Warum werden so viele Weltraumteleskope in LEO statt an den Lagrange-Punkten platziert? Und warum hören wir mehr von Hubble als von irgendeinem Langrange-Orbit-Teleskop?

Der Grund dafür, dass so wenige Raumfahrzeuge an Lagrange-Punkten stationiert sind, ist, dass es viel schwieriger ist, dorthin zu gelangen . Das Starten beträchtlicher Nutzlasten mit Fluchtgeschwindigkeiten von der Erde erfordert ein sehr großes Fahrzeug und ist für viele Missionen einfach unpraktisch / unmöglich.

Beispielsweise war zum Zeitpunkt des Starts keine Trägerrakete in Betrieb, die Hubbles Masse von 11000 kg auch nur auf eine geostationäre Transferbahn heben konnte , ganz zu schweigen von der Fluchtgeschwindigkeit.

Darüber hinaus erfordern Halo-Orbits um L1, L2 und Punkte eine ständige Positionshaltung, da sie nur pseudostabil sind. Für JWST wird mit etwa 2–4 ​​m/s pro Jahr gerechnet, was einer geschätzten Betriebsdauer von etwa 10 Jahren entspricht .

Vergleiche zu anderen Teleskopen

Warum hören wir mehr von Hubble als von jedem Langrange-Orbit-Teleskop; Wir hören mehr über Hubble als praktisch über jedes andere Raumschiff . Dies liegt daran, dass Hubble im nahen ultravioletten und sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitet und daher viel PR-würdiges Material produziert . Seine gut publizierten Kinderkrankheiten tragen wahrscheinlich auch zu Hubbles öffentlichem Image bei. Wie in den Kommentaren erwähnt, wäre die Rettungsmission zur Reparatur der Optik nicht möglich gewesen, wenn Hubble nicht in LEO gewesen wäre.

Vergleichen Sie dies mit anderen Observatorien:

Das Chandra-Röntgenobservatorium (in einer stark elliptischen Erdumlaufbahn), ein weiteres der großen Observatorien der NASA, das auf eine herausragende und lange Geschichte von Entdeckungen zurückblicken kann, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft unschätzbare Daten geliefert haben. Sein einziger Fehler? Es arbeitete (offensichtlich) in Röntgenwellenlängen, was seine Beobachtungen oft weniger fotogen machte.

Das Herschel-Weltraumobservatorium , das 4 Jahre lang auf Erde-Sonne L2 betrieben wurde, lieferte ebenfalls riesige Mengen an unschätzbaren Daten und produzierte in den ersten Monaten seines ersten Jahres 152 wissenschaftliche Artikel . Im Jahr 2013 ging jedoch der Vorrat an Heliumkühlmittel zu Ende und es wurde außer Betrieb genommen.

Das einzige Teleskop, das Hubble in den letzten Jahren an Ruhm herausgefordert hat, könnte Kepler sein , das sich in einer heliozentrischen Umlaufbahn (aber nicht an einem Lagrange-Punkt) befindet. Seine Startmasse von ~1000 kg beträgt weniger als ein Zehntel der Hubble-Masse, was seine Fähigkeiten eingeschränkt hätte.

Die Zukunft

Werden zukünftige Observatorien Lagrange-Punkte verwenden? Möglicherweise, aber die Startbeschränkungen bestehen noch heute. JWST ist definitiv eher eine Ausnahme als die Norm. Es liegt gerade noch innerhalb der Möglichkeiten seiner Ariane-5-Trägerrakete und hat ein Budget , das die Träume der meisten Observatoriumsprogramme übersteigt.

Ich habe einige zusätzliche Informationen aus den sehr hilfreichen Kommentaren aufgenommen

Um die vorhandene gute Antwort zu den praktischen Aspekten des Starts zu Lagrange-Punkten zu ergänzen, ist es auch eine Überlegung wert, warum die Missionen, die so weit gegangen sind, die instabilen Lagrange-Punkte verwenden, wenn L4 und L5 stabil sind.

Es kommt darauf an, was passiert, wenn der Satellit die Kontrolle verliert. Wenn der Satellit an instabilen Lagrange-Punkten irgendwie gebraten wird, fällt er aus dem Lagrange-Punkt heraus und findet schließlich seinen Weg zur Erde oder zur Sonne und verbrennt. Und wenn es nahe daran ist, die Kontrolle zu verlieren, kann die NASA (oder wer auch immer) dies absichtlich befehlen. Richtung Sonne wäre die Wahl, denn wir haben schon genug Dreck um uns herum.

Wenn es sich jedoch an einem stabilen Lagrange-Punkt befindet, müssen Sie ihm eine Fluchtgeschwindigkeit von dort geben. Dafür muss der Satellit eine große Menge Treibstoff vorrätig haben und trotzdem die volle Kontrolle behalten. Wenn nicht, bleibt am Ende nur ein zufälliges Stück Müll an diesem Lagrange-Punkt hängen, das Sie niemals verschieben können. Im Allgemeinen ist dies eine schlechte Idee.

Wenn Sie eine Raumstation errichten, ist ein stabiler Lagrange-Punkt natürlich genau das, was Sie wollen. In diesem Fall ist es vollkommen akzeptabel, dass die Raumstation (und sonst nichts) diesen Lagrange-Punkt besetzt. Aber für einen zufälligen Satelliten, zu dem sich später weitere zufällige Satelliten gesellen können, die relativ nahe fliegen, ist eine stabile Umlaufbahn ironischerweise keine gute Sache.

Die andere Sache ist, dass Sie mehr Leistung benötigen, um große Mengen von den Lagrange-Punkten zu übertragen, sodass größere Solarmodule und damit mehr Masse erforderlich sind.

Ein weiterer Grund, warum Hubble in LOO ist, ist, dass die Technologie im Wesentlichen die eines Spionagesatelliten war, aber in die andere Richtung zeigte! Wie sie kurz nach dem Start von Hubble herausfanden, vibrierte der Satellit, wenn die Solarmodule erhitzt und gekühlt wurden – die US-Geheimdienste waren sich dieses Problems mit diesem speziellen Typ von Solarmodulen bewusst, informierten die NASA jedoch nicht.

Neben den anderen Gründen: Ein Lagrange-Punkt hat bei manchen Teleskoptypen Vorteile, bei anderen weniger.

Die Erde ist hell im sichtbaren Licht, IR und einigen Radiowellenlängen, weniger hell bei Gamma- und Röntgenwellenlängen.

Jedes Teleskop hat eine oder mehrere Missionen. Das Auswahlverfahren wägt den erwarteten wissenschaftlichen Nutzen mit den Kosten ab. Obwohl dieses Gleichgewicht alles andere als perfekt ist, spricht die Tatsache, dass mehr Delta v benötigt wird, um zu den Lagrange-Punkten zu gelangen, dagegen, dort Teleskope einzusetzen. Dies kann entweder als höhere Kosten für den Weg dorthin oder als weniger Masse dargestellt werden, die mit einer bestimmten Rakete dorthin gelangen kann. Viele der weltraumgestützten Teleskope wollen nur über der Atmosphäre sein, um die Absorption des Wellenlängenbands zu vermeiden, in dem sie arbeiten. Der Hauptgrund, zu den Lagrange-Punkten zu gehen, besteht darin, eine Erwärmung durch das von der Erde emittierte Infrarot zu vermeiden. Das ist wichtig für Infrarotteleskope, bei denen die Kühlung entscheidend ist, um Rauschen zu vermeiden. Für Teleskope in kürzeren Wellenlängenbändern ist es schwierig, die zusätzlichen Kosten der Lagrange-Punkte zu rechtfertigen.