Ist die Halo-Umlaufzeit des JWST mit der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne synchronisiert?

Ich habe mir den JWST-Halo angesehen und mich gefragt, ob es eine Möglichkeit wäre, die Halo-Umlaufbahn mit der elliptischen Umlaufbahn der Erde in Einklang zu bringen, um Gravitationsschwankungen regelmäßig und periodisch zu halten, so dass Verbrennungen, die die Station halten, vorhersehbarer sind, Kraftstoff gespart und dadurch die Lebensdauer von JWST verlängert wird. Im Moment ist JWST nahe der maximalen +Y-Reise ... wenn die Erde gerade hinter Periapsis ist. Ist das ein Zufall? Der Halo könnte mit Präzisionsverbrennungen maßgeschneidert werden, um maximales Y an der Periapsis und minimales Y an der Mitte zwischen Periapsis und Apoapsis zu erhalten. Bei Apoapsis wäre JWST wieder bei max Y, 1 Halo-Umlauf in 1/2 Jahr.

und daher die Frage: Ist (oder wird) die JWST-Halo-Umlaufperiode mit der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne synchronisiert?

BEARBEITEN: Direkter zu meiner Frage "Sync'd Orbit" ... Gibt es eine Notwendigkeit oder einen Vorteil, JWST an einem bestimmten Ort in seinem Halo zu haben, wenn sich die Erde an einem bestimmten Ort in ihrer Umlaufbahn befindet.

@BradV FYI, ich habe gerade den Zeitraum anhand der Horizon-Daten geschätzt, die wir uns zuvor angesehen haben. Es kommt bei 6,07 Monaten heraus. Es ist nicht ganz eine geschlossene Umlaufbahn, also gibt es keine genaue Zahl. Ich wäre überrascht, wenn die Umlaufbahn der Erde exzentrisch genug wäre, um über 10 Jahre einen großen Unterschied zu verursachen. Der Mond hätte viel mehr Wirkung, aber seine Periode ist in keinem einfachen Verhältnis nahe an JWST.
@ BrendanLuke15 Ich habe den Wortlaut des Titels an die Stimmung der Frage angepasst, im Grunde von "ist?" zu "könnte?"
@BradV das ist eine wirklich interessante Frage! Sonne-Erde-Halo-Umlaufbahnen sind wirklich heliozentrische Umlaufbahnen in einer 1:1-Resonanz mit der Erde; JWST ist 1 % weiter von der Sonne entfernt als die Erde, sollte also die Sonne etwa 1,5 % langsamer umkreisen als die Erde, aber seine Resonanz mit der Erde bedeutet, dass es etwas schneller mitgezogen wird. Wie Sie wissen, hat diese Klasse von Umlaufbahnen auch eine harmonische Bewegung in dieser Situation mit einem Zeitraum von sehr ungefähr sechs Monaten, aber abhängig von den Details der Halo-Umlaufbahn könnten es fünf oder sieben Monate oder sogar noch mehr sein.
@BradV, also denke ich, dass Sie sich wirklich fragen: "Hey! Was wäre, wenn es auf genau ein halbes Jahr eingestellt würde? Würde das dazu beitragen, Störungen zu reduzieren und Delta-v bei der Stationierung zu senken?" Ich denke, es ist eine großartige Idee, und wenn es ein "einfaches" ER3BP (elliptisches, eingeschränktes Dreikörperproblem) wäre, könnte etwas dabei sein. Es wird sicherlich Forschungsarbeiten zu diesem Thema geben, die hoffentlich Antworten finden und erklären können! Aber wir haben ein Problem, unser verdammter Mond ist so massiv!
Die Erde und der Mond rotieren um ihren gemeinsamen Massenmittelpunkt und erzeugen ebenfalls monatliche Störungen, und ich vermute, dass dieses Schema zur Klasse „Peter ausrauben, um Paul zu bezahlen“ gehört, da sie bereits einen „Sweet Spot“ gefunden und versucht haben Störungen aufgrund der elliptischen Erdumlaufbahn zu reduzieren, könnte die Flugbahn von JWST anfälliger für andere Störungen machen, einschließlich des Erde-Mond-Tanzes. Aber es ist nur eine Vermutung, mal sehen, was die Orbitalmechaniker denken. +n!für die Frage!
FWIW, mein Skript hier kann verwendet werden, um die Entfernung zwischen JWST und verschiedenen Zentren darzustellen, zB dem EM-Schwerpunkt (@3), L2 (@32), der Sonne (@10). Die Bewegung von JWST relativ zum Mond ist ziemlich komplex.
@uhoh Re Sonne-Erde-Halo-Umlaufbahnen sind wirklich heliozentrische Umlaufbahnen in einer 1: 1-Resonanz mit der Erde. Das ist meiner Meinung nach die falsche Sichtweise auf die Dinge. Die Sonne-Erde-Punkte L1 und L2 sind Schlüsselpunkte, an denen die Frage "Umkreist Objekt X die Erde oder die Sonne" völlig zweideutig ist. Die richtige Antwort für mich auf die Frage Umlauft der JWST die Sonne oder die Erde? ist ein eindeutiges und sehr nachdrückliches JA . Orbit X Y oder Z wird oft als sich gegenseitig ausschließende Frage formuliert, wenn dies nicht der Fall sein sollte.
Ich vermute (weiß es aber nicht mit ausreichender Sicherheit), dass die Antwort auf diese Frage darin besteht, dass das JWST Flight Dynamics Team (FDT) bereits das tut, wonach das OP fragt. Während das Elliptical Restricted Three Body Problem (ER3BP) im Vergleich zum Circular Restricted Three Body Problem (CR3BP) zusätzliche Komplexitäten aufweist, wurden zahlreiche Artikel über das ER3BP geschrieben. Die FDT wäre nachlässig, wenn sie die Exzentrizität der Erdumlaufbahn nicht berücksichtigen würden. Sie wären auch nachlässig, wenn sie den Mond nicht berücksichtigen würden. Das ist kein Drei-Körper-Problem; Es ist ein eingeschränktes Vier-Körper-Problem.
@uhoh: Tut mir leid, aber ich möchte lieber nicht, dass Leute meine Fragen und Diskussionen bearbeiten, ohne vorher mit mir zu diskutieren. Meistens habe ich eine bestimmte Begründung dafür, wie ich Dinge strukturiere. Außerdem ... habe ich gelernt, über kleinere Dinge wie Großschreibung und Rechtschreibfehler hinwegzusehen, wenn sie die Bedeutung oder den Kontext nicht beeinflussen. Ich will hier nicht höhnisch sein, aber ich bin nicht erfreut, wenn das, was scheinbar meine Fragen sind, tatsächlich die von jemand anderem sind.
@BradV Überhaupt kein Problem und ich werde wirklich hart daran arbeiten, mich daran zu erinnern. Wenn ich jemals versage und versehentlich einen Ihrer Beiträge erneut bearbeite, kehren Sie zurück und schreien Sie mich an, weil ich es gut meine, aber gelegentlich vergesslich bin. Ich habe hier fast 10.000 Überarbeitungen vorgenommen und ich glaube, ich mache es fast immer richtig und werde häufig gedankt, aber in Ihrem Fall werde ich mein Bestes geben, um Laissez-faire zu erreichen
@BradV Wow, nachdem ich es tatsächlich überprüft habe, bin ich wirklich überrascht, wie nah es ist! Es scheint, dass meine Vorhersage, dass die Antwort "Nein" sein würde, ziemlich falsch war.
@uhoh: Danke, dass du es ertragen hast, dass ein „Fünfjähriger“ an einer Diskussion auf Doktorandenebene teilnimmt! Ich merke, dass ich weit über meinen Kopf hinaus bin. Ich habe mir mehrere Halos angesehen und sie scheinen 2: 1 zu sein, aber ich habe keine Ahnung, ob die Positionierung des Objekts innerhalb des Halo mit der M2-Umlaufbahn zusammenhängt und mit ihr synchronisiert ist.
Ich bin immer frustriert, wenn ich Leute sagen höre: "Das ist nicht die Frage, die Sie stellen sollten", und es scheint, als habe ich genau das oben gesagt und ich lag völlig falsch! Ich glaube wirklich, dass du hier etwas vorhast!
@uhoh Nach einiger Zeit scheint es, als würde kein genau exaktes 2: 1 passieren, und daher ist meine anfängliche Prämisse "aus". Ihre Gedanken?
@BradV Die endgültige Umlaufbahn wird die Erfolgswahrscheinlichkeit der Mission maximieren, zusammen mit vielleicht einer gewissen Betonung der Wahrscheinlichkeit, dass die erste oder zwei der unvermeidlichen Missionserweiterungen einen guten Schuss haben werden. Es scheint, dass "Synchronizität" für diese nicht notwendig war.

Antworten (1)

Ist die Halo-Umlaufzeit des JWST mit der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne synchronisiert?

Wow, es ist überraschend nah!

Zuerst dachte ich, dass es aufgrund früherer Informationen und Fragen und Antworten, die auf einer früheren JWST-Flugbahn basierten, näher an 6,5 oder 7 Monaten liegen würde, aber wow, beim Versuch, die Periode einer komplizierten Umlaufbahn mit 3 oder 4 Körpern (einschließlich des Mondeffekts) zu definieren. Auf einfache Weise bin ich auf 180 Tage gekommen!

Ich habe die neue vorhergesagte Umlaufbahn für JWST in Horizons genommen

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

lud die heliozentrischen Positionen von JWST und Erde herunter, subtrahierte das Erd-/Mond-Schwerpunktzentrum von JWST, drehte es dann um den Erdwinkel, um in einem pseudo-synodischen Rahmen zu sein (es dreht sich mit dem EM/Bary-Winkel, nicht stetig), und erhielt Folgendes (Daten beginnen mit 2022-Feb-08, endet 2024-Jan-27):

JWST-Bewegung in synodischen Erde/Mond-Baryzentrumskoordinaten

Der Versatz in X ist die durchschnittliche Entfernung von der Erde, nahe den 1,5 Millionen km der klassischen L2-Entfernung.

Wenn ich die Maxima herausgreife und einen Zeitraum für die X-, Y- und Z-Bewegung berechne, erhalte ich 179,3, 180,0 und 180,7 Tage!

Da dies eine Ad-hoc -Methode ist, sage ich, dass diese Zeiträume *derzeit nicht von einem halben Jahr zu unterscheiden sind , daher ist meine Antwort ein eingeschränktes, aber ziemlich überraschtes "Ja!"

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)
Während die Antwort von uhoh innerhalb enger Grenzen richtig ist, um eine 2: 1-Beziehung zu finden ... war meine Frage, ob sich JWST an einem bestimmten Ort im Halo relativ zu einem bestimmten Ort auf der Erdumlaufbahn befindet.
@BradV Warum gehen Sie nicht weiter und klären den Titel Ihrer Frage weiter. Ich würde etwas vorschlagen wie: "Ist die 2: 1-Beziehung der Halo-Umlaufbahn von JWST zur Erdumlaufbahn in Bezug auf die Apsiden der Erdumlaufbahn phasenweise ? Wenn ja, wurde dies absichtlich getan?" Ich denke, so etwas ist notwendig, um alles zu erfassen, wonach Sie suchen, was ich wirklich interessant finde! Ich bin mir nicht sicher, ob ich selbst viel besser antworten kann, aber wenn nicht, kann ich Ihrer Frage sicherlich ein Kopfgeld hinzufügen, um ihr Aufmerksamkeit und vielleicht eine Antwort zu verschaffen.