¿Hasta qué punto JWST podría seguir siendo útil después de que se agote el propulsor?

Veo una pregunta similar respondida, pero esto es quizás más específico. Hay muchas descripciones sobre la operación del telescopio espacial James Web (JWST) durante su misión planificada. Pero deduzco que JWST tiene propulsor solo durante una década más o menos, momento en el cual ya no podrá mantener la órbita L2 Halo. Sin embargo, no puedo dejar de pensar en cómo Kepler fue hábilmente capaz de proporcionar muchos años de operación extendida útil. Así que hay varias preguntas en torno a este tema:

  1. ¿Se podría mover el JWST a una órbita posterior a la Tierra (u otra órbita útil) sin sacrificar demasiado valioso propulsor restante?

  2. ¿Hay una posición en una órbita posterior a la Tierra que esté lo suficientemente lejos para que el calor de la Tierra no sea un problema, pero lo suficientemente cerca para que se pueda establecer un enlace de velocidad de datos razonable?

  3. ¿Es posible apuntar la antena principal a la Tierra mientras el parasol todavía da sombra al telescopio? ¿Hay alguna antena de baja ganancia que pueda ser útil?

  4. Si las comunicaciones terrestres y las observaciones estelares requieren diferentes orientaciones, ¿hay suficiente capacidad de almacenamiento de datos a bordo para realizar algunas observaciones útiles y luego reorientar y descargar los datos a la Tierra?

  5. Deduzco que la presión solar sobre la sombrilla puede usarse potencialmente para descargar el impulso en las ruedas de reacción. ¿Significa que JWST podría continuar orientándose en su mayoría como se desea con solo una excursión ocasional a una orientación extraña para permitir que la presión solar desature las ruedas de reacción?

¡Perdón por las múltiples preguntas!

Con cero propulsor, no creo que su sistema de control de actitud pueda descargar el impulso (angular) de las ruedas de reacción. Podría haber una solución en la que el par de la presión de los fotones solares en el parasol sea suficiente teniendo en cuenta la magia de la presión de los fotones solares a la que eludes con K2 y también está diseñada en GAIA . Pero si se requiere una nueva órbita y se puede lograr con algo de magia de tres cuerpos delta-v muy, muy bajo, entonces tal vez se haría mientras todavía había...
...propulsor para esa solución y para una pequeña cantidad de descarga de impulso para mantener la actitud. Esta pregunta es maravillosa, y aunque al principio parece estar dividida en cinco partes, apuesto a que si hay una fuente donde se haya abordado esto, lo abordará todo a la vez. Aún así, una misión de reabastecimiento de combustible intrusiva tipo Restore-L (empalme robótico en una línea de combustible) o un nuevo módulo de propulsión "con correa" (hay varias compañías que los desarrollan) podría ser más deseable que dejar que simplemente se desvíe heliocéntrico sans jugo
Para obtener más información sobre el sistema de combustible y la viabilidad de una misión de reabastecimiento de combustible invasiva y robótica (no es lo que está preguntando, pero quizás sea más probable que suceda), consulte esta respuesta a ¿Es posible reabastecer el telescopio espacial James Webb?
AFAIK, el propulsor no es la limitación real de la vida útil de JWST. Es posible (por confirmar) que otras funciones sean más restrictivas (¿electrónica? ¿amplificadores de potencia?...). De acuerdo con los requisitos de la misión , el tamaño del propulsor será para operaciones de 10 años (MR-48), mientras que el objetivo científico es solo de 5 años como mínimo (MR-44).
Además, teniendo en cuenta el Delta-v requerido estimado por Y (2-4 m/s), asumiría que, si hubieran deseado extender la vida útil de la plataforma , podrían haberlo logrado "por cacahuates" (digamos agregando 10% del presupuesto de propelente para una extensión de vida útil de 5 a 10 años). Por lo tanto, la pregunta 10B es, ¿por qué mantienen el requisito de vida útil de Science en 5Y (calculado en el momento en que el costo proyectado se estimó en 0,5B)?
@NgPh calcule una vida útil 'baja' para decirle al congreso que no costará mucho, luego use su nave espacial saludable como justificación para misiones extendidas que cuestan más de lo que inicialmente estaban dispuestos a darle (por ejemplo, Cassini, Curiosity, Juno, Ingenuity, Galileo, Magallanes, etc...)
@NgPh Las naves espaciales tienen un tamaño considerable. Con respecto al JWST, diez años es un objetivo de diseño pero no es un requisito. El requisito es de cinco años. Si la nave espacial está en funcionamiento durante solo cuatro años, habrá una extensa comisión de fallas en la misión. También se realizarán investigaciones si la nave espacial solo está operativa durante nueve años, pero serán mucho menos extensas y la misión aún se considerará un éxito. Dimensionar un vehículo para que solo cumpla con los requisitos de la misión es una receta para el fracaso de la misión porque las cosas siempre salen mal por la noche.
Quizás una mejor formulación que "cuando se agote el combustible" es: cuando los objetivos científicos se logran principalmente, ¿cómo utilizar mejor el JWST con el combustible/vida útil restante?

Respuestas (1)

¿Se podría mover el JWST a una órbita posterior a la Tierra (u otra órbita útil) sin sacrificar demasiado valioso propulsor restante?

El JWST se moverá a una órbita heliocéntrica de seguimiento de la Tierra como fin de la operación de la misión principal.

La cantidad de propulsor en el JWST está dimensionada para satisfacer varios requisitos clave:

  1. Realice correcciones a mitad de camino, inserción de órbita de halo Sol-Tierra L2 y maniobras de mantenimiento de órbita. Estas operaciones se realizan con propulsores bipropelentes que utilizan hidracina como combustible y tetróxido de dinitrógeno como comburente.
  2. Realice el control de actitud del rumbo y desature las ruedas de impulso. Estas operaciones se realizan con propulsores monopropulsores que utilizan únicamente hidracina.
  3. Deseche la nave espacial como una secuencia de quemado de fin de misión para que la nave espacial no sea una amenaza para la Tierra ni para otras naves espaciales. No estoy seguro de si esto utilizará los propulsores bipropulsores o monopropulsores.

Renunciar al último elemento no es una opción. El desmantelamiento como fin de la misión principal a través de la eliminación de la órbita de halo Sol-Tierra L2 ha sido parte del plan desde el primer día. El JWST no se quedará sin propulsor mientras se encuentre en su órbita de halo Sol-Tierra L2 (y al menos no sin una extensa comisión de análisis de fallas de la misión).

Con respecto a las preguntas subsiguientes, es muy probable que la nave espacial todavía tenga algo de hidracina después de quemarse al final de la misión, ya que la quema hasta el agotamiento representaría un riesgo. Habrá cierto margen, lo que significa que es posible que la nave espacial se reutilice como una nave espacial que sigue la Tierra después de completar su misión principal.

Sin embargo, pensar en esa misión secundaria en este momento es un poco prematuro. La nave espacial ni siquiera se ha lanzado todavía. El enfoque en este momento y durante al menos los próximos seis meses es/será centrado en el láser para que la nave espacial esté operativa, y luego se centrará en el láser para mantenerla operativa.


Referencias:

Programa/plan de proyecto del telescopio espacial James Webb, JWST-PLAN-000633

Sí, la pregunta es definitivamente prematura. No puedo decir que soy optimista sobre la implementación de JWST, ¡pero espero que funcione!
Puedo imaginar que hay varios factores que podrían impedir el uso de JWST en un modo sin propulsor en una órbita terrestre. Pero no veo que digas eso en tu respuesta. ¿Eso significa que podría haber algún tipo de 'más allá' para JWST?
En 2007 en este borrador de JWST-PLAN-000633 dice en 1.4.1.4 Fase de Operaciones... 7.0 OPERACIONES DE CONTINGENCIA; 7.3 Detección y recuperación de fallas del sistema de tierra: "Una vez completada la misión JWST, el observatorio será desmantelado y, con el uso de combustible de mantenimiento de la estación en órbita residual, será "retirado" de la órbita L2 y colocado en una órbita costera del espacio profundo "En 2021 puede haber una declaración más larga y más segura sobre esto en alguna parte. Por supuesto, la respuesta probablemente será la misma.
¿Hasta qué punto JWST podría seguir siendo útil después de que se agote el propulsor?
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