Синхронизирован ли период гало-орбиты JWST с эллиптической орбитой Земли вокруг Солнца?

Я смотрел на гало JWST и задавался вопросом, будет ли совмещение гало-орбиты с эллиптической орбитой Земли способом поддержания регулярных и периодических гравитационных вариаций, чтобы поддержание горения станции могло быть более предсказуемым, экономя топливо и тем самым продлевая срок службы JWST. Прямо сейчас JWST приближается к максимальному +Y перемещению... когда Земля находится сразу за Перицентром. Это совпадение? Ореол можно настроить с помощью точных прожигов, чтобы получить максимальное значение Y в перицентре и минимальное значение Y в средней точке между периапсисом и апоцентром. В Апоцентре JWST снова будет на максимальном Y, 1 гало-орбита за 1/2 года.

и поэтому вопрос: синхронизирован ли (или будет) период гало-орбиты JWST с эллиптической орбитой Земли вокруг Солнца?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Более конкретно о моем вопросе «Синхронизированная орбита» ... Есть ли необходимость или польза от наличия JWST в определенном месте его ореола, когда Земля находится в определенном месте на своей орбите.

@BradV К вашему сведению, я только что оценил период по данным Горизонта, которые мы рассматривали ранее. Выходит в 6,07 мес. Это не совсем замкнутая орбита, поэтому точного числа нет. Я был бы удивлен, если бы орбита Земли была достаточно эксцентричной, чтобы вызвать большую разницу за 10 лет. Луна будет иметь гораздо больший эффект, но ее период не близок к JWST в любом простом соотношении.
@ BrendanLuke15 Я изменил формулировку заголовка, чтобы она соответствовала тональности вопроса, в основном из «есть?» на "может?"
@BradV это действительно интересный вопрос! Солнечно-земные гало-орбиты на самом деле представляют собой гелиоцентрические орбиты, находящиеся в резонансе 1:1 с Землей; JWST находится на 1% дальше от Солнца, чем Земля, поэтому он должен вращаться вокруг Солнца примерно на 1,5% медленнее, чем Земля, но его резонанс с Землей означает, что он движется немного быстрее. Как вы знаете, этот класс орбит также имеет некоторое гармоническое движение в этой ситуации с периодом примерно в шесть месяцев, но в зависимости от деталей гало-орбиты он может отличаться на пять или семь месяцев или даже больше.
@BradV, так что я думаю, что вы действительно задаетесь вопросом: «Эй! Что, если бы он был скорректирован ровно на полгода ? Поможет ли это уменьшить возмущения и снизить дельта-v при сохранении станции?» Я думаю, что это отличная идея, и если бы это была «простая» ER3BP (эллиптическая ограниченная задача трех тел), в ней могло бы что-то быть. Обязательно будут исследовательские работы по этой теме, которые, надеюсь, смогут найти и объяснить ответы! Но у нас есть проблема, эта чертова Луна такая огромная!
Земля и Луна вращаются вокруг своего общего центра масс и также производят ежемесячные возмущения, и я подозреваю, что эта схема относится к классу «ограбить Питера, чтобы заплатить Полу», поскольку они уже нашли «золотую середину» и пытаются уменьшение возмущений из-за эллиптической орбиты Земли может сделать траекторию JWST более восприимчивой к другим возмущениям, включая танец Земля-Луна. Но это всего лишь догадка, посмотрим, что думают орбитальные механики. +n!за вопрос!
FWIW, мой сценарий здесь можно использовать для построения графика расстояния между JWST и различными центрами, например, электромагнитным барицентром (@3), L2 (@32), Солнцем (@10). Движение JWST относительно Луны довольно сложное.
@uhoh Re Солнечно-земные гало-орбиты на самом деле являются гелиоцентрическими орбитами в резонансе 1: 1 с Землей. ИМХО, это неправильный взгляд на вещи. Точки Солнце-Земля L1 и L2 являются ключевыми точками, в которых вопрос «обращается ли объект X вокруг Земли или Солнца» совершенно неоднозначен. Правильный ответ для меня на вопрос: вращается ли JWST вокруг Солнца или Земли? является недвусмысленным и очень решительным ДА . Обращается ли X вокруг Y или Z , часто формулируется как взаимоисключающий вопрос, когда это не должно иметь место.
Я подозреваю (но не знаю с достаточной уверенностью), что ответ на этот вопрос заключается в том, что группа JWST по динамике полета (FDT) уже делает то, о чем спрашивает ОП. Хотя в эллиптической ограниченной задаче трех тел (ER3BP) есть дополнительные сложности по сравнению с круговой ограниченной задачей трех тел (CR3BP), по ER3BP написано множество статей. FDT было бы упущением, если бы они не учитывали эксцентриситет орбиты Земли. Они также были бы упущены, если бы не учитывали Луну. Это не проблема трех тел; Это ограниченная задача четырех тел.
@uhoh: Извините, но я бы не хотел, чтобы люди редактировали мои вопросы и обсуждение без предварительного обсуждения со мной. Большую часть времени у меня есть конкретные причины структурировать вещи так, как я это делаю. Кроме того... Я научился «видеть прошлые» второстепенные вещи, такие как заглавные буквы и орфографические ошибки, если они не влияют на смысл или контекст. Я не хочу показаться язвительным, но мне не нравится, когда вопросы, которые кажутся моими, на самом деле принадлежат кому-то другому.
@BradV Никаких проблем, и я буду очень стараться, чтобы помнить об этом. Если я когда-нибудь потерплю неудачу и снова случайно отредактирую один из ваших постов, действительно откатитесь назад и наорите на меня за то, что я был из лучших побуждений, но иногда забывчив. Я сделал здесь почти 10 000 исправлений и думаю, что почти всегда делаю это правильно, и меня часто благодарят, но в вашем случае я постараюсь добиться невмешательства.
@BradV вау, после фактической проверки я действительно удивлен, насколько это близко! Кажется, мое предсказание, что ответ будет «Нет», было довольно неверным.
@uhoh: спасибо за то, что выдержали "пятилетку", участвующую в обсуждении на уровне доктора наук! Я понимаю, что я слишком далеко. Я просмотрел несколько ореолов, и они кажутся 2:1, но я понятия не имею, связано ли позиционирование объекта внутри ореола с орбитой M2 и синхронизировано ли оно с ней.
Я всегда расстраиваюсь, когда слышу, как люди говорят: «Это не тот вопрос, который вам следует задавать», и кажется, это именно то, что я сказал выше, и я был неправ! Я действительно думаю, что вы на что-то здесь!
@uhoh через некоторое время кажется, что точного соотношения 2: 1 не происходит, поэтому моя первоначальная предпосылка «отключена». твои мысли?
@BradV, последняя орбита максимизирует вероятность успеха миссии, а также, возможно, некоторый акцент на вероятности того, что у первых одного или двух неизбежных расширений миссии будет хороший шанс. Вроде "синхронность" тем и не нужна была.

Ответы (1)

Синхронизирован ли период гало-орбиты JWST с эллиптической орбитой Земли вокруг Солнца?

Вау, это удивительно близко!

Сначала я подумал, что это будет ближе к 6,5 или 7 месяцам из-за прошлой информации и вопросов и ответов, основанных на более ранней траектории JWST, но ничего себе, пытаясь определить период сложной орбиты с 3 или 4 телами (включая эффект Луны) по-простому я придумал 180 дней!

Я взял новую предсказанную орбиту для JWST в Horizons

Revised: Jan 28, 2022
2Y_SCHEDULE_2022027000000_01U.OEM.V0.1   2022-Jan-27 00:01  2024-Jan-27 00:01

загрузили гелиоцентрические положения JWST и Земли, вычли барицентр Земли/Луны из JWST, затем повернули на угол Земли, чтобы получить псевдосинодическую систему отсчета (она вращается с ЭМ/углом Бари, а не стабильно), и получили следующее (данные начинаются 2022-Feb-08, заканчивается 2024-Jan-27):

Движение JWST в синодических координатах центра барицентров Земли и Луны

Смещение по X — это среднее расстояние от Земли, близкое к 1,5 млн км классического расстояния L2.

Если я выберу максимумы и рассчитаю период для движения X, Y и Z, я получу 179,3, 180,0 и 180,7 дня!

Поскольку это специальный метод, я скажу, что эти периоды * в настоящее время неотличимы от полугода, поэтому мой ответ - квалифицированное, но весьма удивленное «да!»

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

fnames = ('Earth orbit heliocentric horizons_results.txt',
          'JWST orbit heliocentric horizons_results.txt')

JDs, datas = [], []
for fname in fnames:
    n_offset = 10
    with open(fname, 'r') as infile:
        lines = infile.readlines()
    a = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'SOE' in line][0]
    b = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'EOE' in line][0]
    lines = lines[a+1+n_offset: b]
    info = [line.split(',') for line in lines]
    JD = np.array([float(line[0]) for line in info])
    data = np.array([ [float(thing) for thing in line[2:8]] for line in info])
    JDs.append(JD)
    datas.append(data)

JD = JDs[0]
Earth, JWST = [thing.T.copy() for thing in datas]

dJWST = JWST - Earth

z = dJWST[2]

th = np.arctan2(Earth[1], Earth[0])

s, c = [f(-th) for f in (np.sin, np.cos)]

x = dJWST[0] * c - dJWST[1] * s
y = dJWST[1] * c + dJWST[0] * s

fig, axes = plt.subplots(3, 1)
for thing, name, ax in zip([x, y, z], 'XYZ', axes):
    ax.plot((JD - JD[0]) / 365.2564, thing)
    ax.set_ylabel(name + ' (km)')
plt.show()

maxima = [np.where((p[2:] < p[1:-1]) * (p[1:-1] >= p[:-2])) for p in (x, y, z)]

maxima = [thing[0] for thing in maxima]

periods = [(m[-1] - m[0]) / (len(m) - 1) for m in maxima]

print(periods)
В то время как в узких пределах ответ uhoh верен при обнаружении отношения 2: 1 ... мой вопрос был о том, что JWST находится в определенном месте в гало относительно определенного места на земной орбите.
@BradV Почему бы вам не уточнить название вашего вопроса. Я бы предложил что-то вроде «Является ли отношение 2:1 гало-орбиты JWST к орбите Земли сфазированным по отношению к апсидам земной орбиты? Если да, то было ли это сделано намеренно?» Я думаю, что что-то подобное необходимо, чтобы полностью запечатлеть все, что вам нужно, что я думаю, действительно интересно! Я не уверен, что смогу лучше ответить сам, но если нет, я, безусловно, могу добавить награду или к вашему вопросу, чтобы помочь привлечь к нему внимание и, возможно, ответить.
Синхронизирован ли период гало-орбиты JWST с эллиптической орбитой Земли вокруг Солнца?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v