Was passiert mit JWST, nachdem ihm das Treibmittel ausgegangen ist?

JWST wird L2 umkreisen, das sich in einem instabilen Gleichgewicht befindet , und daher Treibmittel zum Halten der Position benötigen. JWST wird Treibstoff für 5-10 Jahre tragen .

Was passiert, wenn das Treibmittel aufgebraucht ist? Wird es in eine zufällige Richtung driften? Ist eine Richtung wahrscheinlicher als andere?

PS: Warum parkt JWST nicht stattdessen auf L4/L5? Sie sind stabile Gleichgewichte und JWST würde nicht viel Treibmittel benötigen, um auf unbestimmte Zeit dort zu bleiben. Ja, es würde eine zusätzliche Abschirmung von der Erde erfordern , aber für einen Laien erscheint dies im Vergleich zu dem Sonnenschutz, den es bereits trägt, vernachlässigbar.

Für Ihre PS: Es wird bei der Sonne-Erde L2 sein , etwa 1,5 Millionen km von der Erde entfernt. Sonne-Erde L4/L5 sind 1 AE von der Erde entfernt oder etwa 100-mal weiter entfernt. Es würde keine "zusätzliche Abschirmung von der Erde" bei SEL4/L5 erfordern, aber es wäre viel schwieriger zu versuchen, Hochgeschwindigkeitskommunikation für alle Daten aufrechtzuerhalten, die es erzeugen wird.
Reine Spekulation; Wenn es ausgeht, während es noch nützliche Wissenschaft produziert, wird es wieder aufgetankt. Siehe Ist der Treibstoffversorgungsanschluss von Landsat-7 „roboterbereit“? (Restore-L-Mission) . Siehe auch Neben HST, JWST und Stationen, gibt es Beispiele für Satelliten, die für den Dienst im Weltraum ausgelegt sind? . ... sein Startschnittstellenring wird optische Ziele tragen, die von der maschinellen Bildverarbeitung eines Wartungsroboters gesucht werden könnten, wenn er sich nähert, um sich selbst zu befestigen, um ...
Noch ein Kommentar für Ihr PS: Wie bereits erwähnt, ist L4/5 viel weiter entfernt. Sie brauchen also viele Orbitalmanöver, um diesen Punkt zu erreichen, und der JWST hat a.) nicht genug Treibstoff dafür, und ich weiß nicht, ob es eine Rakete gibt, die groß genug ist, um einen noch größeren JWST in die Umlaufbahn zu bringen. b.) Es würde Jahre dauern, ihn in Position zu bringen. c.) Er kann betankt werden, wenn wir die Technologie innerhalb der nächsten Jahre weiterentwickeln. Aber das Andocken im Weltraum ist bereits schwierig und das Andocken an L4/5 würde bedeuten, dass wir aufgrund von Signalverzögerungen eine vollautomatische Annäherung und Verbindung benötigen

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Dieses Video von Northrop Grumman (beginnend bei 09:31) veranschaulicht die Umlaufbahn von JWST in einem nicht rotierenden (normalen) Einzelbild. Es befindet sich in einer Umlaufbahn um die Sonne, die ungefähr 1 % weiter entfernt ist als die der Erde, aber das schwache Ziehen der Erde zieht es etwas schneller mit sich, sodass es in 1:1-Resonanz mit der Erde bleibt. Die Umlaufbahn wird als "Halo-Umlaufbahn" bezeichnet, weil sie in einem rotierenden Rahmen wie ein Ring um den L2-Punkt aussieht.

Regelmäßige, aber sehr kleine stationäre Vortriebsmanöver halten es in diesen ansonsten instabilen Konfigurationen. Je häufiger die Anpassungen durchgeführt werden, desto geringer ist der Gesamtkraftstoffverbrauch pro Jahr. Entsprechend dieser Monte-Carlo-Implementierung und der Monte-Carlo-Implementierung zur anfänglichen Mid-Course-Korrektur des James-Webb-Weltraumteleskops unter Verwendung von Task-Parallelität und stationärer Monte-Carlo-Simulation für das James-Webb-Weltraumteleskop wird es alle 21 Tage ein kleines treibendes Stationserhaltungsereignis geben. Wikipedia sagt, dass dies 2-4 m / s Delta-V pro Jahr aus einem Budget von 150 m / s verbrauchen wird, sodass die Lebensdauer möglicherweise viel länger als 5-10 Jahre sein könnte , obwohl ich ungefähr glaubedie Hälfte davon (~67 m/s) wird für Kurskorrekturen auf dem Weg nach draußen in die Halo-Umlaufbahn verwendet.

Wenn/wenn die Stationshaltemanöver aufhören würden, wird JWST von dieser Resonanz wegwandern und in eine mehr (oder weniger) chaotische Umlaufbahn um die Sonne gehen. Es wird jedoch nicht unvorhersehbar sein. Das Verständnis der Orbitalmechanik ist gut entwickelt, und wenn es kein Auftanken gibt, wird die endgültige Umlaufbahn gewählt und die letzten Antriebsmanöver werden sorgfältig ausgeführt, um den JWST auf den von ihm gewählten endgültigen Weg in die Heliozentrik zu bringen.

Es wird jedoch darüber gesprochen, den JWST für Serviceeinsätze zugänglich zu machen, und dies könnte das Auftanken ermöglichen. Siehe zum Beispiel Neben HST, JWST und Stationen, gibt es Beispiele für Satelliten, die für den Dienst im Weltraum ausgelegt sind? , Betankungstechnologie für Raumfahrzeuge wird auch in Is Landsat-7's Treibant Resupply Port „Robot-Ready“? (Restore-L-Mission) .

Die Webseiten Treibmitteltransfertechnologien der NASA , Robotic Refueling Mission und RRM Task: Refueling enthalten weitere Fotos und Informationen.

Angesichts der Tatsache, dass das Hubble-Weltraumteleskop nach 27 Jahren immer noch hochproduktiv ist, ist es schwer vorstellbar, dass es keine Möglichkeit gibt, die Lebensdauer des JWST über zehn Jahre hinaus zu verlängern, auch wenn dies kein formeller Teil seiner aktuellen Mission ist. Es ist schwer vorstellbar, ein milliardenschweres wissenschaftliches Instrument einfach aus Mangel an Treibmittel (oder anderen Verbrauchsmaterialien) wegzuwerfen.

In JPL Horizons gibt es eine Beispielrechnung einer Halo-Umlaufbahn für JWST aus dem Jahr 2014. Sie umkreist etwa elf Jahre und beinhaltet vermutlich kleine Stationshaltungsmanöver dazu. Diese reale Umlaufbahn ist komplexer als eine reine CR3BP-Halo-Umlaufbahn (Circular Restricted Three-Body Problem), da sich die Erde in einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne befindet und der Mond weitere Störungen hinzufügt.

Die erste Abbildung unten zeigt die vollständige, elfjährige Umlaufbahn mit ihrer letzten Abweichung von L2, wenn die Stationierung endet. Dies ist eine „Draufsicht“-Ansicht der Ebene der Ekliptik, mit der Sonne auf der linken Seite.

Die nächsten drei Bilder sind nur ein Jahr wert und zeigen die beiden Schleifen der sechsmonatigen Halo-Umlaufbahn. Der blaue Punkt ist die Erde, der grüne Torus ist die Umlaufbahn des Mondes und die rote Linie ist die Umlaufbahn von JWST. Die Koordinaten befinden sich im Rotationsrahmen des Erde-Mond-Schwerpunkts um die Sonne.

Bild Bild

oben links: Draufsicht, elf Jahre. rechts: Draufsicht, ein Jahr. (Sonne nach links)

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oben links: Blick von der Sonne, ein Jahr. rechts: Seitenansicht, ein Jahr. (Sonne nach links)

„Hubble ist nach 27 Jahren immer noch hochproduktiv“ – Das erforderte extrem teure Wartungseinsätze. Es hätte billiger sein können, jedes Mal ein neues Hubble auf den Markt zu bringen. Die Shuttle-Starts kosteten etwa 1 bis 1,5 Milliarden US-Dollar. Beachten Sie, dass die NRO ihre Spionage-Sats auch nicht wartet, sondern sie durch neue ersetzt, und einige davon sind genauso teuer/kompliziert, andere mit ziemlicher Sicherheit mehr. ZB sehen die beiden Hubble gleich aus, die NRO der NASA gespendet hat.
@HephaestusAetnaean "Es ist schwer vorstellbar, ein milliardenschweres wissenschaftliches Instrument einfach aus Mangel an Treibmittel (oder anderen Verbrauchsmaterialien) wegzuwerfen." In zehn Jahren nach dem zukünftigen Startdatum für JWST wird es möglicherweise nicht "Milliarden von Dollar" kosten, zusätzlichen Treibstoff für die Stationshaltung mitzubringen. Konzentrieren wir uns auf das Thema der Frage. Auftanken ist nicht dasselbe wie das Ersetzen von Subsystemen, und im Allgemeinen sinken die Kosten für den Weltraumbetrieb.
Es tut mir leid, wenn ich Sie beleidigt habe, aber ich habe keine Position bezogen (weder für noch gegen Sie). Ich habe einer bereits guten Antwort ein zusätzliches Stück Kontext / Tiefe hinzugefügt. Außerdem möchte ich wirklich lieber, dass space.se nicht zu einem weiteren Podium für reflexive Gegenargumente und Spitzfindigkeiten wird. Lassen Sie uns ein Gespräch führen, um ein Problem zu lösen, nicht einen Kampf, um eine Position zu verteidigen.
Ich fange an: Angesichts der sinkenden Kosten für Weltraumoperationen (insbesondere potenzielle Startkosten), halten Sie es für praktikabler, einen schweren/überbauten/robusten (aber billigeren und neueren) JWST-Ersatz zu starten (und den alten zu verlieren)? , oder um eine (möglicherweise) kompliziertere Betankungsmission zu starten, um den älteren (aber exquisiten/teuren/wertvollen/erprobten) JWST zu retten?
@HephaestusAetnaean Diese SE-Frage und -Antwort bezieht sich auf das Treibmittel, das für die Stationierung von JWST benötigt wird. Ich habe einen Kommentar hinterlassen, um diese Einschränkung zu wiederholen. Wenn Sie ein umfassenderes Konzept ansprechen möchten, können Sie eine neue Frage stellen.
Nach einer zweiten Inspektion hast du Recht, mein Fehler. Ich habe zu viel in die Frage hineininterpretiert. Ihr erster Kommentar ergibt für mich jetzt viel mehr Sinn. Beifall.
@HephaestusAetnaean Sie machen interessante Punkte, wenn es eine Möglichkeit gibt, sie in Form einer SE-Frage zu fassen, denke ich, dass die Diskussion sehr interessant und themenbezogen wäre!
@daniel.sedlacek die Antwort ist großartig, obwohl ich nicht glaube, dass ich der ursprüngliche Fragesteller war.
@HephaestusAetnaean oops, in der Tat. Das tut mir leid!
@Rob die Erwähnung sollte tangential sein, aber wenn Sie der Meinung sind, dass dies hilft, können Sie diese Antwort gerne bearbeiten und einige Dinge hinzufügen. Ich habe die Bilder nach unten gequetscht, um mehr Platz zu schaffen, aber es ist jetzt spät hier, ich werde es morgen überprüfen. Oder Sie könnten stattdessen eine zusätzliche / ergänzende Antwort hier posten. Wenn irgendetwas davon auf diese oder diese Frage zutrifft, können Sie auch dort eine Antwort hinzufügen. Ich melde mich morgen nochmal, danke!
Meiner Meinung nach sollte JWST anstelle des Auftankens, was eine sehr komplexe Operation im Weltraum ist, eine Greifvorrichtung haben, und innerhalb von 10 Jahren ein sehr rudimentäres Raumschiff - so etwas wie gewöhnliche Satelliten, außer ohne die gesamte "missionsspezifische Nutzlast" sollte gesendet werden, ausgestattet mit einer Greifvorrichtung, docken am Hafen an und dienen als externes Antriebsmodul.
@SF. Da der Massenmittelpunkt nicht an der Greiferhalterung liegen wird, kann eine einzelne Einheit "drehmomentstark" sein. Aber wenn die Positionshaltung hauptsächlich in eine Richtung erfolgt (wie es bei einigen Halo-Umlaufbahnen der Fall ist), dann sind die Komplikationen minimal. Es ist sicherlich eine gute Idee; Ich freue mich darauf, bald Aktien von GrappleDox LLC zu kaufen!
@uhoh - Ein Foto des LVIR des JWST . PS: Habe die Bearbeitung vorgenommen, minimale Änderungen.
Zu Falls/Wann die Stationshaltungsmanöver aufhören würden -- Die letzte geplante Stationshaltungsoperation besteht darin, den JWST aus seiner L2-Pseudoumlaufbahn in eine der Erde nachlaufende heliozentrische Umlaufbahn auszustoßen. Wird dieses Entsorgungsmanöver nicht durchgeführt, wird es Anhörungen etc. geben. Die 5-Jahres-Zahl ist ein Worst-Case-Szenario, bei dem die Start- und Oberstufe kaum "funktioniert". Die 10-Jahres-Zahl ist ein Best-Case-Szenario, bei dem alles nahezu perfekt funktioniert. Die Realität sollte irgendwo dazwischen liegen.
Wenn eine Betankungsmission durchgeführt werden sollte (eine solche ist nicht geplant), müsste ihre Entwicklung bereits im Gange sein. Ein komplexes Roboterfahrzeug, das vom ersten Konzept bis zum Einsatz nur fünf Jahre braucht, ist unbekannt.
@DavidHammen ja das klingt auf jeden Fall richtig! Übrigens nur tangential: Ist der Treibstoffnachschubanschluss von Landsat-7 "roboterbereit"? (Restore-L-Mission) hat ein Kopfgeld. Ich versuche herauszufinden, ob es wirklich eine Betankungsmission gibt, die startet, die Isolierung wegschneidet, eine Kraftstoffleitung findet, sie anzapft und eine Raumfahrzeugdemonstration invasive betankt oder nicht.
@uhoh - Was Restore-L war, heißt jetzt OSAM-1 . Die Planung begann im Jahr 2016. Der Start wurde für 2020 prognostiziert. Jetzt soll er voraussichtlich Ende 2023 auf den Markt kommen und voraussichtlich über 1,3 Milliarden US- Dollar kosten . Um die Sache noch schlimmer zu machen, ist OSAM-1 jetzt eine Mission zu einem Fahrzeug in LEO, nicht unbedingt Landsat-7. Irgendwann (und 1,3 Milliarden US-Dollar sind weit über diesen Punkt hinaus) tritt der Fehlschluss der versunkenen Kosten ein.
@DavidHammen Huch! Das scheint die beste und endgültige Antwort hier zu sein, bitte erwägen Sie das Posten als solches!
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