Wie viel Treibstoff hat JWST aufgrund eines genauen Starts eingespart, und wie viel wird nach der L2-Umlaufbahn übrig bleiben?

Wie viel Treibstoff hat JWST aufgrund eines genauen Starts der Arianne 5 eingespart, und wie viel Treibstoff wird nach dem Einsetzen des JWST L2 in die Umlaufbahn übrig bleiben? Und wie viele Jahre soll dieser Kraftstoff halten?

Laut https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope „werden acht kleinere Triebwerke für die Lagekontrolle verwendet – die korrekte Ausrichtung des Raumfahrzeugs.[74] Die Triebwerke verwenden Hydrazin-Treibstoff (159 Liter oder 42 US-Gallonen beim Start) und Distickstofftetroxid als Oxidationsmittel (79,5 Liter oder 21,0 US-Gallonen beim Start).[75]"

„Es war darauf ausgelegt, zehn Jahre lang genug Treibstoff zu transportieren,[172] aber der Präzision des Ariane-5-Starts und der ersten Kurskorrektur wurde die Einsparung von genügend Treibstoff an Bord zugeschrieben, so dass das Observatorium in der Lage sein sollte, seine Umlaufbahn „deutlich länger“ aufrechtzuerhalten " als das."

Aber es sagt nicht aus, wie viel von diesem Treibstoff nach dem Einsetzen in die L2-Orbitalbahn übrig bleiben sollte, wenn man von dem erwarteten, nicht ganz perfekten Arianne5-Start ausgeht, der geplant war; Nennen wir diese Zahl e für den erwarteten Treibstoff und nennen wir die Zahl a für den tatsächlich verbleibenden Treibstoff mit dem viel besseren Start als erwartet. Und es heißt nicht, dass jährlich viel Treibstoff für die Instandhaltung der JWST-Umlaufbahn und das Ablassen des Schwungs verbraucht wird ; Rufen Sie diese Nummer y für die erwartete jährliche Orbitalwartung an. Diese Zahlen könnten verwendet werden, um zu berechnen, um wie viele Jahre der effizientere Start der Arianne 5 die JWST-Lebensdauer verlängerte.

Jahre_gewonnen ≈ A − e j

Ich glaube, ich habe gelesen, dass die erwartete geplante Mission von 10 Jahren durch die jährliche Orbitalwartung begrenzt war, was bedeuten würde:

geplante_lebensdauer ≈ e j ≈ 10 Jahre
Die tatsächliche begrenzte Lebensdauer des Kraftstoffs wäre:
aktuelle_begrenzte_lebensdauer ≈ A j Jahre

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

Mike Menzel, sagte, die Agentur habe ihre Analyse abgeschlossen, wie viel "zusätzlicher" Treibstoff an Bord des Teleskops verblieben sei. Grob gesagt, sagte Menzel, hat Webb genug Treibstoff für 20 Lebensjahre an Bord.

Ich habe die Zahlen, die mich interessieren, klargestellt.
Es wird nicht nach 10 Jahren der Kraftstoff ausgehen. 10 Jahre Designlebensdauer bedeutet "es besteht keine Chance, dass der Kraftstoff ausgeht, egal wie schlecht die Dinge laufen (innerhalb vernünftiger Annahmen)". Dh schlechtestmögliche Einspritzung, viele verpasste Korrekturmanöver, mehr Schwungentlastung etc. Unter Nennbedingungen sollte das mindestens 15 - 20 Jahre halten. (kein Zitat, also keine Antwort).
@asdfex: Mike Menzel (Lead Mission Systems Engineer für das James Webb Space Telescope) wird von zahlreichen Quellen zitiert, die bestätigen, dass Webb dank des präzisen Einsetzens durch Ariane 5 und der zwei Korrekturzündungen genug Treibstoff für seine maximale Lebensdauer von 20 Jahren hat . Ich habe leider keine Erstanbieterquelle gefunden, aber Arianespace hat mehrere dieser Drittanbieterquellen erneut getwittert, was darauf hindeutet, dass sie der Einschätzung zustimmen. Hier ist nur ein Beispiel: twitter.com/ariane5/status/1479923663881256966
Ja... 20 Jahre entsprechen etwa 6 m/s pro Jahr (bei 120 m/s verbleiben nach 30 m/s für die MCCs). Wenn wir eine Impulsentladung von 2 m/s/Jahr annehmen und die öffentlichen 2-4 m/s/Jahr für die Stationshaltung nehmen, gibt es immer noch eine große Bandbreite möglicher Lebensdauern.
Beachten Sie auch, dass es nicht wirklich Kraftstoff "gespart" hat. Es nutzte einfach keine der zugewiesenen Kontingenzen und blieb beim Nennverbrauch. Es hätte etwas Treibstoff gespart, wenn Ariane leicht übertroffen hätte.
Die angegebenen Zahlen scheinen nur für die Bi-Treibstoff-Triebwerke zu gelten (aufgrund des Verhältnisses der Masse des Kraftstoffs zu der des Oxidationsmittels) - siehe Antwort auf How to convert bi-prop to delta-v for JWST . Die Impulsentladung verwendet nur Hydrazin , dessen Budget in diesen Zitaten logischerweise nicht berücksichtigt wird. Ohne diese Informationen ist es unmöglich, die zusätzliche Lebensdauer abzuschätzen, da sie durch die Impulsentladung begrenzt werden kann, selbst wenn angenommen wird, dass ein einziger Hydrazintank vorhanden ist. Frustrierend!
@asdfex Die Annahmen des schlimmsten Falls (aber immer noch realistisch) führten zu der Lebensdauer von fünf Jahren, die die NASA dem US-Kongress garantierte. Ein wirklich schlechter Start oder ein wirklich schlechter MCC1a hätte zu einer Untersuchung durch den Kongress geführt. Das Auslegungsziel von zehn Jahren Lebensdauer verwendete nominelle Annahmen, aber immer noch mit einigen Streuungen. Anscheinend liefen die Dinge mit dem Start und mit MCC1a so gut, dass sogar das zehnjährige Designziel übertroffen werden dürfte. Wie bei Ihrem Kommentar kein Zitat, also keine Antwort.
@Sheldon Sie haben den Wikipedia-Artikel aus dem Zusammenhang gerissen zitiert, und der Wikipedia-Artikel selbst hat die verwendeten NASA-Quellen aus dem Zusammenhang gerissen zitiert. Die beiden für MCC1a und MCC1b verwendeten Triebwerke verwendeten Hydrazin und Distickstofftetroxid, ebenso wie die beiden Triebwerke, die für das Einsetzen in die Umlaufbahn und die Erhaltung der Umlaufbahn verwendet werden. Die acht Triebwerke, die für die Lageregelung und das Ablassen des Impulses verwendet werden, sind Triebwerke mit Monotreibstoff, die nur Hydrazin verwenden. Es sind die vier großen Triebwerke, die Bi-Propellant-Triebwerke sind.
@DavidHammen Ich erinnere mich, dass ich eine Tabelle gesehen habe, in der alle Startparameter vorgeschlagen wurden, die tatsächlich sehr nahe am Nennwert lagen, sodass ich nicht sehe, wie Kraftstoff im Vergleich zu einem Nennverbrauch hätte eingespart werden können.
@asdfex Wie ich schrieb: "Das zehnjährige Lebensdauer-Designziel verwendete nominale Annahmen, aber immer noch mit einigen Streuungen." Nur ein Narr geht davon aus, dass bei der Missionsplanung alles perfekt sein wird. Es gibt einen Unterschied zwischen "perfekt" und "nominell". Nach dem, was ich gelesen habe, war der Start nahezu perfekt, ebenso wie die Verbrennung des MCC1a. Keine Quellen mit Zahlen, was das OP will.
@DavidHammen, andere, scheinen 6 m / s zu sein, von denen 2-4 m / s pro Jahr für die Stationshaltung bestimmt sind und beide Kraftstoffe verwenden. Aber das Entladen des Impulses wird durch die Verwendung von nur einem Kraftstoff bestraft und hat wahrscheinlich einen kleineren v e da auch da die Verwendung von nur Hydrazin weniger effizient sein sollte. Danke für die Info!
@DavidHammen Wir meinen beide dasselbe, aber wir verwenden die Begriffe unterschiedlich. Wenn ich „nominaler [Punkt]“ sage, ist es Ihr „perfekter [Punkt]“, der innerhalb Ihres „nominalen [Bereichs]“ liegt, was ich als „erwartete Abweichung“ bezeichnen würde.
Ich gehe davon aus, dass die Impulsentladung minimiert werden kann, indem die Beobachtungsziele und die Ausrichtung von JWST kreativ ausgewählt werden, um den Druck der Sonnenstrahlung auszunutzen, um einen gewissen Impulsaufbau zu beseitigen.
Ihre Annahme, dass die Impulsentladung (abhängig von den wissenschaftlichen Aufgaben und deren zeitlicher Abfolge) optimiert werden kann, mag zwar richtig sein, hilft aber nicht bei der Beantwortung Ihrer Frage. Ihre Frage ist, wie viel zusätzliche Lebensdauer sie (NASA) als Ergebnis des tatsächlichen Starts und der entsprechenden Ausführung von Mid-Course-Correction (MCC) gewonnen haben. Von den budgetierten 66,5 m/s für MCC (von 150 m/s Gesamtbudget) zeigen die veröffentlichten Brennzeiten, dass nur ~ 20 m/s verwendet wurden. Dies zeigt an, wie viel Spielraum sie haben, um die 10-Jahres-Anforderung zu übertreffen, was allein den Treibstoff für die Instandhaltung der Umlaufbahn betrifft .
@asdfex (und David Hammen), korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber wenn Sie etwas entwerfen müssen, das X erfüllen soll , und Sie haben a σ der Ungewissheit, dann bemessen Sie als Ingenieur Ihr Etwas mit X+ σ , mindestens oder X+ σ ∗ 3 wenn Sie ein "bewusster" Ingenieur sind.
@NgPh Das Stapeln des schlimmsten Falls auf den schlimmsten Fall ... auf den schlimmsten Fall und dies auf die schlimmstmögliche Weise führt leicht zu einer Trägerrakete, die nicht starten kann, oder zu einem Raumschiff, das seine Ziele nicht erreichen kann. Was wir stattdessen machen, sind viele (und viele, viele) statistische Analysen (z. B. Monte Carlo, Markov Chain Monte Carlo, Bootstrap, Jackknife, ...), um Verhaltensweisen beispielsweise auf dem Drei-Sigma-Niveau zu bestimmen. Die Nicht-Raumfahrtindustrie ist weit darüber hinausgegangen und bewegt sich in Richtung Six-Sigma-Prozesse. Die Weltraumforschung ist bei weitem nicht in der Nähe von Six Sigma.
@ David Hammen (und adsfex), ich stimme zu, aber darum geht es mir nicht. Mein Punkt ist, dass die 150 m / s (oder ungefähr 280 kg) Kraftstoff, die tatsächlich geladen wurden, nicht für "nominale" 10 Jahre gelten. Dies entspricht einer Implementierungsspanne von 10 Jahren + . Selbst ohne die tatsächliche Genauigkeit des Ariane-Starts ist die 10-Jahres-Quote, da sie eine Anforderung eines Benutzers ist (dh nicht zur Anerkennung der Implementierer), weder ein „Maximum“ noch das Zentrum der Unsicherheitsspanne. So arbeiten Menschen im Weltraum (ich habe keine Erfahrung mit anderen Branchen). Wenn Sie „X treffen“, dann nominal=X+Marge.

Antworten (1)

Die drei MCC-Kurskorrekturverbrennungen, die in diesem NASA-Blog und diesem NASA-Blog aufgeführt sind , haben insgesamt 24,4 M S bisher verbrauchten Kraftstoff in Verbrennungen von insgesamt 79,5 Minuten.

  • 25.12.20 M S , 65 Minuten
  • 27.12., 2.8 M S , 9,5 Minuten
  • 24. Januar, 1.6 M S , 5 Minuten

JWST begann mit 150 M S Triebwerkstreibstoff im Wert von James Webb-Teleskop; Grenzen der Lebensdauer des Treibmittels? , davon 2-4 M S werden voraussichtlich jährlich für die Stationshaltung verwendet. Eine Monte-Carlo-Simulationsschätzung war: 2,43 M S jährliche Nutzung der Stationshaltung; James-Webb-Teleskop; Grenzen der Lebensdauer des Treibmittels? , und Stationkeeping ... James Webb Space Telescope

Nach meiner Mathematik bleibt JWST ungefähr 125 M S Wert des Kraftstoffs, der sowohl für die Stationshaltung als auch für das Ablassen des Schwungs verbleibt, was gut genug für eine 20-jährige begrenzte Lebensdauer des Kraftstoffs ist, wenn eine angemessene obere Grenze des jährlichen Kraftstoffverbrauchs von 6 angegeben wird M S .

Schließlich gibt es dieses Zitat: „Der erste, MCC-1a, wird voraussichtlich eine lange, kontinuierliche Brenndauer (möglicherweise bis zu 3 Stunden) sein, die etwa zwölf Stunden nach dem Start durchgeführt wird“; JWST Mid-Course-Korrektur . Wenn sich herausstellte, dass die Summe der drei MCC-Verbrennungen 190 Minuten statt 80 Minuten betrug, dann hat der genaue Arianne-Start meiner Berechnung nach 110 Minuten an MCC-Verbrennung eingespart, was 34 entspricht M S , was die JWST-Lebensdauer um mindestens sechs Jahre und vielleicht sogar um zehn Jahre verlängerte. Natürlich wäre eine 3-stündige Verbrennung wahrscheinlich der schlimmste Fall , aber angesichts der Unberechenbarkeit von Trägerraketen musste ein solches Szenario als realistisch möglich angesehen werden ...

Ein letzter NASA-Link, den ich gefunden habe, besagt auch, dass JWST 20 Jahre Treibstoff statt 10 Jahre Treibstoff hat. NASA: Webb kommt im Orbit von L2 an . Die Lebensdauer von JWST wird wahrscheinlich nicht kraftstoffbegrenzt sein ...

Ich stimme zu. Meine Antwort auf Ihre verknüpfte Frage lautet "Unterm Strich: Meine beste Schätzung ist derzeit 150 - 67 = 83 und 83 / (2 bis 4) = 41 bis 21 Jahre."
Was mich umhaut, ist, wie klein die Stationshaltemanöver wirklich sind. Der heutige Brand beträgt nur noch 1,6 M S oder 3,4 Meilen pro Stunde, und die gesamte jährliche Stationshaltung könnte nur 2,5 betragen M S , das sind nur 5,6 Meilen pro Stunde. Dies sind winzig kleine Zahlen im Vergleich zu den Δ v vom Weltraumbahnhof Guyana nach L2, was 12,5 sein könnte k M S oder 28000mph, wenn man den atmosphärischen Widerstand einbezieht.
Ja, alle zwei Wochen für ~sechs Monate bedeutet zwölf Stupser pro Umlauf, aber es sind sicherlich relativ kleine Stupser. Ich frage mich, wie viel niedriger es sein könnte, wenn sie vergessen würden, dass es sich um ein astronomisches Observatorium handelt, und sich für den Delta-V-Plan mit dem absoluten Minimum entschieden hätten. Vielleicht könnte es mit dem aktiveren Sonnenschutz als zusätzlichem Antrieb wirklich niedrig werden.
Wie viel Treibstoff hat JWST aufgrund eines genauen Starts eingespart, und wie viel wird nach der L2-Umlaufbahn übrig bleiben?
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