¿Cómo manejará JWST los efectos de la presión solar para mantener la actitud y la estación mantener su órbita inestable?

Pregunta brillante. Me sorprende que nadie se haya referido a la increíble documentación de usuario de JSWT disponible en STScl-JWST . (Esta pregunta volvió a estar activa, de alguna manera, por lo que se agregó una respuesta).

La respuesta de Antzi fue solo con respecto a la gestión del impulso, el mantenimiento de la estación se trata del mantenimiento de la órbita. Pero abordemos ambos aquí.

De la documentación del usuario de JWST, está claro que el par solar, aunque equilibrado por las ruedas de reacción, es suficiente para la gestión del impulso, pero para el mantenimiento de la órbita alrededor de L2, son necesarias maniobras frecuentes de mantenimiento de la posición.

Si bien las órbitas alrededor del punto L2 son intrínsecamente inestables, el tamaño de la órbita es grande y la velocidad orbital es baja (~1 km/s), por lo que la órbita "decae" lentamente. Sin embargo, el gran parasol de JWST, aproximadamente del tamaño de una cancha de tenis, está sujeto a una presión de radiación solar significativa que resulta tanto en una fuerza como en un par. La dirección de la fuerza solar varía a medida que cambia la actitud del observatorio de una observación a otra. El par solar se equilibra mediante ruedas de reacción, pero periódicamente, el impulso acumulado se descarga mediante propulsores de encendido. Debido a que las operaciones de JWST están impulsadas por eventos, el perfil de actitud del observatorio y la descarga de impulso no se pueden predecir con precisión con meses de anticipación. Estas dos perturbaciones aumentan la aceleración de JWST desde su órbita alrededor de L2,

Por lo tanto, para el mantenimiento de la estación, JWST utiliza propulsores, mientras mantiene los requisitos relativos de orientación solar, de la siguiente manera:

Las perturbaciones de la órbita a lo largo del eje Sun-L2 tienen el mayor impacto en la estabilidad de la órbita. Los propulsores están montados en el bus de la nave espacial en el lado del parasol que mira hacia el Sol; los que se utilizan para la corrección de la órbita están orientados lo más lejos posible del protector solar, y el protector solar puede soportar un ángulo1 de inclinación solar mayor para la corrección de la órbita que el permitido para las operaciones científicas. Esta arquitectura permite que el propulsor dispare en ángulos de hasta 90° desde el Sol de acuerdo con las restricciones para evitar el Sol, lo que es suficiente para proporcionar una corrección de la órbita en todos los casos.

Para la gestión del impulso, JWST sufre una acumulación masiva de impulso, como se sugiere en la pregunta que se describe aquí.

Durante las observaciones científicas, el observatorio apuntará a un objetivo, en una orientación en la que el centro de presión del protector solar no esté alineado con el centro de masa del observatorio. Cuando los fotones solares golpean el gran escudo solar, ejercen un torque sobre el observatorio en su conjunto. El subsistema de control de actitud (ACS) contrarresta este par cambiando apropiadamente la velocidad de giro en las ruedas de reacción, con la consecuencia de que el momento angular se acumula en las ruedas de reacción. La acumulación de impulso depende del ángulo de inclinación solar, la orientación de balanceo del telescopio y la duración de la visita en una posición de orientación particular. El momento angular (velocidad de giro) de las ruedas de reacción debe gestionarse para mantenerse dentro de los límites operativos.

Los planificadores de misiones son creativos en el uso de una técnica para la gestión del impulso que es pasiva:

Los cambios de impulso se pueden gestionar en algún nivel por la forma en que se planifica una secuencia de observaciones; esto se hace mediante la observación en una orientación que genera impulso en una rueda de reacción particular, seguida de una observación en una orientación que elimina el impulso de esa rueda.

Pero, no siempre, ya que algunas ciencias basadas en la necesidad requieren un giro y una orientación más rápidos que anulan el programa de gestión de impulso anterior y, por lo tanto, el "descarga de impulso" se realiza descargando las ruedas según sea necesario.

Sin embargo, gestionar el impulso es solo una de varias limitaciones de planificación. En algún momento, será necesario ajustar una o más ruedas para permanecer dentro de los límites operativos. El sistema de planificación y programación inserta descargas de impulso planificadas en el cronograma según sea necesario, según el modelo de acumulación de impulso esperado, que actualmente se espera que sea de 1 a 2 veces por semana. Cada actividad de descarga lleva unas pocas horas, en las que el observatorio gira hacia una orientación particular para minimizar el impacto en la órbita y luego dispara los propulsores según sea necesario para permitir que se ajuste la velocidad de giro de las ruedas de reacción.

PD: Lo que Steve Linton mencionó en los comentarios de la pregunta también es correcto.

La órbita estará sesgada para compensar las fuerzas externas medias asociadas con la gravitación de los planetas y la presión de radiación en el escudo solar.

Los pasajes citados anteriormente son todos de la Documentación del ciclo 1 de JWST en PDF para telescopios y naves espaciales que se encuentra en esta página

Desafortunadamente no tengo mucha información, espero que obtengamos una mejor respuesta, pero mientras tanto:

Según wikipedia

El segmento de parasol también incluye esa aleta de moldura al final de un brazo de despliegue de parasol. Esto también se llama pestaña de ajuste de impulso. La pestaña de ajuste ayuda a equilibrar la presión solar. La pestaña de ajuste también gestiona los efectos de las ruedas de reacción. Las ruedas de reacción están ubicadas en el Spacecraft Bus (JWST)

La aleta de ajuste reduce la cantidad de combustible necesaria, porque la nave espacial no tiene que equilibrar la fuerza de la presión solar.

La imagen muestra la pestaña solar vane/trim. Tomado de este pdf flecha roja agregada

Que también contiene el párrafo interesante:

El tamaño, la forma y la aleta de compensación del impulso de popa del parasol minimizan la acumulación de torsión debido a la presión solar, lo que reduce el consumo de combustible.

El trim flap no es articulado ni regulable en vuelo. Según esta página de JWST :

La aleta de impulso equilibra la presión solar sobre el parasol, como una aleta de ajuste en la navegación. No es ajustable en órbita, pero lo es mientras está en tierra.

Para agregar: aprendí aquí en alguna parte en Space.SE: cuando el satélite Mariner se sale del eje debido a la perturbación, un lado de la vela aumenta la exposición a la luz solar (o en el caso de JWST se puede aumentar) y la presión de radiación empuja el satélite hacia atrás su eje. Este es un derivado del Mariner 4 que tiene paletas solares que funcionan de esta manera (pero no lo hicieron lo suficientemente bien como para ser útiles) y al mismo tiempo es un escudo solar.

Veo que JWST se hizo con capas para distribuir la luz a través de un material semitransparente/reflectante mientras funcionaba como se pretendía que funcionara la estabilización pasiva Mariner 4. Tener una separación ideal le permite operar a una temperatura ideal y no calentar demasiado el material. https://en.wikipedia.org/wiki/Mariner_4

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