Почему космический телескоп Джеймса Уэбба должен оставаться в нестабильном L2?

Все мы знаем, что космический телескоп Джеймса Уэбба планируется запустить в 2018 году. Было решено, что орбита JWST будет эллиптической вокруг точки Лагранжа L2, которая объявлена ​​одной из нестабильных точек (L1, L2, L3). ).

Тогда почему он должен вращаться вокруг точки?

У меня есть несколько очков. Инструменты телескопа весьма чувствительны и всегда должны храниться вдали от Солнца (Правда? Так ли это?), а также в холодных условиях - и то, и другое удовлетворяет L2. Википедия говорит следующее:

Объединенные гравитационные силы Солнца и Земли могут удерживать космический корабль в этой точке, так что теоретически для удержания космического корабля на орбите вокруг L2 не требуется никакой ракетной тяги. На самом деле устойчивая точка сравнима с точкой равновесия шара на седловидной форме. В одном направлении любое возмущение будет толкать шарик к устойчивой точке, а в направлении пересечения шарик, если его потревожить, упадет из устойчивой точки. Таким образом, требуется некоторое удержание станции, но с небольшим расходом энергии (всего 2–4 м / с в год из общего бюджета 150 м / с).

Во-первых, он вообще стабилен? Если это так неустойчиво на самом деле, то почему оно должно быть там размещено? Я имею в виду, что точки L4 и L5 в порядке. Почему нельзя расположить телескоп так, чтобы он всегда был направлен наружу от Солнца? (Земля тоже, если не хотят, чтобы отражение от нее треснуло)

@geoffc: "... так солнце становится?" Вот почему я упомянул «расположенный лицом наружу от солнца». ИМХО, думаю можно ;-)
@PearsonArtPhoto Да, я думал о L3 больше, чем о L4/L5. См. en.wikipedia.org/wiki/Co-orbital_configuration . Проигнорируйте мой комментарий, можете удалить его.
@CrazyBuddy - относительно требования держать космический корабль подальше от Солнца. О, черт возьми, да!! Согласно Википедии, телескоп будет работать при «примерно 40 К (-233,2 ° C; -387,7 ° F)». В космосе, на таком расстоянии от Солнца, где будет работать JWST, воздействие прямых солнечных лучей нагреет его примерно до 200°C за считанные минуты. Это сделало бы его бесполезным.
Полностью согласен, мы все действительно знаем, что он будет запущен в 2018 году.

Ответы (3)

Есть несколько причин.

  1. Расстояние от L2 до Земли всего 1,5 млн км. L4/L5 находятся на расстоянии 1 а.е., или около 150 миллионов километров. Это приводит к уменьшению запаса связи на 40 дБ, или 1/10000. Это весьма существенно. Чтобы компенсировать эту разницу, вам нужна либо большая радиотарелка, либо большая мощность, либо потеря данных.
  2. Как вы упомянули, расход топлива для поддержания этой позиции довольно низок, всего порядка 150 м/с delta v для всей миссии. Это немного, и на самом деле меньше, чем требуется для удержания спутника на геостационарной орбите .
  3. Спутник гораздо ближе, что сокращает время на управление объектом. Свету потребуется всего 5 секунд, чтобы добраться до Джеймса Уэбба, тогда как для достижения L4/L5 потребуется 9 минут. Это ограничивает возможности выполнения команд в реальном времени, которые иногда бывают полезны (например, гамма-всплески, сверхновые звезды и т. д.).

Суть в том, что проблема связи упрощается с приближением телескопа, и это более чем компенсирует необходимость брать немного больше топлива.

... и если им когда-либо приходилось что -то чинить, гипотетически, конечно, роботизированно или пилотируемо, то и здесь применимы те же преимущества L2.

Я считаю, что это так, как говорится в подстатье Википедии о L2 :

Солнце-Земля L2 — хорошее место для космических обсерваторий. Поскольку объект вокруг L2 будет сохранять то же относительное положение по отношению к Солнцу и Земле, экранирование и калибровка намного проще.

Хотя это верно, то же самое верно практически для каждой точки L.
Экранирование @PearsonArtPhoto — L2 остается в тени Земли, что означает отсутствие бликов от Солнца.
@SF., на орбите JW нет тени - space.stackexchange.com/a/4111/2843 . Экранировать проще, чем на НОО, когда вокруг телескопа под случайными углами вращается очень огромный теплый ИК-излучающий объект - столько тепловых ударов каждый час, и невозможно иметь (активно и быстро вращающийся) EarthShield, чтобы спрятаться от теплового излучение Земли для криогенных зеркал. Земная "тень" в масштабе - en.wikipedia.org/wiki/Umbra,_penumbra_and_antumbra#Penumbra "Полный конус простирается на 1,32 млн км.", а L2 составляет 1,5 млн. км. А гало-орбита L2 удалена на 100 км от точки L2.
@osgx: это означает только отсутствие полной тени. L2 остается в антумбре , что сильно снижает количество света, достигающего точки. Это определенно отличается от «отсутствия тени» — в отличие от любой другой лагранжевой точки Земля-Солнце.
@СФ. и до сих пор JWST (и другие обсерватории) находятся на гало-орбите в 100 километров, пытаясь как можно дольше держать свой путь подальше от антумбры и полутени . Gaia - issfd.org/ISSFD_2014/ISSFD24_Paper_S2-5_Renk.pdf " недостаток затмений... маневр предотвращения затмения... частичное затмение... нежелательно с точки зрения теплового баланса "; JWST - ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20160001318 " Важные требования, влияющие на JWST... предотвращение любых затмений Земли/Луны ... не допускается, Драйвер ограничения: мощность и тепловая нагрузка "

Что касается стабильности, то L2 нестабилен в радиальном направлении : если зонд окажется немного ближе или немного дальше по оси Солнце-Земля, гравитация оттолкнет его еще дальше.

Однако L2 стабилен в перпендикулярной плоскости , поэтому в некоторых анимациях вы видите, как он вращается вокруг L2 в плоскости, перпендикулярной оси Солнце-Земля: гравитация притянет его к L2.

Смотрите этот пост для подробного объяснения.

Вы знаете о третьем направлении? Думаю, я бы сформулировал это именно так. L2 движется по орбите вокруг Солнца. Представьте, что JWST находится в точке на этой орбите в 1,5 миллиона км от фактической точки L2. Притянет ли гравитация его к L2? (Тот факт, что он вращается вокруг L2, наводит меня на мысль, что так и должно быть, но я не понимаю, как именно.)
Извините за неточность :) Когда я говорю «перпендикулярное направление», я имею в виду «перпендикулярную плоскость». Таким образом, радиальное направление = 1 нестабильное направление, перпендикулярная плоскость = 2 устойчивых направления. Также, говоря о стабильности, не забывайте, что мы находимся во вращающемся референциале. Гравитация не притянет космический корабль к L2 сама по себе. Это комбинация гравитации и сил Кориолиса, которые составляют точки Лагранжа.
Почему космический телескоп Джеймса Уэбба должен оставаться в нестабильном L2?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v