Ich habe Leute darüber sprechen hören, dass das James-Webb-Weltraumteleskop im Gegensatz zu Hubble „einzigartig“, „nicht für Reparaturen konzipiert“, „nicht wartungsfähig“ und dergleichen ist, und das ist der Grund für seinen komplizierten Bereitstellungsprozess genau nach Plan verlief und daher so lange verzögert wurde (um die Zuverlässigkeit zu verbessern).
Ich glaube nicht an solche Absolutheiten, also nehmen wir an, dass es zu irgendeinem Zeitpunkt in diesem Prozess einen Fehler gibt/gab*:
Und unabhängig von ihrer vorherigen Position entscheiden die Personen mit der Agentur dafür (d*):
NEIN. Dies ist nicht das Ende der Mission. Wir WERDEN dieses Teleskop reparieren, unabhängig von den Kosten, unabhängig davon, wie lange es dauert und unabhängig davon, wie viele neue technische Innovationen dafür erforderlich sind.
So. Was wäre der „einfachste“ Fehlerpunkt unter diesen, der behoben werden könnte, und wie könnte/würde es getan werden? Was wäre das Schwierigste, und dito? Ich würde vermuten, dass es davon abhängen würde, ob bestimmte spätere Aufgaben erledigt werden können, ohne dass frühere Aufgaben vollständig erfolgreich sind, und ob das Teleskop als Instrument oder Raumfahrzeug funktioniert, wenn es nicht perfekt eingesetzt wird.
*Da dies etwas mehr als 12 Stunden vor der geplanten Startzeit eingereicht wurde, ist dies zwangsläufig etwas alternierend-historisch, obwohl die Schlusszeit unterschiedliche Antworten "unmittelbarer Wiederbelebungsversuch" und "späterer Wiederbelebungsversuch" ermöglichen könnte.
(Hinweis: Vor allem, weil der Titel ursprünglich innerhalb von 250 Zeichen geschrieben wurde, damit er auf Quora gepostet werden konnte, und dann auf unter 150 gekürzt werden musste, fragen Sie bitte, wenn Sie eine Klarstellung benötigen.)
2007 wurde beschlossen, JWST um einen Andockring zu erweitern. (1) Dies bezog sich nicht auf eine bestimmte Wartungsfähigkeit. Die Idee war vielmehr: Wer weiß, welche Fähigkeiten es in Zukunft geben wird. (Die Instrumente sind nicht dafür ausgelegt, gewartet oder ersetzt zu werden).
Im Jahr 2004 begann die NASA mit einer Studie über eine mögliche robotische Wartungsmission für Hubble. (2, 3). Das Ergebnis dieser Studie war, dass eine Robotermission zu kostspielig und zum damaligen Zeitpunkt nicht praktikabel war (4). Während wir jedoch an der dekadischen Übersichtsstudie des LUVOIR-Teleskops arbeiteten, hatten wir ein Treffen mit einigen der Leute, die daran beteiligt waren, dem Hubble zu dienen. Eine Erkenntnis aus diesem Treffen war, dass das, was 2004 nicht praktikabel war, 2020 nicht unbedingt unpraktisch war.
„Unterm Strich, wenn JWST etwas Katastrophales passieren würde, wie zum Beispiel das Aufstellen der Spiegelbaugruppe, die halb offen stecken bleibt (um einen Satz aus The Princess Bride zu stehlen ), wäre JWST nicht unbedingt tot, nur größtenteils tot.
+1für die fundierte Antwort! "Im Jahr 2007 wurde entschieden, JWST um einen Andockring zu erweitern." Wie endet die Geschichte? Hat JWST im Jahr 2021 tatsächlich einen Andockring?Die Frage ist sehr weit gefasst und deckt alles ab, vom Fehlstart bis hin zu einem festsitzenden Teil, das einen sanften Schubs erfordert. Jemand kann alle technischen Lösungen für bestimmte Probleme ansprechen, aber ich werde die harte Realität ansprechen, die ...
Jede aufregende Weltraumrettung muss billiger, einfacher und weniger riskant sein, als nur eine neue zu bauen. „Um jeden Preis“ beinhaltet den Bau eines weiteren JWST und die Behebung dessen, was vor dem zweiten Start schief gelaufen ist.
Als die Cluster-Mission 1996 beim Start explodierte , bauten und flogen sie im Jahr 2000 eine zweite, Cluster II, nachdem sie die Überreste an das Wissenschaftsteam zurückgegeben hatten . Die Explosion wurde als vierjährige Verzögerung angesehen.
Ein Großteil der Kosten in Höhe von 10 Milliarden US-Dollar stammte aus der Entwicklung und einer Verzögerung von 14 Jahren. Die ursprünglichen Kosten betrugen 500 Millionen US-Dollar . Der Bau eines zweiten JWST würde irgendwo dazwischen liegen.
Selbst wenn es weitere 10 Milliarden Dollar kostet , ist das möglicherweise billiger und weniger riskant als eine Reparaturmission. Robotische Reparaturmissionen sind brandneu und JWST befindet sich im Hardcore-Modus.
Wir müssen das/die Problem(e) aus einer Entfernung von 1,5 Millionen km auf einem Raumschiff diagnostizieren, das dazu bestimmt ist, sich selbst von der Erde abzuschirmen. Wir müssen Fixes für ein Raumschiff entwickeln, das nicht dafür ausgelegt ist, repariert zu werden. Wir müssen ein Roboter-Raumschiff entwerfen und mit allem ausstatten, was es braucht, um die Reparatur halbautonom in Zero-G ohne weitere Schäden am JWST durchzuführen und es 1,5 Millionen km weit zu schicken. Während wir all das entwickeln, könnte JWST weiteren Schaden zufügen.
JWST ist riskant und teuer, aber es tut nichts, was wir nicht schon einmal getan haben; es macht sie einfach alle auf einmal.
Stellt sich heraus, dass es sich bei der Bereitstellung um einen Haken handelt, hat JWST Optionen.
Es kann das Teil erhitzen und kühlen, was dazu führt, dass es sich ausdehnt und zusammenzieht und sich locker wackelt. Dies kann durch Ein- und Ausschalten von Heizungen und Geräten erfolgen und das Teil Sonnenlicht und Schatten aussetzen.
Es kann verschiedene Motoren und Gyroskope betreiben, um zu versuchen, das Teil zu biegen und es locker zu wackeln.
Es kann seine eigenen Triebwerke verwenden, um Kraft auf das Teil auszuüben. Es kann sich drehen und eine Zentrifugalkraft auf das Teil erzeugen. Es kann oszillieren, um zu versuchen, das Teil zu verlieren. Und es kann das Aufbringen einer linearen Kraft auf das Teil beschleunigen.
All dies wurde zuvor auf Raumfahrzeugen mit unterschiedlichem Erfolg durchgeführt.
Gelingt das nicht, sinkt die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Reparatur rapide.
Bevor Sie eine teure und riskante Rettungsmission starten, schicken Sie eine kleinere, billigere Sonde, um JWST zu beobachten und Diagnosen durchzuführen.
Wir können nicht einfach durch ein Teleskop einen Blick auf JWST werfen. JWST ist 1,5 Millionen km entfernt und zeigt bei richtiger Ausrichtung immer von der Erde weg. Es ist nicht darauf ausgelegt, sich selbst zu betrachten. Ein kleines Fahrzeug mit Kameras würde helfen, das Problem zu einem begrenzten Preis zu diagnostizieren.
Erst dann würden Sie beurteilen, ob sich eine Roboterwartungsmission lohnt oder ob es billiger und einfacher wäre, eine neue zu machen.
Allein das Entwerfen, Bauen, Testen, Starten und Reisen nach L2 würde Monate dauern. Während dieser Zeit erleidet JWST möglicherweise zusätzlichen Schaden, weil ...
Hubble war eher wie ein traditionelles Teleskop, eine lange Röhre mit einem Spiegel im Inneren. Es hatte Objektivdeckel, die geschlossen werden konnten, um den Spiegel zu schützen.
JWST lässt die Seele baumeln. Alle seine Teile sind dem Weltraum ausgesetzt. Es hat einen riesigen Spiegel und einen sehr, sehr, sehr dünnen Sonnenschutz.
Jede Zeit, die außerhalb der Orientierung oder ohne eingesetzten Sonnenschutz verbracht wird, kann JWST möglicherweise durch die Sonne beschädigen . Jede Zeit, die Sie in LEO verbringen, kann es möglicherweise durch Schmutz beschädigen. Jedes Raumschiff, das in seiner Nähe manövriert, riskiert, seinen Spiegel und seine Sonnenblende mit Treibgas zu beschädigen.
Das erschwert jede Reparatur. Je länger JWST auf die Reparatur warten muss, desto wahrscheinlicher wird es zusätzlichen Schaden erleiden. Jedes Raumschiff, das sich zur Reparatur nähert, riskiert eine weitere Beschädigung des JWST.
Beim Manövrieren in der Nähe von JWST besteht die Gefahr, dass der Spiegel mit Treibgas besprüht wird. Um eine direkte Kraft auszuüben, müsste es JWST an einigen behelfsmäßigen Greifpunkten sicher festhalten, wobei das Risiko besteht, dass es sich selbst und JWST beschädigt, und dieser Greifer müsste stark und sicher genug sein, um der ausgeübten Kraft zu widerstehen.
Jede Verwendung von Triebwerken in der Nähe des JWST würde schräg erfolgen, um zu vermeiden, dass der Auspuff direkt auf den JWST gerichtet wird. Wenn es sich beispielsweise von JWST wegbewegen muss, würde es gleichzeitig Triebwerke 45 Grad über und unter der Richtung von JWST abfeuern und eine Nettokraft weg erzeugen.
Wenn das Problem den Kontakt mit JWST erfordert, ist es möglicherweise billiger und einfacher, einen neuen herzustellen.
Wir können keinen Astronauten schicken, um JWST zu reparieren.
Das letzte Mal, dass ein Mensch über LEO hinausging (etwa 300 km hoch), war vor fast 50 Jahren, Apollo 17 im Jahr 1972 . Sie flogen zum 300.000 km entfernten Mond. Die ganze Reise dauerte etwas mehr als 12 Tage. Wir planen frühestens 2025 zum Mond zurückzukehren , und das kostet 35 Milliarden Dollar .
JWST ist 1,5 Millionen km entfernt. Es dauerte 30 Tage, um dorthin zu gelangen, in eine Richtung.
Wir müssten Astronauten und all ihre Sachen schicken, um mindestens 60 Tage im Weltraum zu überleben, und den ganzen Treibstoff, um dorthin und zurück zu kommen. Das kommt einer Mars-Mission näher als einer Reise zum Mond.
Es muss ein Roboter sein, und zwar ein halbautonomer. Das haben wir noch nie gemacht.
Während für Hubble Roboterwartungsmissionen in Betracht gezogen wurden, ist dies bei LEO der Fall, wo der Roboter vom Boden aus gesteuert werden kann. JWST ist bei L2 5 Lichtsekunden entfernt. Die Bodenkontrolle arbeitet mit einer Verzögerung von 10 Sekunden. Der Roboter muss halbautonom sein.
Dies ist nicht ungewöhnlich, Mars-Rover haben eine Verzögerung von Minuten, aber es verkompliziert die Dinge auf jeden Fall.
Um JWST zu reparieren, müssen wir viele neue Technologien entwickeln und reifen lassen.
Robotische Wartungs- und Betankungsmissionen befinden sich erst in der Technologiedemonstrationsphase .
Derzeit arbeitet die NASA an OSAM-1 : On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing. Es wird "sich mit einem staatlichen Satelliten treffen, ihn ergreifen, betanken und versetzen, um seine Lebensdauer zu verlängern". OSAM umfasst Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER) mit einem 5-Meter-Roboterarm. "SPIDER wird sieben Elemente zu einer funktionsfähigen 3-Meter-Kommunikationsantenne zusammenbauen".
Dies sind bekannte Probleme, die speziell für die Ausführung durch Roboter in LEO entwickelt wurden. Im Gegensatz dazu befindet sich JWST auf L2, es ist nicht für Reparaturen ausgelegt, der Fehler ist möglicherweise nicht vollständig verstanden und es ist sehr zerbrechlich.
Das ist ein hoher Anspruch an eine Technologie, die sich nur in der Demonstratorphase befindet.
Nehmen wir an, der Roboter hat einen Schraubenschlüssel, mit dem er eine Schraube an JWST lösen möchte. Wenn auf der Erde Kraft auf den Schraubenschlüssel ausgeübt wird, halten Schwerkraft und Reibung den Roboter und den JWST an Ort und Stelle; der Bolzen dreht sich.
Im Weltraum hält das Notieren weder den Roboter noch den JWST an Ort und Stelle. Es gibt nur Trägheit. JWST wiegt 6000 kg. Wenn der Roboter Kraft auf den Schraubenschlüssel ausübt, dreht sich der Roboter, es sei denn, er ist fest mit JWST verbunden.
JWST hat weder Haltepunkte noch einen Andockring, um ein anderes Raumschiff daran zu befestigen. Die Artikel, die behaupten, sie hätten einen hinzugefügt, beziehen sich alle auf eine Erwähnung aus dem Jahr 2007 über einen Plan, einen Andockring für Orion hinzuzufügen, der anscheinend nicht stattgefunden hat. Der Roboter muss also herausfinden, wie er sich fest an JWST in einer Position befestigen kann, an der er Reparaturen durchführen kann, ohne sich selbst oder JWST zu beschädigen.
Es kann sehr, sehr wenig Kraft erforderlich sein, um den Haken zu lösen. Wenn dies der Fall ist, könnte eine Robotermission Gewalt anwenden, ohne JWST zu kontaktieren.
Es könnte einen Laser verwenden, um den verhakten Teil schnell zu erhitzen und abzukühlen, wodurch er sich ausdehnt und zusammenzieht und sich schließlich selbst lockert.
Es könnte Gyroskope verwenden, um sich zu drehen, während es ein winziges Gewicht auf einem Filament aufspult. Sehr genau ausgeführt, kann das Gewicht dazu gebracht werden, das festsitzende Teil sanft zu klopfen.
Oder anstelle eines Gewichts einen Haken, um den festsitzenden Teil zu fangen (dies in der Nähe der Sonnenblende zu tun, ist erschreckend); Sobald das Raumschiff hängen geblieben ist, kann es die Leine schnell und langsam (relativ) einrollen, indem es seine eigene Trägheit verwendet, um das Teil frei zu reißen. Oder es kann vorsichtig Triebwerke verwenden, die wiederum oben und unten abgewinkelt sind, um zu vermeiden, dass Abgase direkt auf JWST gerichtet werden.
Das heißt, wenn es darum geht, einen Reparaturroboter zu schicken, ist es möglicherweise einfacher und billiger, einfach einen anderen JWST zu bauen. FWIW Scott Manley stimmt zu .
Hier sind einige Details über Fehler in verschiedenen Phasen.
Verlassen Sie die Umlaufbahn und bauen Sie eine neue.
Warum? Nehmen wir an, nach dem Ausfall in der ersten Stufe, Oberstufe oder Verkleidungstrennung (siehe unten) können Sie JWST irgendwie in eine stabile Umlaufbahn bringen und dort über Monate und Jahre halten, um eine dienende Mission vorzubereiten.
Die Oberstufe der Ariane 5 ist für einen 30-minütigen Flug ausgelegt. Während es im Orbit wartet, gefrieren, lecken und verdampfen Treibstoff und Flüssigkeiten. Neben der Reparatur dessen, was schief gelaufen ist, muss diese Wartungsmission nun die Oberstufe reparieren und auftanken oder ersetzen. Das hat es noch nie gegeben.
Nach Verkleidungstrennung liegen Spiegel und Sonnenblende frei. Sein Flugmuster ist speziell darauf ausgelegt, ihn vor der Sonne zu schützen . Während JWST im erdnahen Orbit auf Rettung wartet, wird es unweigerlich durch die Sonne und Trümmer beschädigt, die den Reparaturaufwand erhöhen. Wie beim Kauf eines Gebrauchtwagens, der ungeschützt draußen gestanden hat, können Sie reparieren, wovon Sie wissen, dass er falsch ist, aber in der Zwischenzeit ist alles entwürdigend.
Lernen Sie aus Ihren Fehlern, erklären Sie es für verloren und bauen Sie ein neues auf.
Während sie darauf warten, dass die Rettungsmission montiert wird, wird JWST immer weiter driften und das Delta-V erhöhen, das notwendig ist, um es zurück zu L2 zu bringen. Es besteht die Gefahr, dass es durch die Sonne beschädigt wird, weil es sich nicht in Position oder Ausrichtung befindet oder dass sein Sonnenschutz nicht eingesetzt ist.
Die Reparaturmission muss JWST jagen. Sobald es es gefangen hat, muss es fest an ein Raumschiff andocken, das nicht zum Andocken ausgelegt ist, obwohl ein Schwerkrafttraktor möglich ist. Es muss eine weitere Beschädigung von JWST vermeiden. Und es muss genügend verbleibendes Delta-V haben, um JWST und sich selbst zu L2 zu bringen.
Dies ist alles, bevor es Reparaturen durchführt. Obwohl die Reparatur vielleicht von einem zweiten Raumschiff durchgeführt werden sollte.
Der 6000 kg schwere JWST rollte ohne Treibstoff und mit minimalem Vortrieb auf L2. Dies hat die Grenzen unserer schweren Startfähigkeit überschritten. Dieses Rettungsboot müsste Treibstoff für sich und JWST mitführen. Aufgrund der Tyrannei der Raketengleichung ist dies VIEL mehr Treibstoff.
Zu groß für einen Kommentar; jedoch keine vollständige Antwort. Die folgenden Fälle sind alle LoV-Szenarien, unabhängig von den Kosten oder der Komplexität:
Verlust.
Wahrscheinlich Totalschaden, da die Oberstufe nur einmal brennt. Ein Ausfall des Triebwerks der Oberstufe wird das Raumfahrzeug wahrscheinlich nicht in einer brauchbaren Umlaufbahn belassen. Wenn es sich irgendwie in einer stabilen Umlaufbahn befindet und trotz Ausfall des Oberstufentriebwerks eine saubere Trennung erreicht hat, könnte eine Reparaturmission durchgeführt werden.
LoV, da kein Strom erzeugt werden kann. Wenn Sie darauf stoßen, wird es Ende über Ende taumeln und einfach zu gefährlich sein, um zu versuchen, sich festzuhalten.
LoV aufgrund der Unfähigkeit, sich zu entfalten und die Fähigkeit zu erlangen, Raumfahrzeug-RCS zu verwenden, was (erneut) zu einem taumelnden Fahrzeug führt. Die obere Stufe hat eine kurze Lebensdauer und kann ihre Haltung nicht halten, bis ein Reparaturfahrzeug eintrifft.
LoV, da kein Strom erzeugt werden kann. (Das gleiche wie oben.)
äh
+1Organischer Marmor
äh
äh
Richard
gwally
Schwern
äh
Schwern