной?

@Hobbes, поскольку гало-орбита JWST намного ближе к Земле и Луне, чем обсуждаемый там межпланетный космический корабль , в этом случае есть дополнительные варианты, которые были бы недоступны на гораздо больших расстояниях. GPS и оптический — это два, о которых я мог подумать навскидку, но могло быть и больше. Так что тот факт, что межпланетные космические корабли не могут и/или не делают этого, априори не доказывает, что современная обсерватория 21-го века на гало-орбите вокруг Земли SE-L2 не может этого сделать.
Один из важных аспектов заключается в том, что потенциал аварийного поддержания орбиты в ожидании ремонта не требуется просто потому, что ремонт, скорее всего, не будет отправлен. JWST не предназначен для обслуживания, и даже если бы это было так, ни один корабль, который мог бы поддерживать такую ​​миссию, вероятно, не будет находиться в эксплуатации в течение некоторого времени. В таких условиях проще построить и запустить новый...
@Andrew Ремонт роботов в космосе грядет ... по крайней мере когда-нибудь. См. информацию в этом в настоящее время БЕЗ ОТВЕТА вопросе о ремонте в космосе . Вещи, которые не были предназначены для обслуживания, не обязательно могут быть абсолютно непригодными, но я полагаю, что это во многом зависит от того, что конкретно нуждается в ремонте. Но как бы я ни хотел, чтобы у JWST была волшебная способность поддерживать собственную орбиту, потому что я думаю, что это было бы круто, у меня есть ощущение, что ваша логика неизбежна в этом случае.

Ответы (2)

У меня не так много времени на исследования, так как я собираюсь отправиться на работу, но быстрое изучение JWST не показывает ничего, что можно было бы использовать для астронации.

Curiosity может самостоятельно находить путь отчасти благодаря гению программирования его создателей, а также благодаря тому, насколько легко обнаруживаются препятствия. Камера может легко обнаружить опасный валун в нескольких метрах перед вами, потому что это большой и заметный объект. После этого обнаружения все остальное является упражнением в поиске пути.

Астрогация намного сложнее, потому что вы ищете путь через пустое пространство, а не через поле валунов. В отличие от скал и долин, точки Лагранжа нельзя обнаружить напрямую. Вы должны определить местоположение точки Лагранжа по другим объектам, и без каких-либо опорных точек вы ничего не можете сделать.

Насколько я понял, у JWST нет никаких обращенных к Земле телескопов или дальномеров, которые он мог бы использовать для определения собственного положения. Без данных о местоположении с Земли у него не было бы возможности выяснить, где находится точка Лагранжа относительно его собственного местоположения, и удержание позиции было бы невозможным. В некотором смысле Земля больше похожа на маяк или систему отсчета, чем на командно-административную.

Я предполагаю, что гигантский тепловой экран, блокирующий Солнце и Землю, как-то связан с отсутствием обращенных к земле телескопов или дальномеров :) Там должны быть антенны с довольно высоким коэффициентом усиления, направленные туда для связи, но камера с достаточной точностью для такая работа, вероятно, будет затруднена из-за того, что он будет торчать на конце длинной опоры, а не на корпусе космического корабля. Что насчет GPS? Как и радар, он имеет тенденцию давать точность только вдоль оси Земля-космический корабль, но это нормально, если вы получаете достаточное количество показаний в течение длительного периода времени.
На самом деле я думаю, что это, вероятно, не так насчет GPS. Вероятно, нет никакой полезной триангуляции с использованием GPS обычным способом. Единственный момент, когда может быть сигнал, - это когда спутник находится сразу за терминатором Земли, а боковые лепестки проецируются за Землю. Это дает вам только около четверти 1 градуса. См., например, слайды и ссылки в этом вопросе без ответа.
Я согласен с @UIDAlexD, я тоже ничего не нашел.
@Hobbes Хорошо, я думаю, половина меня удивлена, что у него нет автопилота, но другая половина возвращается на Землю по логике UIDAlexD. Не в этот, может быть, в следующий или после этого, когда появятся атомные часы из более глубокого космоса .
@uhoh: я могу получить вектор Земли с точностью до 1/4 градуса каждые несколько десятков минут? Так намного проще. Я почти уверен, что если его автостационарность сможет удержать его в одной степени (с земной точки зрения) правильности, это большая победа.

Короткий ответ: нет, JWST не занимается коррекцией своей орбиты самостоятельно. Стационарное обслуживание осуществляется с земли. Во время обычных операций на солнечной стороне находятся антенны как со средним, так и с высоким коэффициентом усиления, которые можно использовать для приема команд и передачи данных телеметрии и дальномерной/доплеровской информации. Этого диапазона и доплеровского смещения достаточно для управления коррекцией орбиты с земли. Как уже говорилось, это, вероятно, будут небольшие изменения скорости, эффекты которых со временем будут суммироваться.

На L2 контрольный объем JWST просто огромен. В любом месте в пределах указанного контрольного объема допускается нормальная работа. Космический корабль загружен эфемеридами/кватернионами и оборудован звездными датчиками, поэтому он имеет ограниченную информацию о местоположении, в основном для определения местоположения Земли.

Что касается «Curiosity может быть поставлен перед некоторыми задачами, и он будет самостоятельно управлять работой и навигацией, по крайней мере, до определенного предела», JWST также ориентирован на наблюдение. Каждое загружаемое «Посещение» содержит список наблюдений, которые необходимо провести, и дает указание обсерватории проводить все исследования. Он будет перемещаться от A к B и C... во время визита, с периодическими перерывами для передачи данных и автономной разгрузкой импульса. Таким образом, в этом смысле поворот к новому отношению, приобретение и руководство по выбранным звездам и т. Д. Подобно тому, что делает Curiosity. За исключением того, что у JWST нет движения по земле, только в трехмерном пространстве.

При использовании DSN «авария» на земле вряд ли будет иметь долгосрочные последствия для связи JWST, не затрагивая основные и резервные центры управления (STScI / GSFC). Если это произойдет в течение достаточно длительного периода времени, космический корабль отреагирует на потерю связи и реконфигурируется и переориентируется, чтобы максимизировать мощность и шансы на связь — он может оставаться в таком положении бесконечно долго.

Это действительно интересный ответ , спасибо! Можно ли уточнить несколько вещей; Поскольку « он может сидеть так бесконечно », этот ответ связан с этим более длинным ответом , который объясняет, что даже в чистом сценарии CR3BP стабильны только самые маленькие гало-орбиты (не такие большие, как у JWST). Разве орбита JWST не экспоненциально нестабильна? и разве раз в два месяца поправки на поддержание станции не являются абсолютно важными для экономии топлива и удержания JWST на своей орбите на протяжении всей миссии?
больше о необходимости двухнедельной каденции и дельта-v бюджета JWST в этих ответах: 1 , 2 , 3 . Без этого регулярного удержания на месте, не будет ли он экспоненциально дрейфовать вдоль одного из неустойчивых многообразий?
@uhoh Этот ответ точен. JWST не управляет своим трансляционным состоянием. Это не нужно. Что касается «несчастных случаев», то они случаются с большой регулярностью. Другое название этих «несчастных случаев» — погода. Диапазон Ka, используемый для переупорядоченных данных изображений, очень чувствителен к осадкам. Одно из трех местоположений наземных станций DSN (Goldstone) находится в высокой пустыне на западе США. Два других (Мадрид и Канберра) находятся в полусухом климате.
В то время как данные диапазона Ka, используемые для данных изображений (линия вниз), могут не передаваться из-за облачности и осадков, диапазон S, используемый для служебной телеметрии (линия вниз), управления (линия вверх) и измерения дальности (линия вверх и вниз), гораздо менее чувствителен к погодным условиям. . «Аварии» (также известные как погода) могут (и, вероятно, будут) привести к потере некоторых данных изображений. Данные о дальности и скорости дальности с гораздо меньшей вероятностью пострадают от несчастных случаев на основе ли.
@uhoh Короткий ответ «нет» правильный. JWST не может управлять своей собственной орбитой, если это необходимо. Это так просто.
@DavidHammen хороший ответ Stack Exchange - это больше, чем правильное «нет». Возьмите оба ответа, вставьте в текстовый редактор, удалите все, что связано с программами отношения или наблюдения, и оставьте только те вещи, которые связаны с тем, что JWST выполняет свою собственную станцию ​​​​(измерения, расчеты, сжигание), а другой ответ лучше отвечает на мой вопрос, как задано чем это делает. Это, безусловно, прекрасный пост с ответом, но я чувствую, что другой ответ дает некоторые «почему это не могло», а этот - нет.
Может ли космический телескоп Джеймса Уэбба управлять собственной орбитой, если это необходимо?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v