JWST будет находиться на орбите L2, которая находится в нестабильном равновесии , поэтому для удержания станции потребуется топливо. JWST будет перевозить топливо в течение 5-10 лет .
Что произойдет, когда у него закончится топливо? Будет ли он дрейфовать в случайном направлении? Является ли одно направление более вероятным, чем другие?
PS: почему JWST не припаркован на L4/L5? Это стабильные равновесия, и JWST не требует большого количества топлива, чтобы оставаться там бесконечно. Да, это потребует дополнительной защиты от Земли, но для неспециалиста это кажется незначительным по сравнению с солнцезащитным экраном, который он уже имеет.
Это видео Northrop Grumman (начиная с 09:31
) иллюстрирует орбиту JWST в невращающемся (нормальном) кадре. На самом деле он находится на орбите вокруг Солнца примерно на 1% дальше, чем Земля, но слабое притяжение Земли тянет его немного быстрее, так что он остается в резонансе 1:1 с Землей. Орбита называется «Гало-орбита», потому что во вращающейся системе отсчета она выглядит как кольцо вокруг точки L2.
Регулярные, но очень маленькие станции, поддерживающие двигательные маневры, удерживают ее в этой нестабильной конфигурации. Чем чаще регулировка, тем ниже общий расход топлива в год. В соответствии с этим и Космическим телескопом Джеймса Уэбба Первоначальная коррекция промежуточного курса Монте-Карло с использованием параллелизма задач и моделирования Монте-Карло с удержанием станции для космического телескопа Джеймса Уэбба, каждые 21 день будет проводиться небольшое мероприятие по удержанию станции с движущей силой. Википедия говорит, что это будет потреблять 2-4 м/с дельта-v в год при бюджете в 150 м/с, так что срок службы может быть намного больше, чем 5-10 лет , хотя я думаю, что околополовина этого (~ 67 м / с) будет использоваться для корректировки промежуточного курса при выходе на гало-орбиту.
Если/когда маневры по удержанию станции прекратятся, JWST отклонится от этого резонанса и выйдет на более (или менее) хаотичную орбиту вокруг Солнца. Хотя это не будет непредсказуемо. Понимание орбитальной механики хорошо развито, и если дозаправки не будет, будет выбрана окончательная орбита, и будут тщательно выполнены заключительные двигательные маневры, чтобы перевести JWST на выбранный им последний путь в гелиоцентризм.
Тем не менее, ведутся разговоры о том, чтобы сделать JWST доступным для сервисных миссий, и это может сделать возможной дозаправку. См. например Помимо HST, JWST и станций, есть ли примеры спутников, предназначенных для обслуживания в космосе? , технология дозаправки космических аппаратов также обсуждается в разделе «Готов ли порт пополнения запасов топлива Landsat-7 к робототехнике»? (Миссия Восстановить-L) .
Технологии перекачки топлива НАСА , Миссия роботизированной дозаправки и RRM Задача: на веб-страницах, посвященных заправке, больше фотографий и информации.
Учитывая, что космический телескоп Хаббл по прошествии 27 лет по-прежнему высокопроизводителен, трудно представить, что нет никаких непредвиденных обстоятельств для продления срока службы JWST за пределы десяти лет, даже если это не является формальной частью его текущей миссии. Выбрасывать научный прибор стоимостью в миллиарды долларов просто из-за отсутствия топлива (или других расходных материалов) трудно себе представить.
В JPL Horizons есть пример расчета гало-орбиты для JWST, который был выполнен в 2014 году. Он вращается около одиннадцати лет и, предположительно, включает в себя небольшие маневры по удержанию станции для этого. Эта реальная орбита более сложна, чем чистая гало-орбита CR3BP (круговая ограниченная задача трех тел), потому что Земля находится на эллиптической орбите вокруг Солнца, а Луна добавляет дополнительные возмущения.
На первом рисунке ниже показана полная одиннадцатилетняя орбита с последним отклонением от L2, когда заканчивается обслуживание станции. Это вид сверху на плоскость эклиптики, с Солнцем слева.
Следующие три изображения сделаны всего за один год и показывают две петли шестимесячного периода гало-орбиты. Синяя точка — это Земля, зеленый тор — орбита Луны, а красная линия — орбита JWST. Координаты находятся во вращающейся системе барицентров Земли-Луны вокруг Солнца.
вверху слева: вид сверху вниз, одиннадцать лет. справа: вид сверху вниз, один год. (Солнце слева)
вверху слева: вид с солнца, один год. справа: вид сбоку, один год. (Солнце слева)
ооо
ооо
СКА