¿El período de la órbita del halo JWST está sincronizado con la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol?

Estaba mirando el halo del JWST y me preguntaba si poner la órbita del halo en fase con la órbita elíptica de la Tierra sería una forma de mantener las variaciones gravitacionales regulares y periódicas para que las quemaduras de mantenimiento de la estación pudieran ser más predecibles, preservando el combustible y, por lo tanto, extendiendo la vida útil del JWST. En este momento, JWST está cerca del recorrido máximo +Y ... cuando la Tierra está justo después de Periapsis. ¿Es esto una coincidencia? El halo se puede adaptar con quemaduras de precisión para obtener el Y máximo en Periapsis y el Y mínimo en el punto medio entre Periapsis y Apoapsis. En Apoapsis, JWST estaría en el máximo Y nuevamente, 1 órbita de halo en 1/2 año.

y entonces la pregunta: ¿Está (o estará) el período de la órbita del halo JWST sincronizado con la órbita elíptica de la tierra alrededor del sol?

EDITAR: Más directamente sobre mi pregunta de "Órbita sincronizada" ... ¿Existe la necesidad o el beneficio de tener JWST en un lugar específico en su halo cuando la Tierra está en un lugar específico en su órbita?

@BradV FYI, acabo de estimar el período a partir de los datos de Horizon que vimos anteriormente. Sale a los 6,07 meses. No es una órbita cerrada, por lo que no hay un número exacto. Me sorprendería si la órbita de la Tierra fuera lo suficientemente excéntrica como para causar mucha diferencia durante 10 años. La Luna tendría mucho más efecto, pero su período no está cerca del JWST en una proporción simple.
@ BrendanLuke15 He ajustado la redacción del título para que coincida con el sentimiento de la pregunta, básicamente de "¿es?" a "podría?"
@BradV, ¡esta es una pregunta realmente interesante! Las órbitas del halo Sol-Tierra son realmente órbitas heliocéntricas en una resonancia 1:1 con la Tierra; JWST está un 1% más lejos del Sol que la Tierra, por lo que debería orbitar alrededor del Sol un 1,5% más lento que la Tierra, pero su resonancia con la Tierra significa que es arrastrado un poco más rápido. Como saben, esta clase de órbita también tiene un movimiento similar a un armónico en esa situación con un período de aproximadamente seis meses, pero dependiendo de los detalles de la órbita del halo, podría ser de cinco o siete meses o incluso más diferente.
@BradV, así que creo que realmente te estás preguntando "¡Oye! ¿Qué pasaría si se ajustara para que sea exactamente medio año? ¿Eso ayudaría a reducir las perturbaciones y reduciría el delta-v de mantenimiento de la estación?" Creo que es una gran idea y si fuera un ER3BP "simple" (problema elíptico restringido de tres cuerpos) podría haber algo allí. ¡Ciertamente habrá trabajos de investigación sobre ese tema que, con suerte, se pueden encontrar y explicar! Pero tenemos un problema, ¡esa maldita Luna nuestra es tan enorme!
La Tierra y la Luna giran alrededor de su centro de masa común y también producen perturbaciones mensuales, y mi corazonada es que este esquema es de la clase "robar a Peter para pagarle a Paul" en el sentido de que ya han encontrado un "punto óptimo" y tratando reducir las perturbaciones debidas a la órbita elíptica de la Tierra podría hacer que la trayectoria de JWST sea más susceptible a otras perturbaciones, incluida la danza Tierra-Luna. Pero es solo una corazonada, veamos que opinan los mecánicos orbitales. +n!por la pregunta!
FWIW, mi secuencia de comandos aquí se puede utilizar para trazar la distancia entre JWST y varios centros, por ejemplo, el baricentro EM (@3), L2 (@32), el Sol (@10). El movimiento de JWST en relación con la Luna es bastante complejo.
Las órbitas de halo de @uhoh Re Sun-Earth son realmente órbitas heliocéntricas en una resonancia 1: 1 con la Tierra. En mi humilde opinión, es la forma incorrecta de ver las cosas. Los puntos Sol-Tierra L1 y L2 son puntos clave en los que la cuestión de "el objeto X orbita la Tierra o el Sol" es completamente ambigua. La respuesta correcta, para mí, con respecto a la pregunta ¿ El JWST orbita alrededor del Sol o de la Tierra? es un SÍ inequívoco y muy rotundo . ¿X orbita Y o Z a menudo se enmarca como una pregunta mutuamente excluyente cuando ese no debería ser el caso?
Sospecho (pero no sé con suficiente certeza) que la respuesta a esta pregunta es que el equipo de dinámica de vuelo (FDT) de JWST ya hace lo que pregunta el OP. Si bien existen complejidades adicionales en el Problema de tres cuerpos restringido elíptico (ER3BP) en comparación con el Problema de tres cuerpos restringido circular (CR3BP), se han escrito numerosos artículos sobre el ER3BP. La FDT sería negligente si no tuviera en cuenta la excentricidad de la órbita de la Tierra. También serían negligentes si no tuvieran en cuenta la Luna. Este no es un problema de tres cuerpos; Es un problema restringido de cuatro cuerpos.
@uhoh: Lo siento, pero prefiero que la gente no edite mis preguntas y debates sin hablar primero conmigo. La mayoría de las veces tengo un razonamiento específico para estructurar las cosas de la forma en que lo hago. Además... he aprendido a 'ver más allá' de cosas menores como mayúsculas y faltas de ortografía si no afectan el significado o el contexto. No quiero ser sarcástico aquí, pero no estoy contento cuando lo que parecen ser mis preguntas son en realidad otra persona.
@BradV No hay ningún problema y trabajaré muy duro para recordarlo. Si alguna vez fallo y accidentalmente edito una de sus publicaciones nuevamente, retroceda y gríteme por ser bien intencionado pero ocasionalmente olvidadizo. He hecho casi 10,000 revisiones aquí y creo que casi siempre lo hago bien y me agradecen con frecuencia, pero en su caso haré todo lo posible para lograr el laissez-faire.
@BradV wow, después de verificar, ¡estoy realmente sorprendido de lo cerca que está! Parece que mi predicción de que la respuesta sería "No" estaba bastante equivocada.
@uhoh: ¡gracias por aguantar a un "niño de cinco años" sentado en una discusión a nivel de doctorado! Me doy cuenta de que estoy muy por encima de mi cabeza. He mirado varios halos y parecen ser 2:1 pero no tengo idea si el posicionamiento del objeto dentro del halo está relacionado y sincronizado con la órbita M2.
Siempre me frustro cuando escucho a la gente decir "esa no es la pregunta que deberías hacer" y parece que eso es exactamente lo que dije anteriormente y ¡estaba muy equivocado! ¡Realmente creo que estás en algo aquí!
@uhoh después de un poco de tiempo, parece que no está ocurriendo un 2: 1 exacto, por lo que mi premisa inicial es 'apagada'. ¿tus pensamientos?
@BradV, la órbita final maximizará la probabilidad de éxito de la misión junto con quizás algún énfasis en la probabilidad de que la primera o dos de las inevitables extensiones de la misión tengan una buena oportunidad. Parece que la "sincronicidad" no era necesaria para aquellos.

Respuestas (1)

¿El período de la órbita del halo JWST está sincronizado con la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol?

¡Vaya, está sorprendentemente cerca!

Al principio pensé que estaría más cerca de 6,5 o 7 meses debido a la información pasada y las preguntas y respuestas basadas en una trayectoria anterior de JWST, pero wow, tratando de definir el período de una órbita complicada de 3 o 4 cuerpos (incluido el efecto de la Luna) de una manera simple, ¡se me ocurrieron 180 días!

Tomé la nueva órbita prevista para JWST en Horizons

Revised: Jan 28, 2022
2Y_SCHEDULE_2022027000000_01U.OEM.V0.1   2022-Jan-27 00:01  2024-Jan-27 00:01

descargó las posiciones heliocéntricas de JWST y la Tierra, restó el baricentro de la Tierra/Luna de JWST y luego giró según el ángulo de la Tierra para estar en un marco pseudo-sinódico (gira con el ángulo EM/Bary, no de manera constante) y obtuvo lo siguiente (los datos comienzan 2022-Feb-08, extremos 2024-Jan-27):

Movimiento JWST en coordenadas baricéntricas sinódicas de la Tierra/Luna

El desplazamiento en X es la distancia media a la Tierra, cercana a los 1,5 millones de km de la distancia clásica L2.

Si selecciono los máximos y calculo un período para el movimiento X, Y y Z, ¡obtengo 179,3, 180,0 y 180,7 días!

Como se trata de un método ad hoc , diré que estos períodos son *actualmente indistinguibles de medio año , por lo que mi respuesta es un "¡sí!" calificado pero bastante sorprendido.

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

fnames = ('Earth orbit heliocentric horizons_results.txt',
          'JWST orbit heliocentric horizons_results.txt')

JDs, datas = [], []
for fname in fnames:
    n_offset = 10
    with open(fname, 'r') as infile:
        lines = infile.readlines()
    a = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'SOE' in line][0]
    b = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'EOE' in line][0]
    lines = lines[a+1+n_offset: b]
    info = [line.split(',') for line in lines]
    JD = np.array([float(line[0]) for line in info])
    data = np.array([ [float(thing) for thing in line[2:8]] for line in info])
    JDs.append(JD)
    datas.append(data)

JD = JDs[0]
Earth, JWST = [thing.T.copy() for thing in datas]

dJWST = JWST - Earth

z = dJWST[2]

th = np.arctan2(Earth[1], Earth[0])

s, c = [f(-th) for f in (np.sin, np.cos)]

x = dJWST[0] * c - dJWST[1] * s
y = dJWST[1] * c + dJWST[0] * s

fig, axes = plt.subplots(3, 1)
for thing, name, ax in zip([x, y, z], 'XYZ', axes):
    ax.plot((JD - JD[0]) / 365.2564, thing)
    ax.set_ylabel(name + ' (km)')
plt.show()

maxima = [np.where((p[2:] < p[1:-1]) * (p[1:-1] >= p[:-2])) for p in (x, y, z)]

maxima = [thing[0] for thing in maxima]

periods = [(m[-1] - m[0]) / (len(m) - 1) for m in maxima]

print(periods)
Si bien dentro de límites estrechos, la respuesta de uhoh es correcta al encontrar una relación 2: 1 ... mi pregunta era sobre JWST en una ubicación específica en halo en relación con una ubicación específica en la órbita terrestre.
@BradV ¿Por qué no continúa y aclara aún más el título de su pregunta? Sugeriría algo como "¿La relación 2: 1 de la órbita del halo de JWST con la órbita de la Tierra está en fase con respecto a los ábsides de la órbita de la Tierra? Si es así, ¿se hizo esto intencionalmente?" Creo que algo así es necesario para capturar completamente todo lo que buscas, ¡lo cual creo que es realmente interesante! No estoy seguro de que pueda hacerlo mucho mejor respondiéndome a mí mismo, pero si no, ciertamente puedo agregar una recompensa a su pregunta para ayudar a llamar la atención y tal vez responder.
¿El período de la órbita del halo JWST está sincronizado con la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v