Поскольку у L2 нет видимого маркера, как наземный контроль Джеймса Уэбба будет определять его относительное положение и скорость для удержания станции?

Джеймс Уэбб будет находиться на гало-орбите, а станция будет держаться вокруг точки L2 Солнце-Земля. Это означает, что ему необходимо отслеживать свое положение относительно L2 для целей периодического удержания станции.

Но L2 — это не объект в космосе, вокруг которого он вращается. Его путь лучше описать как циклический путь вокруг движущейся в пространстве точки, которая не имеет видимого маркера и идентифицируется по ее свойству, что она является гравитационной седловой точкой. Но эта особенность не имеет каких-либо конкретных заметных физических отметок, чтобы идентифицировать ее, и гравитация, вероятно, также не сильно резко меняется в седле.

С расстояния почти в полмиллиона миль мне неясно, гравитационный градиент на JWST достаточен, чтобы точно определить, где он относительно L2 достаточен для удержания станции на своей орбите. Возможно, он просто использует очень точные детекторы локального гравитационного поля, но как он получает данные настройки станции только из этого, до сих пор не ясно, если это так.

Так как же JWST (или, точнее, его наземный контроль) определяет поправки, удерживающие станцию?

Обновление: чтобы уточнить, я в основном ищу ответы со списком «(фактически измеренный элемент) с точностью до (количество X/%) по (подробности техники/метода и как это достигается)» и как они затем объединяются/ используется для получения достаточно точного местоположения относительно L2. Плюс любые интересные/актуальные подробности об этом или об используемых методах.

Обновление 2: уточняя «наземный контроль», я имел в виду JW в целом, совершенно не предполагая, что это делается на борту обсерватории. Это было непонятно, поэтому я исправил.

Как вы обнаруживаете локальное гравитационное поле, когда находитесь в свободном падении?
Понятия не имею. Если бы мне пришлось угадывать, это можно было бы сделать косвенно (точные измерения движения относительно известных объектов или их расстояний?), но, честно говоря, я не знаю, какой метод использует JW, поэтому я задал вопрос.
@PM2Ring В достаточно сильном поле набор акселерометров может обнаруживать приливные силы (разница в ускорении между удаленными частями корабля — те, что «выше надлежащей орбитальной высоты», будут притягиваться к планете, те, что «ниже», будут отталкиваться). , Зная массу планеты, можно определить высоту по разности сил, но на L2 это не имеет значения, разница ниже измеримых значений.
Кроме того: JWST всегда должен оставаться на земле седла L2, так как подруливающие устройства направлены только на солнце. Кроме того, солнечное излучение добавляет значительную силу в сторону от Солнца, и станция JWST должна оставаться на земной стороне седла L2, принимая во внимание также давление солнечного излучения. Таким образом, определение оптимального удержания станции становится намного сложнее...
@PM2Ring Устройства, которые у нас есть, достаточно хороши, чтобы с большой точностью измерять приливное ускорение на НОО, а специализированные устройства даже получат результаты на солнечной орбите на расстоянии 1 а.е. Дело в лагранжевых точках заключается в том, что гравитационный градиент там становится совершенно плоским. На гало-орбите Уэбба это уже не полный пшик того, что на L2, но все еще недостаточно, чтобы быть полезным.
@СФ. Хорошая точка зрения. :) И на самом деле мой код на space.stackexchange.com/a/57679/38535 находит L1, L2 и L3, находя нули производной эффективного потенциала во вращающейся системе отсчета.
Спутники, находящиеся на околоземной орбите, не намного лучше определяют свое положение и скорость, даже если Земля хорошо видна.
Если он натыкается на чайник , вероятно, он зашел слишком далеко.
чайника больше нет... теперь он в гараже с драконом Сагана.
Даже с учетом ваших обновлений, я считаю, что мой ответ по-прежнему отвечает на ваши вопросы. Что команда по динамике полета использует для оценки поступательного состояния (положения и скорости) JWST, так это пакетный алгоритм определения орбиты методом наименьших квадратов, основанный на истории дальности и скорости дальности. показания, предоставленные сетью дальнего космоса НАСА, а также история разгрузки импульса и запуска двигателей орбитального маневра.
Я добавлю к этому оценки давления солнечного излучения.

Ответы (2)

Так как же JWST определяет поправки, сохраняющие станции?

Это не так.

Хотя JWST знает, куда он указывает, он не знает, где он находится в пространстве. Это не нужно. Группа по динамике полета JWST, работающая в Центре космических полетов Годдарда в Мэриленде, регулярно обновляет оценку того, где находится JWST в космосе. Эти эфемериды основаны на показаниях дальности и скорости дальности, предоставленных сетью дальнего космоса (DSN) НАСА, а также на знании дельты V от предыдущей разгрузки импульса и предыдущих маневров коррекции орбиты.

Именно группа JWST по динамике полета рассчитывает случайные маневры дельта V, необходимые для удержания JWST на его псевдоорбите вокруг точки L2 Солнце-Земля. Сам JWST просто выполняет эти команды: наводите в таком-то направлении и стреляйте, пока либо не пройдет заданное количество времени, либо пока не будет достигнута некоторая заданная дельта-V.

Последнее (достижение заданной дельты V) требует акселерометров. Я не знаю, есть ли у JWST акселерометры. В течение последних 20 лет, по-видимому, велись внутренние споры о том, нужны ли JWST акселерометры для этой цели. Ему не нужны акселерометры для самостоятельной навигации, потому что JWST этого не делает.

То, что группа по динамике полета использует для оценки поступательного состояния (положения и скорости) JWST, представляет собой пакетный алгоритм определения орбиты методом наименьших квадратов, основанный на истории показаний дальности и скорости дальности, предоставленных сетью дальнего космоса НАСА, истории разгрузки импульса и запуски орбитальных маневровых двигателей и оценки давления солнечного излучения.

Это правильный ответ. Используя наземные радиотелескопы и ретранслятор на JWST, можно измерить дальность до спутника с очень высокой точностью (до метра) и скорость дальности (скорость по сравнению с землей) до миллиметра в секунду. При необходимости (очень редко) радиотелескопы могут использоваться парами для определения направления с высокой точностью. Большая часть остального — это просто механические «законы» Ньютона и немного математики. Сам спутник очень мало знает о том, где он находится, но может направить телескоп с помощью звездных трекеров.
@ghellquist Разве JWST не находится в радиотени Луны с Земли? (Честно не знаю, но L2 на мою наивную ментальную карту выглядит так, как должно быть?)
@Yakk, он вращается вокруг L2 Земля-Солнце, а не L2 Земля-Луна. Радиотень Луны проходит по орбите только два раза в месяц, и, поскольку у JWST псевдоорбитальный период составляет шесть месяцев, она не будет в тени оба раза. (Если команда JWST правильно рассчитала время, она никогда не окажется в радиотени Луны.)
@mark о, теперь это было долгое недоразумение с моей стороны. Земное солнце L2 имеет гораздо больше смысла, если вы хотите, чтобы оно было прохладным. Я теперь удивлен, как близко это!
@Mark: гало-орбита JWST настолько велика, что, если смотреть с L2 на Землю, вся лунная орбита составляет менее 1/2 ширины гало. JWST НИКОГДА не будет в лунной тени. Это было основным требованием конструкции гало-орбиты JWST. Координация с лунной орбитой не требуется.

Математика.

JWST будет использовать общие методы определения своего местоположения в космосе - доплеровский сдвиг, звездные трекеры и т. д. - то же самое, что используют зонды для дальнего космоса. Зная положение Солнца, положение Земли и их массы, вы знаете положение L2. Зная положение JWST по его инструментарию, можно рассчитать, каково оно по отношению к L2.

Но кажется, что ему нужно знать свое положение намного точнее, чем большинству зондов для дальнего космоса, для принятия точных решений о сохранении станции и крошечных поправках дельта-v (а звездные трекеры, по-видимому, полагаются на параллакс и имеют ограниченную точную точность? Доплеровское радио получает только вы 1D, а не 3D?), а также намного дальше от Земли, Луны и других близлежащих полезных эталонных объектов, которые могут использовать земные локальные объекты.
Доплеровское радио @Stilez дает вам 1D, если вы идете с 1 наземной станции, 3D, если оно идет с 3 по всему миру. И это исключительно точно — используя синхронизацию, вы можете сузить точность до пары метров, но оттуда, используя измерение фазового сдвига, вы можете снизить точность до сантиметров. Это не так хорошо работает для «3D» для зондов в поясе Койпера, но на расстояниях, подобных L2, параллакса между одной и другой сторонами Земли более чем достаточно, чтобы зонд оставался на своей орбите. Не говоря уже о том, что орбиты не такие чувствительные, Уэбб, отклонившийся от курса на пару километров, по-прежнему не является проблемой.
@Stilez Что касается « Но, похоже, ему нужно знать свое положение намного точнее, чем большинству зондов в глубоком космосе ... »: это не так. JWST не знает ни одной «нецензурной брани» о том, где он находится в космосе. Именно команда JWST Flight Dynamics, работающая в Центре космических полетов имени Годдарда в Мэриленде (плюс все программы, которыми пользуются эти люди), знает, где находится JWST в космосе, плюс-минус несколько десятков километров.
@RichardHammen - когда я говорю «это должно знать», я имею в виду наземную команду, а не саму обсерваторию. Извините, подумал, что это было скрыто. Но мой вопрос в том, какие точные данные измерений и какая точность достигается с помощью данных измерений, которые используются для того, чтобы «узнать, где это плюс или минус несколько десятков км» по отношению к L2. Итак, я ищу ответы со списком «<фактически измеренный элемент> с точностью до <количества X/%> с помощью <техники/метода>» и т. д., и как они затем комбинируются/используются для получения достаточно точного местоположения относительно L2
@SF - спасибо, полезный комментарий. Без какой-либо подготовки сложно понять, что можно измерить, с какой точностью и насколько легко. Но причина, по которой я сказал 1D, заключалась в том, что Допплер дает вам относительную осевую скорость (к/от станции), а не относительное положение . Я полагаю, что атомные часы и фиксированное время отклика также могут зафиксировать время сигнала на небольшом расстоянии??
@Stilez Не существует такой вещи, как точные данные измерений. Каждое измерение имеет ошибки и погрешности. Диапазон и коэффициент дальности (доплеровский) дают два измерения из шести, необходимых для определения состояния положения и скорости. Однако десятки чтений или десятки десятков чтений (или больше) в сочетании с математикой приводят к завышенной спецификации системы. Это хорошая вещь. Это позволяет оценщику сосредоточиться на наилучшем решении.
Время @Stilez «ping туда и обратно» дает первые приблизительные данные о расстоянии. Доплеровский сдвиг дает скорость. Фазовый сдвиг дает точное измерение расстояния в пределах этого пути туда и обратно (с вовлеченными скоростями доплеровский сдвиг не портит его). Отправьте волну с длиной волны 20 м и получите ответ; используя время ответа, вы получаете его на расстоянии около 1 000 000 метров; при измерении фазового сдвига вы видите, что ответ отстает от источника на 0,521 pi, поэтому это +0,521 * 10 м (половина длины волны) = 1 000 005,21 метра. Используйте более высокую частоту, чтобы получить более точное измерение сдвига.
Поскольку у L2 нет видимого маркера, как наземный контроль Джеймса Уэбба будет определять его относительное положение и скорость для удержания станции?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v