Wie wird JWST die Auswirkungen des Sonnendrucks bewältigen, um die Fluglage und die Station beizubehalten, um ihre instabile Umlaufbahn zu halten?

Geniale Frage. Ich bin überrascht, dass niemand auf die erstaunliche JSWT-Benutzerdokumentation verwiesen hat, die unter STScl-JWST verfügbar ist . (Diese Frage war irgendwie wieder aktiv, also eine Antwort hinzufügen.)

Antzis Antwort bezog sich nur auf das Impulsmanagement, die Stationshaltung bezieht sich auf die Aufrechterhaltung der Umlaufbahn. Aber lassen Sie uns beide hier ansprechen.

Aus der JWST-Benutzerdokumentation geht hervor, dass das solare Drehmoment zwar durch Reaktionsräder ausgeglichen wird, für das Impulsmanagement ausreicht, aber für die Aufrechterhaltung der Umlaufbahn um L2 häufige Positionshaltemanöver erforderlich sind.

Während Umlaufbahnen um den L2-Punkt von Natur aus instabil sind, ist die Umlaufbahngröße groß und die Umlaufgeschwindigkeit niedrig (~ 1 km / s), sodass die Umlaufbahn langsam "zerfällt". Der große Sonnenschutz von JWST, der ungefähr die Größe eines Tennisplatzes hat, ist jedoch einem erheblichen Sonnenstrahlungsdruck ausgesetzt, der sowohl zu einer Kraft als auch zu einem Drehmoment führt. Die Richtung der Sonnenkraft variiert, wenn sich die Einstellung des Observatoriums von Beobachtung zu Beobachtung ändert. Das Sonnendrehmoment wird durch Reaktionsräder ausgeglichen, aber periodisch wird der angesammelte Impuls durch das Zünden von Triebwerken entladen. Da JWST-Operationen ereignisgesteuert sind, können das Lageprofil des Observatoriums und das Momentum-Dumping nicht Monate im Voraus genau vorhergesagt werden. Diese beiden Störungen erhöhen die Beschleunigung von JWST aus seiner Umlaufbahn um L2,

Daher verwendet JWST für die Stationshaltung Triebwerke, während die Anforderungen an die relative Sonnenausrichtung wie folgt eingehalten werden:

Umlaufbahnstörungen entlang der Sonne-L2-Achse haben den größten Einfluss auf die Umlaufbahnstabilität. Triebwerke sind am Bus des Raumfahrzeugs auf der der Sonne zugewandten Seite der Sonnenblende montiert; diejenigen, die für die Bahnkorrektur verwendet werden, sind so weit wie möglich von der Sonnenblende entfernt ausgerichtet, und die Sonnenblende kann einen größeren Sonnenneigungswinkel1 für die Bahnkorrektur unterstützen, als für wissenschaftliche Operationen zulässig ist. Diese Architektur ermöglicht das Zünden des Triebwerks in Winkeln von bis zu 90 ° von der Sonne in Übereinstimmung mit den Sonnenvermeidungsbeschränkungen, was ausreicht, um in allen Fällen eine Umlaufbahnkorrektur bereitzustellen.

Für das Momentum-Management leidet JWST unter massivem Momentumaufbau, wie in der hier beschriebenen Frage angedeutet.

Während wissenschaftlicher Beobachtungen wird das Observatorium auf ein Ziel gerichtet, in einer Ausrichtung, bei der der Druckmittelpunkt der Sonnenblende nicht mit dem Massenmittelpunkt des Observatoriums ausgerichtet ist. Wenn Sonnenphotonen auf die große Sonnenblende treffen, üben sie ein Drehmoment auf das Observatorium als Ganzes aus. Das Attitude Control Subsystem (ACS) wirkt diesem Drehmoment entgegen, indem es die Drehrate an den Reaktionsrädern entsprechend ändert, mit der Folge, dass sich Drehimpuls in den Reaktionsrädern ansammelt. Die Impulsakkumulation hängt vom Sonnenneigungswinkel, der Rollausrichtung des Teleskops und der Besuchsdauer an einer bestimmten Ausrichtungsposition ab. Der Drehimpuls (Spinrate) der Reaktionsräder muss beherrscht werden, um innerhalb der Betriebsgrenzen gehalten zu werden.

Missionsplaner sind kreativ bei der Verwendung einer passiven Technik für das Momentum-Management:

Momentumänderungen können auf einer gewissen Ebene durch die Art und Weise verwaltet werden, wie eine Abfolge von Beobachtungen geplant wird; Dies erfolgt durch Beobachtung bei einer Ausrichtung, die Schwung in einem bestimmten Reaktionsrad aufbaut, gefolgt von einer Beobachtung bei einer Ausrichtung, die Schwung von diesem Rad entfernt.

Aber nicht immer, da manche bedarfsorientierte Wissenschaft eine schnellere Schwenkung und Ausrichtung erfordert, die das obige Momentum-Management-Programm außer Kraft setzt, und daher wird ein "Momentum-Dumping" durchgeführt, indem die Räder nach Bedarf entlastet werden.

Das Management des Momentums ist jedoch nur eine von mehreren Planungsbeschränkungen. Irgendwann müssen ein oder mehrere Räder angepasst werden, um innerhalb der Betriebsgrenzen zu bleiben. Das Planungs- und Scheduling-System fügt nach Bedarf geplante Momentumentladungen in den Plan ein, basierend auf der Modellierung des erwarteten Momentumaufbaus, der derzeit mit 1–2 Mal pro Woche erwartet wird. Jede Entladeaktivität dauert einige Stunden, in denen das Observatorium in eine bestimmte Ausrichtung schwenkt, um die Auswirkungen auf die Umlaufbahn zu minimieren, und dann nach Bedarf Triebwerke abfeuert, damit die Drehrate der Reaktionsräder angepasst werden kann.

PS: Was Steve Linton in den Fragekommentaren erwähnt hat, ist auch richtig.

Die Umlaufbahn wird vorgespannt, um mittlere nach außen gerichtete Kräfte zu kompensieren, die mit der Gravitation der Planeten und dem Strahlungsdruck auf die Sonnenblende verbunden sind.

Die oben zitierten Passagen stammen alle aus der PDF JWST Cycle 1 Documentation for Telescope and Spacecraft, die auf dieser Seite zu finden ist

Leider habe ich nicht viele Informationen, ich hoffe, wir bekommen eine bessere Antwort, aber in der Zwischenzeit:

Laut Wikipedia

Das Sonnenschutzsegment umfasst auch diese Verkleidungsklappe am Ende eines Sonnenschutzausfahrauslegers. Dies wird auch als Momentum-Trimmklappe bezeichnet. Die Trimmflosse hilft, den Sonnendruck auszugleichen. Die Trimmklappe verwaltet auch die Wirkung der Reaktionsräder. Die Reaktionsräder befinden sich im Spacecraft Bus (JWST)

Die Trimmklappe reduziert die benötigte Treibstoffmenge, da das Raumfahrzeug die Kräfte des Sonnendrucks nicht ausgleichen muss.

Das Bild zeigt die Solarfahne/Trimmklappe. Entnommen aus diesem pdf roter Pfeil hinzugefügt

Was auch den interessanten Absatz enthält:

Die Größe, Form und hintere Trimmklappe des Sonnenschutzes minimieren den Drehmomentaufbau aufgrund des Sonnendrucks und reduzieren so den Kraftstoffverbrauch.

Die Trimmklappe ist im Flug nicht gelenkig oder verstellbar. Laut dieser JWST-Seite :

Die Impulsklappe gleicht den Sonnendruck auf der Sonnenblende aus, wie eine Trimmklappe beim Segeln. Es ist nicht im Orbit einstellbar, aber am Boden.

Um hinzuzufügen: Ich habe hier irgendwo auf Space.SE gelernt: Wenn der Mariner-Satellit aufgrund von Störungen von der Achse abweicht, nimmt eine Seite des Segels die Sonneneinstrahlung zu (oder kann im JWST-Fall erhöht werden) und der Strahlungsdruck drückt den Satelliten wieder an seine Achse. Dies ist ein Spin-off des Mariner 4, der Solarfahnen hat, die auf diese Weise funktionieren (aber nicht gut genug waren, um von Nutzen zu sein), und gleichzeitig ein Sonnenschild ist.

Ich sehe, dass JWST mit Schichten hergestellt wurde, um das Licht durch halbtransparentes / reflektierendes Material zu verteilen, während es so funktioniert, wie die passive Stabilisierung von Mariner 4 beabsichtigt war. Eine ideale Trennung ermöglicht es, bei einer idealen Temperatur zu arbeiten und das Material nicht zu heiß zu machen. https://en.wikipedia.org/wiki/Mariner_4

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