JWST wird L2 umkreisen, das sich in einem instabilen Gleichgewicht befindet , und daher Treibmittel zum Halten der Position benötigen. JWST wird Treibstoff für 5-10 Jahre tragen .
Was passiert, wenn das Treibmittel aufgebraucht ist? Wird es in eine zufällige Richtung driften? Ist eine Richtung wahrscheinlicher als andere?
PS: Warum parkt JWST nicht stattdessen auf L4/L5? Sie sind stabile Gleichgewichte und JWST würde nicht viel Treibmittel benötigen, um auf unbestimmte Zeit dort zu bleiben. Ja, es würde eine zusätzliche Abschirmung von der Erde erfordern , aber für einen Laien erscheint dies im Vergleich zu dem Sonnenschutz, den es bereits trägt, vernachlässigbar.
Dieses Video von Northrop Grumman (beginnend bei 09:31
) veranschaulicht die Umlaufbahn von JWST in einem nicht rotierenden (normalen) Einzelbild. Es befindet sich in einer Umlaufbahn um die Sonne, die ungefähr 1 % weiter entfernt ist als die der Erde, aber das schwache Ziehen der Erde zieht es etwas schneller mit sich, sodass es in 1:1-Resonanz mit der Erde bleibt. Die Umlaufbahn wird als "Halo-Umlaufbahn" bezeichnet, weil sie in einem rotierenden Rahmen wie ein Ring um den L2-Punkt aussieht.
Regelmäßige, aber sehr kleine stationäre Vortriebsmanöver halten es in diesen ansonsten instabilen Konfigurationen. Je häufiger die Anpassungen durchgeführt werden, desto geringer ist der Gesamtkraftstoffverbrauch pro Jahr. Entsprechend dieser Monte-Carlo-Implementierung und der Monte-Carlo-Implementierung zur anfänglichen Mid-Course-Korrektur des James-Webb-Weltraumteleskops unter Verwendung von Task-Parallelität und stationärer Monte-Carlo-Simulation für das James-Webb-Weltraumteleskop wird es alle 21 Tage ein kleines treibendes Stationserhaltungsereignis geben. Wikipedia sagt, dass dies 2-4 m / s Delta-V pro Jahr aus einem Budget von 150 m / s verbrauchen wird, sodass die Lebensdauer möglicherweise viel länger als 5-10 Jahre sein könnte , obwohl ich ungefähr glaubedie Hälfte davon (~67 m/s) wird für Kurskorrekturen auf dem Weg nach draußen in die Halo-Umlaufbahn verwendet.
Wenn/wenn die Stationshaltemanöver aufhören würden, wird JWST von dieser Resonanz wegwandern und in eine mehr (oder weniger) chaotische Umlaufbahn um die Sonne gehen. Es wird jedoch nicht unvorhersehbar sein. Das Verständnis der Orbitalmechanik ist gut entwickelt, und wenn es kein Auftanken gibt, wird die endgültige Umlaufbahn gewählt und die letzten Antriebsmanöver werden sorgfältig ausgeführt, um den JWST auf den von ihm gewählten endgültigen Weg in die Heliozentrik zu bringen.
Es wird jedoch darüber gesprochen, den JWST für Serviceeinsätze zugänglich zu machen, und dies könnte das Auftanken ermöglichen. Siehe zum Beispiel Neben HST, JWST und Stationen, gibt es Beispiele für Satelliten, die für den Dienst im Weltraum ausgelegt sind? , Betankungstechnologie für Raumfahrzeuge wird auch in Is Landsat-7's Treibant Resupply Port „Robot-Ready“? (Restore-L-Mission) .
Die Webseiten Treibmitteltransfertechnologien der NASA , Robotic Refueling Mission und RRM Task: Refueling enthalten weitere Fotos und Informationen.
Angesichts der Tatsache, dass das Hubble-Weltraumteleskop nach 27 Jahren immer noch hochproduktiv ist, ist es schwer vorstellbar, dass es keine Möglichkeit gibt, die Lebensdauer des JWST über zehn Jahre hinaus zu verlängern, auch wenn dies kein formeller Teil seiner aktuellen Mission ist. Es ist schwer vorstellbar, ein milliardenschweres wissenschaftliches Instrument einfach aus Mangel an Treibmittel (oder anderen Verbrauchsmaterialien) wegzuwerfen.
In JPL Horizons gibt es eine Beispielrechnung einer Halo-Umlaufbahn für JWST aus dem Jahr 2014. Sie umkreist etwa elf Jahre und beinhaltet vermutlich kleine Stationshaltungsmanöver dazu. Diese reale Umlaufbahn ist komplexer als eine reine CR3BP-Halo-Umlaufbahn (Circular Restricted Three-Body Problem), da sich die Erde in einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne befindet und der Mond weitere Störungen hinzufügt.
Die erste Abbildung unten zeigt die vollständige, elfjährige Umlaufbahn mit ihrer letzten Abweichung von L2, wenn die Stationierung endet. Dies ist eine „Draufsicht“-Ansicht der Ebene der Ekliptik, mit der Sonne auf der linken Seite.
Die nächsten drei Bilder sind nur ein Jahr wert und zeigen die beiden Schleifen der sechsmonatigen Halo-Umlaufbahn. Der blaue Punkt ist die Erde, der grüne Torus ist die Umlaufbahn des Mondes und die rote Linie ist die Umlaufbahn von JWST. Die Koordinaten befinden sich im Rotationsrahmen des Erde-Mond-Schwerpunkts um die Sonne.
oben links: Draufsicht, elf Jahre. rechts: Draufsicht, ein Jahr. (Sonne nach links)
oben links: Blick von der Sonne, ein Jahr. rechts: Seitenansicht, ein Jahr. (Sonne nach links)
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CKA