Warum wird JWST nicht in LEO bereitgestellt, wo es möglicherweise gewartet werden kann?

Das James-Webb-Weltraumteleskop wird auf dem Weg zu L2 eingesetzt (mechanisch entfaltet). Könnte es dies nicht in LEO tun, wo es möglicherweise gewartet werden kann? Starliner CST-100 und Dragon sollen LEO bald erschwingliche Missionen mit Besatzung ermöglichen, und Sojus könnte dies vielleicht bereits tun. Zumindest Orion ist so konzipiert, dass es eine EVA ermöglicht, und es ist ein 8,8-Milliarden-Dollar-Teleskop. Selbst wenn JWST nicht für Upgrades ausgelegt ist, kann ein festgefahrenes bewegliches Teil während einer EVA manuell bewegt werden. Die obere Stufe würde es dann zu L2 bringen. Ich glaube, einige andere Raumfahrzeuge haben die Erde umkreist, bevor sie zu ihren interplanetaren Zielen aufgebrochen sind. Warum wird JWST nicht in LEO bereitgestellt, wo es möglicherweise gewartet werden kann? (wie Wikinger?).

Wie Wikinger?? Meinst du den Bioschildabwurf? Es bestand weder ein erhebliches Risiko noch eine Möglichkeit zur Abhilfe. Es musste sofort mit der Centaur abfliegen, die mit Batterien betrieben wurde und kryogenes Treibmittel verdampfte.
@MarkAdler Ich meine nicht, dass irgendetwas in LEO aus Gründen des Servicepotentials umkreist wurde, sondern aus anderen Gründen, bevor es über die Erde hinausging.
Informationen zur Wartung mit aktueller Technologie: space.stackexchange.com/q/10629/6642
Es ist ein Infrarotinstrument, es muss von der Erde entfernt sein.

Antworten (5)

JWST wird auf einer Ariane V mit kryogener Oberstufe gestartet. Diese obere Stufe muss sofort verwendet werden, um sie auf eine Flugbahn zur Sonne-Erde L2 zu bringen. Die Bühne wird mit Batterien betrieben, und der kryogene Treibstoff verdampft. Es wäre also keine Zeit, etwas zu tun, selbst wenn Sie das Teleskop vor dem Abflug ausfahren würden.

Darüber hinaus müssten der ausgefahrene Spiegel und die Sonnenblende so ausgelegt werden, dass sie die Lasten aus dem Schub der Oberstufe aufnehmen, was ihre Masse und Komplexität erhöhen würde. Für ein 20-minütiges Ereignis wird die Masse für die gesamte Lebensdauer des Teleskops ziemlich unnötig erhöht.

Die einzige Möglichkeit, dies zu erreichen, wäre eine Oberstufe mit elektrischem Antrieb. Dann könnten Sie es für kurze Zeit in einer erdnahen Umlaufbahn haben, kurz genug, um die Trümmer zu mildern, und immer noch für Orion oder Dragon zugänglich. Sie könnten den elektrischen Antrieb verwenden, um es über die meisten Trümmer zu heben, während Sie auf die Wartung warten (mehr als 2000 km), und es für die Wartungsmission absenken. Ein paar Dellen in den Spiegeln sind besser als gar kein Teleskop. Sie müssen jedoch die Van-Allen-Gürtel in der Warteumlaufbahn berücksichtigen. Der elektrische Antrieb wäre sehr schubarm, sodass das ausgefahrene Teleskop es kaum bemerken würde, und es könnte so lange wie gewünscht warten, bevor es abfliegt. Das Teleskop müsste auch so konstruiert sein, dass es gewartet werden kann, was es derzeit nicht ist.

Was wirklich schön wäre, wäre, wenn es ein elektrisches Antriebssystem mit genügend Treibstoff hätte, um es nach L2 zu bringen und es zurück zu LEO zu bringen. Dann könnten Sie es warten, den Xenon-Tank auffüllen und es zurückschicken.

Leider würde all dies nur die Kosten eines ohnehin schon ziemlich kostspieligen Teleskops erhöhen, um ein Risiko zu mindern, das durch Design und Tests gemindert werden kann und wurde.

Was wir vielleicht tun könnten, wenn es ein Problem gibt, sobald es L2 erreicht, wäre, ein SEP-System zu entwerfen, das zu L2 geht, es greift und zurückbringt.
Ich habe eine andere Antwort kommentiert, aber hier gibt es ein Missverständnis, dass die Trümmerumgebung besser wird, wenn Sie höher gehen. Das beginnt erst weit über 2000 km Höhe zu passieren. Tatsächlich ist die Trümmerumgebung bei 1600 km in der Größenordnung von 1.000 bis 10.000 Mal SCHLECHTER als die Trümmerumgebung bei 400 km.
Ja, es entspricht ungefähr 400 km bei 1300 km, wo ich dachte. Der Höhepunkt liegt bei etwa 800 km aufgrund einiger großer Kollisionen, die sich dort ereignet haben . Die Webseite auf Webb enthält nur begrenzte Informationen, aber sie beschwerten sich auch über Müll, der von der ISS ausgeht. Die orbitale Trümmerumgebung in ISS-Höhe ist eigentlich gar nicht so schlecht.
Dieses Diagramm zeigt, dass es bei 1600 km ungefähr gleich ist wie bei 400 km.
@Tristan Haben Sie Zugriff auf aktuellere und/oder genauere Daten als das Wiki-Diagramm? Ich weiß nicht, ob Sie etwas davon teilen können, da es sich auf Ihre Arbeit bezieht, aber wenn Sie könnten, würde das wahrscheinlich helfen.
@MarkAdler Diese Grafik bezieht sich nur auf verfolgte Objekte (10 cm und größer). Siehe hdl.handle.net/2060/20150003495 (NASA-Präsentation, veröffentlicht über NTRS) für einige Diagramme kleinerer Partikel. Beachten Sie, dass selbst diese aufgetragenen Größen immer noch größer sind als die kleinste Größe, mit der wir uns befassen würden, da wir es mit optischen Oberflächen zu tun haben.
Ok, dann ist es bei 1300 km etwa um den Faktor fünf schlechter als die ISS. Bei 2000 km ist es wieder auf ISS-Niveau. Aus diesem Paket sehe ich Ihre 1000 bis 10000 nicht. Wenn ich bei 1500 km zum lokalen Maximum gehe, ist das etwa das 40-fache der Dichte bei 400 km. Gibt es eine andere Metrik, die Sie verwenden?
Es ist nicht so vielversprechend, wie ich dachte, also werde ich die Antwort bearbeiten.
Die Leute in der Branche scheinen Vertrauen in mechanisch selbstaufrichtende Systeme zu haben. Und der einzige schwerwiegende Ausfall, der mir einfällt, ist die Hauptantenne von Galileo vor 25 Jahren.
Skylab hatte ein eingeklemmtes Solarpanel, obwohl die Isolierung beim Start weggerissen wurde.
@MarkAdler Es gibt mehr, was eine Trümmerumgebung schlecht macht, als nur "wie viel Zeug ist da?" Partikelgrößen, Materialdichten, Annäherungswinkel und -geschwindigkeiten usw. sind von Bedeutung. Sie werden wahrscheinlich nicht alle diese detaillierten Informationen öffentlich verfügbar finden, aber vielleicht haben Sie Glück, wenn Sie sich ORDEM 3 (NASA) und MASTER-2009 (ESA) ansehen.
Ja, vor etwa 20 Jahren habe ich ein ähnliches Modell, Neil Divines Mikrometeoroidenmodell des Sonnensystems, verwendet, um Cassinis Anfälligkeit, insbesondere seine Hauptmotoren, für den Fluss zu berechnen, der von Geschwindigkeit, Richtung und Partikelgröße abhängt.
Ich mag diese Antwort wirklich, aber könnte ich um ein Upgrade bitten? Insbesondere der Teil der Frage von OP, in dem JWST mit der Wartung von Viking im Orbit verglichen wird, verdient einen kleinen Kommentar. Waren Viking-Dienste vor dem Start im Orbit? Und wenn ja, was ist der Hauptunterschied?
@AtmosphericPrisonEscape Ich glaube, sie meinten Hubble.

Das James-Webb-Weltraumteleskop wird nicht im erdnahen Orbit stationiert, weil die Gefahr zu groß ist, dass die Optik durch Trümmer beschädigt wird.

[D]ie Umgebung um die ISS ist nicht geeignet für die exponierte Optik, die JWST hat und die Möglichkeit gehabt hätte, die Optik zu beschädigen oder zu kontaminieren. Der Einsatz von JWST erfolgt weit über dem Low Earth Orbit und den dort befindlichen Trümmern.

Quelle :

@MarkAdler Das Problem ist, dass es keine höhere erdnahe Umlaufbahn mit weitaus weniger Trümmern gibt. Bis etwa 1600 km Höhe gilt: Je höher man kommt, desto schlechter wird die Umwelt. Sie müssten weit über 2000 km Höhe gehen, um eine Umgebung zu finden, die mit der Umlaufbahn der ISS vergleichbar ist. An diesem Punkt sind Sie nicht mehr wirklich erreichbar.

Lage, Lage, Lage.

Die Erde ist zu heiß für ein Teleskop, das zum Betrieb so niedrige Temperaturen benötigt. Sie bauen einen 5-lagigen Sonnenschutz, um den JWST vor der Hitze der Sonne zu schützen. Indem sie in Sonne-Erde L2 „schweben“, eine Million Meilen von der Erde entfernt, können sie im Wesentlichen die gesamte von der Erde abgestrahlte Wärme vermeiden.

Das Ziel ist es, es passiv so kalt wie möglich zu halten, um die erforderliche aktive Kühlung zu minimieren, damit es länger arbeiten kann.

Aber L2 ist nur 1% weiter von der Sonne entfernt, würde der Sonnenschutz nicht auch in LEO funktionieren? Ist die von der Erde reflektierte Wärme wirklich zu viel, um sie vor dem Start des Betriebs einmal auszusetzen? Werden die Durchschnittstemperaturen in Cape Canaveral beim Start nicht sowieso zwischen +50 und +90 F liegen?
Die von der Sonne reflektierte Wärme ist bei LEO mit etwa 20 % der Sonnenstrahlung erheblich. Zusätzlich gibt die Erde ihre eigene Schwarzkörperstrahlung ab.
Der Mond strahlt auch im thermischen Infrarot. Das JWST-Sonnenschild fungiert auch als Erd- und Mondschild.
Dies erklärt nicht wirklich warum, aber ich denke, Sie haben den Grund getroffen. Versuchen Sie zu erklären, warum LEO für die Lebensdauer des Raumfahrzeugs schlechter wäre als L2.
Von LEO ist die Erde eine 300 K Wärmequelle, die fast die Hälfte des Himmels einnimmt. Von SEL2 aus bleiben Erde, Sonne und Mond alle in derselben Region des Himmels und können alle mit einem relativ kleinen Schild blockiert werden. Das lässt den größten Teil des 4-K-Himmels übrig, in den das Zielfernrohr Wärme abstrahlen kann.
Die Frage bezog sich nicht auf einen dauerhaften Einsatz bei LEO. Die Frage war "warum nicht all die kniffligen Sachen in LEO auspacken und dann erst nach L2 verschieben, nachdem alles ausgecheckt und ggf. behoben wurde".

Es gibt so viele Gründe, warum für die JWST eine L2-Umlaufbahn gewählt wurde. Zu den spezifischen Vorteilen gegenüber LEO gehören:

  • Es kann Infrarotinstrumente verwenden, da die Wärme von der Erde und der Sonne von seinem Sichtfeld weg abgestrahlt werden kann.
  • Es wird eine konstante, ununterbrochene Sicht auf den Weltraum haben.
  • Es wird während seiner gesamten Lebensdauer weniger Orbitalkorrekturen erfordern.
  • Offensichtlich ist das Risiko von Weltraumschrott in LEO ein wachsendes Problem.
  • L2 ist seit langem eine bevorzugte Umlaufbahn für Weltraumbeobachtungen durch Astronomen.

Aufgrund der heiklen Natur des Teleskopeinsatzes wäre es großartig, wenn wir Leute dorthin bringen könnten, falls etwas schief geht. Dies ist jedoch auch der Grund, warum es nicht in LEO eingesetzt und dann nach L2 geschickt werden kann, da es strukturell einfach nicht für eine solche Reise ausgelegt ist und Höhen mit noch größeren Trümmern durchqueren müsste.

Diese Website spricht über die Vorteile der L2-Umlaufbahn für das JWST: http://www.nasa.gov/topics/universe/features/webb-l2.html

Ich vermute, dass das Timing eine Rolle gespielt hat. JWST wurde lange vor Dragon und CST-100 geplant. Zum Zeitpunkt seiner Planung war das Shuttle noch in Betrieb (glaube ich), aber die Leute wussten, dass das Ende des Shuttles bevorstand.

Warum wird JWST nicht in LEO bereitgestellt, wo es möglicherweise gewartet werden kann?
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