Почему так много космических телескопов размещены на НОО, а не в точках Лагранжа? И почему мы слышим о Хаббле больше, чем о любом телескопе с орбитой Лангранжа?

Причина, по которой так мало космических аппаратов размещено в точках Лагранжа, заключается в том, что туда гораздо труднее добраться . Для запуска значительных полезных нагрузок на скорости убегания Земли требуется очень большой аппарат, и это просто нецелесообразно/невозможно для многих миссий.

Например, на момент его запуска не было в эксплуатации ракеты-носителя, способной поднять 11000-килограммовый Хаббл даже на геостационарную переходную орбиту , не говоря уже о космической скорости.

Кроме того, гало-орбиты вокруг точек L1, L2 и точек требуют постоянного удержания станции, поскольку они являются лишь псевдостабильными. Ожидается, что для JWST она составит около 2–4 м/с в год, что дает расчетный срок службы ~10 лет .

Сравнение с другими телескопами

Что касается того, почему мы слышим о Хаббле больше, чем о любом телескопе с орбитой Лангранжа; мы слышим о Хаббле больше, чем практически о любом другом космическом корабле . Это связано с тем, что Хаббл работает в диапазоне длин волн, близких к ультрафиолетовому и видимому, и поэтому производит много материалов, достойных рекламы . Его широко разрекламированные проблемы с прорезыванием зубов, вероятно, также помогают общественному имиджу Хаббла. Как указано в комментариях, если бы Хаббл не находился на НОО, спасательная миссия по ремонту его оптики была бы невозможна.

Сравните это с другими обсерваториями:

Рентгеновская обсерватория Чандра (на очень эллиптической околоземной орбите), еще одна из великих обсерваторий НАСА, которая имеет выдающуюся и долгую историю открытий , которые предоставили научному сообществу бесценные данные. Единственный недостаток? Он работал (очевидно) в рентгеновском диапазоне длин волн, что часто делало его наблюдения менее фотогеничными.

Космическая обсерватория Гершеля , которая работала на L2 Земля-Солнце в течение 4 лет, также предоставила огромное количество бесценных данных, выпустив 152 научные статьи за первые несколько месяцев своего первого года . Однако в 2013 году у него закончились запасы гелиевого теплоносителя , и он был выведен из эксплуатации.

Единственным телескопом, бросившим вызов Хабблу в славе в последние годы, может быть Кеплер , который находится на гелиоцентрической орбите (но не в точке Лагранжа). Его стартовая масса ~ 1000 кг составляет менее одной десятой массы Хаббла, что ограничило бы его возможности.

Будущее

Будут ли будущие обсерватории использовать точки Лагранжа? Возможно, но ограничения на запуск все еще существуют сегодня. JWST определенно является скорее исключением, чем нормой. Это как раз соответствует возможностям его ракеты- носителя Ariane 5, и его бюджет превосходит все ожидания большинства программ обсерваторий.

Я включил некоторую дополнительную информацию из очень полезных комментариев

Чтобы добавить к существующему хорошему ответу о практичности запуска в точки Лагранжа, также стоит подумать, почему миссии, которые зашли так далеко, используют нестабильные точки Лагранжа, когда L4 и L5 стабильны.

Все сводится к тому, что произойдет, если спутник потеряет управление. В нестабильных точках Лагранжа, если спутник каким-то образом поджарится, он выпадет из точки Лагранжа и, в конце концов, найдет путь к Земле или Солнцу и сгорит. И если он будет близок к потере контроля, НАСА (или кто-то еще) может преднамеренно командовать этим. Направление к Солнцу было бы лучшим выбором, потому что вокруг нас уже достаточно случайного хлама.

Однако, если он находится в стабильной точке Лагранжа, вам нужно придать ему скорость убегания оттуда. Это требует, чтобы спутник имел большое количество топлива только для этого и при этом оставался под полным контролем. Если нет, вы просто получите случайный кусок мусора, застрявший в этой точке Лагранжа, который вы никогда не сможете сдвинуть. В общем, это плохая идея.

Если вы строите космическую станцию, конечно, стабильная точка Лагранжа — это именно то, что вам нужно. В этом случае вполне допустимо, чтобы космическая станция (и ничего больше) занимала эту точку Лагранжа. Но для случайного спутника, к которому позже могут присоединиться другие случайные спутники, летящие относительно близко, по иронии судьбы стабильная орбита не является хорошей вещью.

Во-вторых, вам нужно больше энергии для передачи больших объемов из точек Лагранжа, поэтому для этого требуются большие солнечные панели, следовательно, большая масса.

Еще одна причина, по которой Хаббл находится в LOO, заключается в том, что эта технология была по сути спутником-шпионом, но направленным в другую сторону! Как выяснилось вскоре после запуска «Хаббла», спутник вибрировал при нагреве и охлаждении солнечных панелей — разведывательное сообщество США знало об этой проблеме с конкретным типом солнечных панелей, но не сообщило НАСА.

В дополнение к другим причинам: точка Лагранжа имеет преимущества для одних типов телескопов, но меньше для других.

Земля яркая в видимом, инфракрасном и некоторых радиодиапазонах, в меньшей степени в гамма- и рентгеновском диапазонах.

У каждого телескопа есть миссия или несколько. Процесс отбора уравновешивает ожидаемые научные выгоды с затратами. Хотя эта балансировка далека от совершенства, тот факт, что требуется больше delta v, чтобы добраться до точек Лагранжа, препятствует размещению там телескопов. Это может быть представлено либо как более высокая стоимость доставки, либо как меньшая масса, которая может быть достигнута с данной ракетой. Многие из космических телескопов просто хотят находиться над атмосферой, чтобы избежать поглощения диапазона длин волн, в котором они работают. Основная причина перехода к точкам Лагранжа состоит в том, чтобы избежать нагрева от инфракрасного излучения, излучаемого Землей. Это важно для инфракрасных телескопов, где охлаждение имеет решающее значение для предотвращения шума. Для телескопов в более коротких диапазонах длин волн трудно оправдать дополнительную стоимость точек Лагранжа.