Почему JWST не развертывается на НОО там, где он потенциально пригоден для обслуживания?

Космический телескоп Джеймса Уэбба развернется (механически развернется) на пути к L2. Не мог ли он сделать это на НОО, где он потенциально исправен? Планируется, что Starliner CST-100 и Dragon вскоре позволят доступным пилотируемым полетам на НОО, и, возможно, «Союз» уже может это сделать. По крайней мере, Орион предназначен для выхода в открытый космос, и это телескоп стоимостью 8,8 миллиарда долларов. Даже если JWST не предназначен для модернизации, застрявшая движущаяся часть может быть перемещена вручную во время выхода в открытый космос. Затем верхняя ступень доводит его до уровня L2. Я действительно думаю, что некоторые другие космические корабли облетели Землю, прежде чем отправиться к своим межпланетным пунктам назначения. Почему JWST не развертывается на НОО там, где он потенциально пригоден для обслуживания? (как Викинг?).

Типа Викинг?? Ты имеешь в виду сброс биощита? Не было ни значительного риска, ни возможности исправить ситуацию. Он должен был немедленно вылететь на «Кентавре», который работал на батареях и у которого выкипало криогенное топливо.
@MarkAdler Я не имею в виду, что что-то было выведено на орбиту на НОО для эксплуатационного потенциала, но по другим причинам, прежде чем отправиться за пределы Земли.
об обслуживании с использованием современных технологий: space.stackexchange.com/q/10629/6642
Это инфракрасный прибор, он должен быть вдали от Земли.

Ответы (5)

JWST запускается на Ariane V с криогенной верхней ступенью. Эта верхняя ступень должна быть использована немедленно, чтобы вывести ее на траекторию к Солнцу-Земле L2. Ступень работает на батареях, а криогенное топливо выкипает. Так что не было бы времени что-либо делать, даже если бы вы развернули телескоп перед вылетом.

Кроме того, развернутое зеркало и солнцезащитный козырек должны были быть спроектированы так, чтобы воспринимать нагрузки от тяги верхней ступени, что увеличило бы их массу и сложность. Довольно ненужное увеличение массы за весь срок службы телескопа для 20-минутного события.

Единственным способом сделать это было бы иметь разгонный блок с электрическим двигателем. Тогда вы сможете вывести его на низкую околоземную орбиту на короткое время, достаточно короткое, чтобы смягчить обломки, и все еще доступное для Ориона или Дракона. Вы можете использовать электродвигатель, чтобы поднять его над большей частью обломков в ожидании обслуживания (более 2000 км) и опустить его для обслуживания. Несколько вмятин в зеркалах лучше, чем полное отсутствие телескопа. Однако у вас будут ремни Ван Аллена, чтобы рассмотреть их на орбите ожидания. Электродвигатель будет иметь очень малую тягу, поэтому развернутый телескоп вряд ли заметит это и сможет ждать сколь угодно долго, прежде чем отправиться в путь. Телескоп также должен быть спроектирован так, чтобы его можно было обслуживать, чего в настоящее время нет.

Что было бы действительно хорошо, так это если бы у него была электрическая двигательная установка с достаточным количеством топлива, чтобы доставить его на L2 и вернуть обратно на НОО. Затем вы можете обслужить его, заправить бак ксеноном и отправить обратно.

Увы, все это только увеличило бы стоимость и без того довольно дорогого телескопа, чтобы снизить риск, который можно и удалось снизить за счет проектирования и испытаний.

Возможно, что мы могли бы сделать, если возникнет проблема после того, как она доберется до L2, это разработать систему SEP для перехода на L2, захвата и возврата.
Я прокомментировал другой ответ, но здесь есть неправильное представление о том, что среда обломков становится лучше, когда вы поднимаетесь выше. Это не начинает происходить до тех пор, пока высота не превысит 2000 км. Фактически, замусоренность на высоте 1600 км примерно в 1000–10 000 раз ХУЖЕ, чем замусоренность на высоте 400 км.
Да, это примерно эквивалентно 400 км на 1300 км, о чем я и думал. Пик находится на высоте около 800 км из-за нескольких крупных столкновений, которые произошли там . На веб-странице Webb есть ограниченная информация, но они также жаловались на мусор, исходящий от ISS. Среда орбитального мусора на высоте МКС на самом деле не так уж и плоха.
Этот график показывает, что это примерно то же самое на 1600 км, что и на 400 км.
@Tristan У вас есть доступ к более свежим и / или более точным данным, чем вики-диаграмма? Я не знаю, можете ли вы поделиться чем-то из этого, так как это связано с вашей работой, но если бы вы могли, это, вероятно, помогло бы.
@MarkAdler Этот график относится только к отслеживаемым объектам (10 см и больше). См. hdl.handle.net/2060/20150003495 (презентация НАСА, опубликованная через NTRS) для некоторых графиков частиц меньшего размера. Обратите внимание, что даже те размеры, которые изображены на графике, все еще больше, чем наименьший размер, который нас интересует, поскольку мы имеем дело с оптическими поверхностями.
Хорошо, тогда на 1300 км это примерно в пять раз хуже МКС. Вернемся к уровню МКС на высоте 2000 км. Из этого пакета я не вижу ваших 1000 на 10000. Если я выйду на локальный максимум на 1500 км, то это примерно в 40 раз больше плотности на 400 км. Используете ли вы какую-то другую метрику?
Это не так многообещающе, как я думал, поэтому я отредактирую ответ.
Люди в бизнесе, похоже, доверяют механическим самоустанавливающимся системам. И единственная серьезная поломка, о которой я думаю, это главная антенна Галилео 25 лет назад.
У Skylab была замятая солнечная панель из-за того, что изоляция была сорвана при запуске.
@MarkAdler Есть нечто большее, что делает среду мусора плохой, чем просто «сколько там вещей?» Размер частиц, плотность материала, углы сближения и скорости и т. д. имеют значение. Вы, вероятно, не найдете всю эту подробную информацию в открытом доступе, но вам может повезти, если вы посмотрите на ORDEM 3 (NASA) и MASTER-2009 (ESA).
Да, около 20 лет назад я использовал похожую модель, модель микрометеороидов Солнечной системы Нила Дивайна, чтобы рассчитать уязвимость Кассини, особенно его главных двигателей, к потоку, зависящему от скорости, направления и размера частиц.
Мне очень нравится этот ответ, но могу ли я попросить об обновлении? В частности, заслуживает небольшого комментария часть вопроса OP, сравнивающая JWST с обслуживанием Viking на орбите. Были ли службы «Викинг» на орбите перед запуском? И если да, то в чем основное отличие?
@AtmosphericPrisonEscape Я думаю, они имели в виду Хаббл.

Космический телескоп Джеймса Уэбба не будет развернут на низкой околоземной орбите, потому что существует слишком большой риск повреждения оптики обломками.

[T] среда вокруг МКС не подходит для открытой оптики, которая есть у JWST, и могла бы повредить или загрязнить оптику. Развертывание JWST происходит намного выше низкой околоземной орбиты и находящихся там обломков.

Источник :

@MarkAdler Проблема в том, что нет более высокой низкой околоземной орбиты с гораздо меньшим количеством мусора. Примерно до высоты 1600 км, чем выше вы поднимаетесь, тем хуже окружающая среда. Вам придется подняться на высоту более 2000 км, чтобы найти среду, сравнимую с орбитой МКС. В этот момент вы больше не доступны.

Место, место, место.

Земля слишком горячая для телескопа, которому нужны такие низкие температуры для работы. Они строят 5-слойный солнцезащитный козырек для защиты JWST от солнечного тепла. «Паря» в Солнце-Земля L2, в миллионе миль от Земли, они могут избежать практически всего излучаемого тепла Земли.

Цель состоит в том, чтобы поддерживать его как можно более холодным пассивно, чтобы свести к минимуму необходимое активное охлаждение и позволить ему работать дольше.

Но L2 находится всего на 1% дальше от Солнца, не будет ли солнцезащитный козырек работать и на НОО? Неужели отражённого от Земли тепла слишком много, чтобы его хоть раз обнажить, прежде чем он приступит к работе? Не будет ли в любом случае средняя температура на мысе Канаверал при запуске от +50 до +90 F?
Отраженное тепло от Солнца очень существенно на НОО и составляет около 20% солнечного излучения. Кроме того, Земля испускает собственное излучение черного тела.
Луна также излучает в тепловом инфракрасном диапазоне. Солнцезащитный экран JWST также действует как экран Земли и Луны.
Это на самом деле не объясняет, почему, но я думаю, что вы уловили причину. Попробуйте объяснить, почему LEO будет хуже для срока службы космического корабля, чем L2.
С НОО земля представляет собой источник тепла 300 К, который занимает почти половину неба. Начиная с SEL2, земля, солнце и луна остаются в одной и той же области неба и могут быть заблокированы относительно небольшим щитом. Это оставляет большую часть неба 4K, в которое прицел может излучать тепло.
Вопрос был не о постоянной дислокации на НОО. Вопрос был в том, "почему бы не распаковать все каверзное в LEO, а потом перенести в L2 только после того, как все проверится и если нужно будет исправлено".

Есть так много причин, по которым для JWST была выбрана орбита L2. Хотя конкретные преимущества перед LEO включают в себя;

  • Он может использовать инфракрасные приборы, поскольку тепло Земли и Солнца может излучаться из его поля зрения.
  • Он будет иметь постоянный, непрерывный обзор дальнего космоса.
  • На протяжении всего срока службы ему потребуется меньше орбитальных поправок.
  • Очевидно, что риск появления космического мусора на НОО является растущей проблемой.
  • L2 долгое время была излюбленной орбитой астрономов для космических наблюдений.

Из-за деликатного характера развертывания телескопа, да, было бы здорово, если бы мы могли доставить туда людей на случай, если что-то пойдет не так. Тем не менее, это также причина, по которой его нельзя развернуть на НОО, а затем отправить на L2, поскольку он просто конструктивно не предназначен для того, чтобы выдерживать такое путешествие, и ему пришлось бы преодолевать высоты с еще более высоким уровнем обломков.

На этом веб-сайте рассказывается о преимуществах орбиты L2 для JWST: http://www.nasa.gov/topics/universe/features/webb-l2.html .

Я думаю, что время сыграло роль. JWST планировался задолго до Dragon и CST-100. Во время его планирования шаттл все еще находился в эксплуатации (я думаю), но люди знали, что шаттлу приходит конец.