Сколько топлива сэкономил JWST за счет точного старта и сколько останется после орбиты L2?

Сколько топлива JWST сэкономил благодаря точному запуску Arianne 5 и сколько топлива останется после выхода JWST на орбиту L2? И на сколько лет этого топлива хватит?

Согласно https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope «Восемь меньших двигателей используются для управления ориентацией — правильного наведения космического корабля.[74] Двигатели используют гидразиновое топливо (159 литров или 42 галлона США при запуске). и тетроксид диазота в качестве окислителя (79,5 литров или 21,0 галлона США при запуске).

«Он был спроектирован так, чтобы нести достаточно топлива на десять лет,[172] но точность запуска «Ариан-5» и первая коррекция на полпути позволили сэкономить достаточно топлива на борту, так что обсерватория должна быть в состоянии поддерживать свою орбиту в течение «значительно большего времени». " чем это."

Но в нем не говорится, сколько этого топлива, как ожидается, останется после выхода на орбиту L2, предполагая ожидаемый не совсем совершенный запуск Arianne5, который был запланирован; давайте назовем это число e для ожидаемого топлива и давайте назовем число a для фактического остатка топлива с гораздо лучшим запуском, чем ожидалось. И это не говорит, что ожидается ежегодное использование большого количества топлива для обслуживания орбиты JWST и сброса импульса ; назовите этот номер y для ожидаемого годового обслуживания орбиты. Эти числа можно использовать для расчета того, на сколько лет более эффективный запуск Arianne 5 увеличил срок службы JWST.

years_gained ≈ а − е у

Кажется, я читал, что ожидаемая запланированная 10-летняя миссия была ограничена ежегодным обслуживанием орбиты, которое подразумевало бы:

запланированное_жизнь ≈ е у ≈ 10 годы
Фактический ограниченный срок службы топлива будет:
фактическое_ограниченное_пожизненное время ≈ а у годы

https://arstechnica.com/science/2022/01/all-hail-the-ariane-5-rocket-what-doubled-the-webb-telescopes-lifetime/

Майк Мензел сказал, что агентство завершило анализ того, сколько «лишнего» топлива осталось на борту телескопа. Грубо говоря, сказал Менцель, у Уэбба на борту достаточно топлива на 20 лет жизни.

Я уточнил интересующие меня цифры.
Топливо не кончится через 10 лет. Расчетный срок службы 10 лет означает, что «нет шансов, что топливо закончится, как бы плохо ни шли дела (в пределах разумных предположений)». Т.е. наихудший возможный впрыск, много пропущенных корректирующих маневров, большая разгрузка импульса и т.д. При номинальных условиях это должно длиться не менее 15-20 лет. (без цитирования, так что не ответ).
@asdfex: Майк Мензель (ведущий системный инженер космического телескопа Джеймса Уэбба) цитируется многочисленными источниками как подтверждающий, что благодаря точной установке Ariane 5 и двум корректирующим прожиганиям у Webb достаточно топлива для его максимального расчетного срока службы в 20 лет. . К сожалению, я не нашел стороннего источника, но Arianespace ретвитнула некоторые из этих сторонних источников, что указывает на то, что они согласны с оценкой. Вот только один пример: twitter.com/ariane5/status/1479923663881256966 .
Да... 20 лет соответствуют примерно 6 м/с в год (при 120 м/с, остающихся после 30 м/с для ЦУПов). Если мы предположим, что разгрузка по импульсу составляет 2 м/с/год, и возьмем общедоступные 2-4 м/с/год для поддержания станции, остается огромный диапазон возможных сроков службы.
Также обратите внимание, что на самом деле это не «экономило» топливо. Он просто не использовал ни одного из назначенных непредвиденных обстоятельств и оставался на номинальном потреблении. Это могло бы сэкономить немного топлива, если бы Ariane немного превзошла производительность.
Приведенные цифры, по-видимому, относятся только к двухкомпонентным двигателям (из-за отношения массы топлива к массе окислителя) - см. Ответ на Как преобразовать двухвинтовой двигатель в дельта-v для JWST . В импульсной разгрузке используется только гидразин , бюджет которого в этих котировках логически не учитывается. Без этой информации невозможно оценить дополнительное время жизни, так как оно может быть ограничено импульсной разгрузкой, даже если предположить, что имеется один бак с гидразином. Раздражающий!
@asdfex Наихудшие (но все же реалистичные) предположения привели к пятилетнему сроку службы, который НАСА гарантировало Конгрессу США. Очень плохой запуск или действительно плохой MCC1a привели бы к расследованию в Конгрессе. При расчете срока службы в десять лет использовались номинальные допущения, но все же с некоторыми отклонениями. Судя по всему, с запуском и с MCC1a дела пошли так хорошо, что ожидается, что даже эта десятилетняя цель проектирования будет превышена. Как и в случае с вашим комментарием, нет цитаты, значит, не ответ.
@Sheldon Вы процитировали статью в Википедии вне контекста, а сама статья в Википедии процитировала источники НАСА, которые она использовала вне контекста. В двух двигателях, используемых для MCC1a и MCC1b, использовался гидразин и тетроксид диазота, как и в двух двигателях, которые будут использоваться для вывода на орбиту и поддержания орбиты. Восемь двигателей, используемых для управления ориентацией и сброса импульса, представляют собой монотопливные двигатели, в которых используется только гидразин. Это четыре больших двигателя, которые являются двухкомпонентными двигателями.
@DavidHammen Я помню, как видел таблицу, в которой предлагались все параметры запуска, которые на самом деле были очень близки к номинальным, поэтому я не понимаю, как можно было сэкономить топливо по сравнению с номинальным потреблением.
@asdfex Как я уже писал: «Цель проектирования на десять лет использовала номинальные предположения, но все же с некоторыми отклонениями». Только дурак предполагает, что при планировании миссии все будет идеально. Есть разница между "идеальным" и "номинальным". Из того, что я читал, запуск прошел почти идеально, как и прожиг MCC1a. Нет источников с номерами, чего хочет ОП.
@DavidHammen, другие, кажется, 6 м / с, из которых 2-4 м / с в год предназначены для обслуживания станции и используют оба вида топлива. Но разгрузка импульса наказывается использованием только одного топлива и, вероятно, имеет меньшее значение. в е а также потому, что использование только гидразина должно быть менее эффективным. Спасибо за информацию!
@DavidHammen Мы оба имеем в виду одно и то же, но используем термины по-разному. Когда я говорю «номинальная [точка]», это ваша «идеальная [точка]», которая находится в пределах вашего «номинального [диапазона]», который я бы назвал «ожидаемой вариацией».
Я предполагаю, что разгрузку импульса можно свести к минимуму, творчески выбрав цели наблюдения JWST и ориентацию, чтобы использовать давление солнечного излучения для устранения некоторого нарастания импульса ???
Ваше предположение о возможности оптимизации импульсной разгрузки (в зависимости от научных задач и их последовательности во времени) вполне может быть правильным, но не помогает ответить на ваш вопрос. Ваш вопрос заключается в том, сколько дополнительных сроков службы они (НАСА) выиграли в результате фактического запуска и, соответственно, выполнения промежуточной коррекции (MCC). Из запланированных 66,5 м/с для MCC (из общего бюджета 150 м/с) опубликованное время горения указывает на то, что использовалось только ~ 20 м/с. Это свидетельствует о том, какой запас у них есть, чтобы превысить требование 10 лет, касающееся топлива только для поддержания орбиты .
@asdfex (и Дэвид Хаммен), поправьте меня, если я ошибаюсь, но когда вам нужно разработать что-то, что соответствует X , и у вас есть о неопределенности, то как инженер вы оцениваете свое что-то в X+ о , по крайней мере, или X+ о * 3 если вы "сознательный" инженер.
@NgPh Наложение наихудшего случая на наихудший случай ... на наихудший случай и выполнение этого наихудшим из возможных способов легко приводит к тому, что ракета-носитель не может запуститься, или космический корабль не может достичь своих целей. Вместо этого мы делаем много (много-много) статистических анализов (например, Монте-Карло, Марковская цепь Монте-Карло, бутстрап, складной нож, ...) для определения поведения, например, на уровне трех сигм. Некосмическая промышленность вышла далеко за рамки этого и движется к процессам шести сигм. Исследование космоса далеко не шесть сигм.
@ Дэвид Хаммен (и adsfex), я согласен, но это не моя точка зрения. Я хочу сказать, что 150 м/с (или примерно 280 кг) топлива, которое было фактически заправлено, не рассчитаны на «номинальные» 10 лет. Это соответствует 10 годам + запас реализации . Таким образом, даже без фактической точности запуска Ariane 10-летняя котировка, поскольку она является требованием пользователя (т. е. не соответствует оценке разработчиков), не является ни «максимумом», ни центром диапазона неопределенности. Так люди работают в космосе (у меня нет опыта работы в других отраслях). Если вы "уложитесь в Х", то номинал=Х+маржа.

Ответы (1)

Три корректировки курса MCC, которые перечислены в этом блоге НАСА и в этом блоге НАСА, составили 24,4. м с топлива, израсходованного до сих пор, в общей сложности 79,5 минут.

  • 25 декабря, 20 м с , 65 минут
  • 27 декабря, 2.8 м с , 9,5 минут
  • 24 января, 1.6 м с , 5 минут

JWST начинал со 150 м с стоимость топлива для двигателя телескопа Джеймса Уэбба; пределы срока службы топлива? , из них 2-4 м с предполагается ежегодно использовать для содержания станций. Оценка моделирования Монте-Карло была: 2,43 м с ежегодное использование станций обслуживания; телескоп Джеймса Уэбба; пределы срока службы топлива? , и обслуживание станций ... Космический телескоп Джеймса Уэбба

По моим подсчетам, это оставляет JWST около 125. м с стоимость топлива, оставшегося как для содержания станции, так и для сброса импульса, что достаточно для 20 лет ограниченного срока службы топлива при разумном верхнем пределе годового использования топлива 6 м с .

Наконец, есть эта цитата: «Ожидается, что первый, MCC-1a, будет длительным непрерывным прожигом (потенциально до 3 часов), выполняемым примерно через двенадцать часов после запуска»; JWST Промежуточная коррекция . Если общее время трех циклов работы MCC составило 190 минут вместо 80, то, по моим подсчетам, точный запуск Arianne сэкономил 110 минут работы MCC, что равняется 34. м с , что увеличило срок службы JWST как минимум на шесть лет, а может и на десять лет. Конечно, трехчасовое горение, вероятно, было бы худшим случаем , но, учитывая непредсказуемость ракет-носителей, такой сценарий нужно было считать реально возможным...

В одной из последних ссылок НАСА, которые я нашел, также говорится, что JWST имеет запас топлива на 20 лет вместо топлива на 10 лет. НАСА: Уэбб выходит на орбиту L2 . Срок службы JWST, вероятно, не будет ограничен топливом...

Я согласен. Мой ответ на ваш связанный вопрос: «Итог: мое лучшее предположение в настоящее время: 150–67 = 83 и 83/(от 2 до 4) = от 41 до 21 года».
что поражает меня, так это то, насколько малы на самом деле маневры по удержанию станции. Сегодняшний ожог составляет всего 1,6 м с , или 3,4 мили в час, а общее годовое выдерживание станций может составлять всего 2,5 м с , что составляет всего 5,6 миль в час. Это крошечные крошечные цифры по сравнению с Δ В от космопорта Гвианы до L2, что может быть 12,5 к м с или 28000 миль в час, включая атмосферное сопротивление.
Да, каждые две недели в течение ~ шести месяцев это двенадцать толчков на орбиту, но они, конечно, относительно небольшие толчки. Интересно, насколько ниже она могла бы быть, если бы они забыли, что это астрономическая обсерватория, и выбрали план абсолютного минимума дельта-v. Возможно, с более активным солнцезащитным козырьком в качестве дополнительной движущей силы он может стать очень низким.
Сколько топлива сэкономил JWST за счет точного старта и сколько останется после орбиты L2?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v