Ich kenne kein Weltraumteleskop, das zwischen den Kommunikationssatelliten in einer geostationären Umlaufbahn platziert wurde. Ich frage mich, warum nicht?
In GEO könnte ein Weltraumteleskop eine einzelne stationäre Funkschüssel auf der Erde für seine Datenübertragung verwenden. GEO ist etwa 100-mal weiter von der Erde entfernt als LEO, wo zum Beispiel Hubble ist, daher sollte die Erwärmung durch die Strahlungsreflexionen der Erde viel weniger ein Problem sein, wenn es Instrumente hat, die etwas weiter in den Infrarotbereich gehen. Mit einer niedrigeren Winkelumlaufgeschwindigkeit müsste es sich nicht so schnell drehen, um fokussiert zu bleiben, was möglicherweise die Lebensdauer seiner Reaktionsräder erhöht. Auch die Gefahr von Kollisionen mit Weltraumschrott wäre geringer. Ich kämpfe darum, den Grund zu finden, warum GEO nicht für weltraumwissenschaftliche Missionen verwendet wurde.
Es müsste sich nicht so schnell drehen, um fokussiert zu bleiben, was möglicherweise die Lebensdauer seiner Reaktionsräder verlängert.
Wenn Sie auf der Erde ein Teleskop "drehen", halten Sie es wirklich in eine Richtung gerichtet! Es ist die Erde, die sich dreht, und Sie müssen die Teleskophalterung drehen, damit die Beine auf den Boden zeigen.
Es ist dasselbe, als müsste man die Antenne bewegen, um sie auf den Boden gerichtet zu halten!
Nebenbei, wie gehen Weltraumteleskope mit auf die Erde gerichteten Antennen um?
GAIA verwendet ein Phased Array, das immer in Richtung Erde strahlen kann, wenn sich das Teleskop dreht (siehe diese Antwort ), und TESS speichert, komprimiert und verarbeitet fast zwei Wochen lang Daten, während es in der Nähe der Apoapsis misst, zoomt dann an der Erde vorbei und sendet sie in einem 8-Stunden-Burst während der Periapsis. (Siehe diese Antwort und diese Antwort ).
Im Weltraum dreht man ein Teleskop nicht, man lässt es meistens in Ruhe und es zeigt fast immer in eine Richtung. Es gibt kleine Gezeitenkräfte, insbesondere in LEO (siehe diese Antwort ), und andere Drehmomente wie Sonnendruck (siehe diese Antwort ), die ein Teleskop sehr langsam neigen, sodass die Reaktionsräder damit umgehen müssen.
Aber es ist keine große Drehung des Weltraumteleskops notwendig, um die Erdrotation auszugleichen. Das ist ausschließlich eine "Erdsache".
Warum werden Weltraumteleskope nicht in GEO aufgenommen?
Es ist ein überfüllter Ort, und es ist eine Menge "Weltraumbürgerschaft" notwendig, um dort zu bleiben. Sie müssen sich sehr um die Stationshaltung kümmern, um nicht in die Nähe Ihrer extrem teuren Hardware-Nachbarn zu driften, und das kann die wissenschaftliche Planung stören.
Ein Kommunikationssatellit kann gleichzeitig die Position halten, während er seine Hauptfunktion erfüllt, da seine Antennen nicht wie ein optisches Teleskop bogensekundenstabil ausgerichtet sein müssen.
Es hat viel Arbeit gekostet, Hubble auf 540 Kilometer über einen Großteil der Atmosphäre zu bringen, damit es keine stationären Verbrennungen machen muss. Wenn Sie es in GEO einfügen, könnte es tatsächlich dazu gezwungen werden, mehr Station zu halten, genau das Gegenteil von dem, was Sie wollen.
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein zukünftiges optisches oder Radio-Weltraumteleskop für die Astronomie in LEO oder GEO als bester Platz dafür aufgenommen wird, ist sehr gering. Heutzutage ist die Zuverlässigkeit von Raumfahrzeugen sehr hoch, On-Board-Computing und Bildverarbeitung können Daten einigermaßen sortieren und vorverarbeiten, und X-Band-Verbindungen können selbst im Weltraum in kurzen Zeiträumen Daten-Dumps durchführen. Siehe diese Antwort und diese Antwort .
Während MEO die Stationierung vermeiden könnte, die in LEO oder GEO erforderlich wäre, denke ich, dass die meisten Teleskope viel weiter vom reflektierten Licht und der abgestrahlten Wärme der Erde entfernt sein werden, entweder wie TESS, das die meiste Zeit fast so weit von der Erde entfernt verbringt wie der Mond, oder JWST in der Nähe von Sonne-Erde L2.
Der Mond ist eine weitere Option. Ohne Atmosphäre könnte ein UV-Teleskop (wie das auf den Chang'e-Landern) oder ein IR-Teleskop dort arbeiten, ohne an einem Raumschiff befestigt zu werden. Ein Radioteleskop auf der anderen Seite wäre außerdem während der zweiwöchigen Mondnacht vor künstlicher elektromagnetischer Strahlung von der Erde sowie Licht und Wärme von der Sonne abgeschirmt.
Es gibt so viele Orte, an denen zukünftige Teleskope aufgestellt werden können, ich glaube nicht, dass wir größere in LEO oder GEO sehen werden. Der einzige Grund für GEO wäre ein Low-Budget, wie ein Cubesat- oder Nanosatelliten-Projekt, bei dem man eine kostengünstige Multi-Satelliten-Veröffentlichung verwendet (siehe diese Antwort oder diese Frage oder diese Frage (nicht jeder kann es sehen, Sie können es auch bekommen eine Idee, indem Sie sich diese Frage ansehen ).
Raumfahrzeuge werden in die Umlaufbahnen gebracht, in denen sie sich angesichts der Ziele der Mission und der Einschränkungen während des Entwurfs befinden müssen . Nichts im Weltraum ist beliebig, denn es steht so viel auf dem Spiel, wenn etwas schief geht.
Tatsächlich ist GEO kein besonders spezieller Ort für ein Weltraumteleskop, und mehrere Teleskope sind weit entfernt von dort aufgestellt (oder sollen aufgestellt werden). Zum Beispiel (falls es jemals gestartet wird ...) wird das James Webb-Weltraumteleskop aus genau dem Grund, den Sie angegeben haben, zum Erde-Sonne-Lagrange-Punkt L2 bewegt - es muss von der IR-Strahlung der Erde entfernt sein.
Wie Polygnome feststellte, wurde der Hubble gebaut, um vom Shuttle gewartet zu werden, was seine Platzierung begrenzte. Seine Umlaufbahn hinderte ihn jedoch nicht daran, außergewöhnliche Astronomie zu betreiben.
Es gibt viele bessere Orte für Teleskope als LEO und GEO, und es gibt Argumente für jeden Ort. Ein Teleskop auf der anderen Seite des Mondes wäre von den Funkübertragungen der Erde abgeschirmt, daher ist es sehr sinnvoll, dort eines für die Radioastronomie aufzustellen. Dies wäre jedoch eine große technische Herausforderung, daher haben wir dies noch nicht getan.
Einige Missionen werden auf seltsamen Umlaufbahnen gestartet, die zunächst wenig Sinn ergeben. So wurde beispielsweise Spektr-R auf eine stark elliptische Erdumlaufbahn gebracht. Eine solche Umlaufbahn ermöglichte die Verwendung in Verbindung mit bodengestützten Teleskopen, um die Auflösung mithilfe einer Technik namens Very Long Baseline Interferometry zu erhöhen, die umso besser wird, je weiter Ihre Teleskope voneinander entfernt sind. Spektr-R wäre weniger effektiv gewesen, wenn es in GEO platziert worden wäre, da seine Umlaufbahn es viel weiter nach außen führte als GEO und es ihm ermöglichte, Bilder mit besserer Auflösung zu erzeugen.
Um die Frage im TL;DR-Modus zu beantworten: GEO ist nichts Besonderes, und die meisten Weltraumteleskope (wenn nicht alle) werden in die Umlaufbahn gebracht, die es ihnen ermöglicht, ihre Missionsziele zu erreichen.
Mindestens ein Weltraumteleskop wurde aufgrund seiner einzigartigen Mission in eine geosynchrone (aber nicht geostationäre) Umlaufbahn gebracht:
Das Solar Dynamics Observatory (SDO) ( Wikipedia ) ( Offizielle Missionsseite ).
Eines seiner drei Sensorpakete, die Atmospheric Imaging Assembly (AIA), erstellt 4096 x 4096 Bilder der Sonne über 12 Wellenlängen mit einer Kadenz von 12 Sekunden (oder 1 Bild pro Sekunde, wobei 12 Sekunden benötigt werden, um eine bestimmte Wellenlänge erneut zu besuchen). Dadurch entsteht ein sehr großes Datenvolumen. Anstatt also Bilder zu speichern, bis eine Verbindung zu einer DSN-Bodenstation hergestellt werden kann, oder Kommunikationssatelliten im geostationären Orbit zur Weiterleitung der Daten verwendet, verfügt es über eine eigene dedizierte Bodenstation in New Mexico.
Da seine Mission darin besteht, die Sonne konstant zu bedecken, kann es sich nicht in einer rein geostationären Umlaufbahn befinden, in der sich die Erde jeden Tag verdecken würde. Vielmehr hat es durch seine geneigte Umlaufbahn jedes Jahr zwei Jahreszeiten, in denen die Erde die Sonne für jeweils bis zu 90 Minuten am Tag verdeckt, und der Mond kann die Sonne ebenfalls verdecken. (Selten können beide gleichzeitig die Sonne verdecken .)
Aufgrund seiner hohen Datenrate kann es auch nicht weiter von der Erde entfernt platziert werden wie andere heliophysikalische Weltraumobservatorien wie SOHO, die STEREO A- und B-Sonden und die Parker-Solarsonde ... beide, weil es vollständig gesättigt wäre mindestens eine DSN-Bodenstation für die gesamte Zeit, in der sie sich in Sichtweite dieser Station befindet, und weil größere Entfernungen die Verwendung niedrigerer Frequenzen erfordern und niedrigere Frequenzen weniger Bandbreite haben, was zu einer Datenrate führt, die für die von SDO erzeugte Bildkadenz zu niedrig ist. Während die Mission von SOHO darin besteht, Echtzeit-Koronagraphen bereitzustellen, sind seine Bildkadenz und Auflösung viel geringer, sodass nur gelegentlich an DSN-Stationen übertragen wird, und sowohl die STEREO-Sonden als auch die Parker Solar Probe sind so konzipiert, dass sie Bilder für längere Zeiträume zur Offline-Verarbeitung speichern. So können Sie auf ideale Zeiten warten, um sich mit einer DSN-Station zu verbinden. Daten von den Sonnenobservatorien, die sich außerhalb der Erdumlaufbahn befinden, werden weiter über terrestrische Netzwerke weitergeleitet, nachdem sie von einer DSN-Station empfangen wurden, was eine weitere Verzögerung bei der Verarbeitung hinzufügt, die die einzigartige Umlaufbahn von SDO unter weltraumgestützten Observatorien vermeiden soll.
Es ist eine späte Antwort, aber um @Ghedipunks zu ergänzen:
Die letzten geostationären GOES-Satelliten verfügen über Sonnenteleskope (EXIS und SUVI). (Siehe Wikipedia GOES-16)
Die geosynchrone Umlaufbahn wurde wegen der geplanten hohen Datenrate auch für das zukünftige Weltraumteleskop WFIRST in Betracht gezogen. Aber schließlich wurde stattdessen Sonne-Erde L2 wegen geringerer Strahlung, stabiler Temperatur und keiner Lichtverschmutzung durch Erde und Mond gewählt.
Polygnom
Thorbjørn Ravn Andersen