¿Puede el telescopio espacial James Webb básicamente administrar su propia órbita si es necesario?

En esta gran respuesta , aprendí que al rover Curiosity de Marte se le pueden asignar algunas tareas y seguirá adelante y administrará el trabajo y la navegación por sí mismo, al menos hasta cierto límite.

El Telescopio Espacial James Webb necesita mantener su posición para que el espejo gigante y otras ópticas y experimentos permanezcan oscuros y fríos, alrededor de 50 Kelvin, mientras que sus paneles solares reciben suficiente luz solar para producir alrededor de 2 kilovatios de electricidad.

También estará en una órbita de halo algo inestable alrededor del Sol-Tierra L2. Por lo general, las naves espaciales se monitorean desde estaciones terrestres, y las mediciones Doppler son lo suficientemente precisas para decidir cuándo son necesarias las maniobras de empuje de corrección de órbita para evitar que se aleje mucho. Sin pequeñas correcciones regulares y cuidadosas, se necesitarían correcciones mucho más grandes que consumen combustible.

Estas correcciones suelen ser sorprendentemente pequeñas, del orden de un kilómetro, y profundas en submetros por segundo en velocidad. Las mediciones Doppler precisas se combinan con un modelo de órbita detallado, incluidas las perturbaciones, que se utilizan para calcular cada maniobra en la Tierra, luego se verifican una y otra vez antes de enviar las instrucciones a una nave espacial en una órbita de halo. Posteriormente, se realiza un segundo conjunto de mediciones para confirmar que la maniobra tuvo el efecto corrector previsto en la órbita.

¿Podría el JWST gestionar sus propias maniobras regulares de corrección de la órbita sin la ayuda de la Tierra si fuera absolutamente necesario? Supongamos que hay una falla o el impacto de un meteorito que causó un problema de comunicaciones: ¿puede al menos mantener una órbita hasta que llegue una misión de reparación (tripulada o automatizada) para solucionarlo?

Si es así, ¿cómo puede medir su propia posición con la precisión suficiente para que las correcciones periódicas sean pequeñas? Si bien las cámaras estelares se pueden usar para determinar la actitud, ¿cómo se medirá la posición con precisión? ¿Son posibles mediciones GPS ocasionales a esa distancia? ¿Tiene cámaras de luz visible lo suficientemente buenas como para realizar mediciones de terminación de superprecisión o incluso reconocimiento de patrones de características del paisaje o tiempos de ocultación de/por la Tierra y la Luna?

@Hobbes, dado que la órbita del halo del JWST está mucho más cerca de la Tierra y la Luna que la nave espacial interplanetaria discutida allí, hay opciones adicionales en este caso que no estarían disponibles a distancias mucho mayores. GPS y óptico fueron los dos que se me ocurrieron, pero podría haber más. Entonces, el hecho de que las naves espaciales interplanetarias no puedan y/o no lo hagan no prueba a priori que un observatorio de última generación del siglo XXI en una órbita de halo alrededor del SE-L2 de la Tierra no pueda hacerlo.
Un aspecto importante es que no se necesita una capacidad de reparación pendiente de mantenimiento en órbita de emergencia simplemente porque es probable que no se envíe ninguna reparación. JWST no está diseñado para el servicio, e incluso si lo fuera, es probable que ninguna nave que pueda soportar tal misión esté en servicio durante algún tiempo. Más fácil construir y lanzar uno nuevo, en esas circunstancias...
Se acerca la reparación robótica en el espacio de @Andrew... al menos algún día. Consulte la información en esta pregunta actualmente SIN RESPONDER sobre la reparación en el espacio . Las cosas que no han sido diseñadas para el servicio pueden no ser absolutamente inservibles, pero supongo que depende en gran medida de lo que en particular necesita reparación. Pero por mucho que quiera que JWST tenga una capacidad mágica de automantenimiento en órbita porque creo que sería genial, tengo la sensación de que su lógica es ineludible en este caso.

Respuestas (2)

No tengo mucho tiempo para investigar ya que estoy a punto de irme al trabajo, pero una investigación rápida del JWST no muestra nada que pueda usarse para Astrogation.

Curiosity puede hacer su propia búsqueda de caminos en parte debido al genio de la programación de sus creadores, y también por la facilidad con la que se detectan los obstáculos. Una cámara puede detectar fácilmente una roca peligrosa a unos pocos metros frente a usted porque es un objeto grande y obvio. Después de esa detección, todo lo demás es un ejercicio de búsqueda de caminos.

La astronavegación es mucho más difícil, porque estás buscando caminos a través del espacio vacío y no de un campo de rocas. A diferencia de las rocas y los valles, los puntos de Lagrange no son detectables directamente. Tienes que inferir la ubicación de un punto de Lagrange a partir de otros objetos, y sin ningún punto de referencia no hay nada que puedas hacer.

Ahora, por lo que he deducido, el JWST no tiene telescopios o telémetros orientados hacia la Tierra que pueda usar para determinar su propia posición. Sin los datos de posición de la Tierra, no habría forma de averiguar dónde está el punto de Lagrange en relación con su propia ubicación, y el mantenimiento de la posición sería imposible. En cierto sentido, la Tierra es más una baliza o un marco de referencia que un comando y control.

Supongo que el escudo térmico gigante que bloquea el Sol y la Tierra tiene algo que ver con la falta de telescopios o telémetros orientados hacia la Tierra :) Debe haber algunas antenas de ganancia bastante alta apuntando de esa manera para las comunicaciones, pero una cámara con suficiente precisión para este tipo de trabajo probablemente se vería obstaculizado por estar sobre el extremo de un soporte largo en lugar del cuerpo de la nave espacial. ¿Qué pasa con el GPS? Al igual que el radar, tenderá a brindar precisión solo a lo largo del eje tierra-nave espacial, pero está bien si obtiene una cantidad suficiente de lecturas durante un período de tiempo prolongado.
En realidad, creo que probablemente no sea correcto lo del GPS. Probablemente no haya una triangulación útil usando GPS de la manera convencional. La única vez que podría haber señal es cuando el satélite está justo más allá del terminador de la Tierra y los lóbulos laterales se proyectan más allá de la Tierra. Eso le da sólo alrededor de un cuarto de 1 grado. Vea, por ejemplo, las diapositivas y los enlaces en esta pregunta SIN RESPONDER
Estoy de acuerdo con @UIDAlexD, tampoco encontré nada.
@Hobbes OK, supongo que la mitad de mí está sorprendida de que no tenga algún tipo de piloto automático, pero la otra mitad regresa a la Tierra gracias a la lógica de UIDAlexD. No este, tal vez el próximo, o el siguiente, cuando salgan algunos relojes atómicos del espacio más profundo .
@uhoh: ¿Puedo obtener un vector terrestre con una precisión de 1/4 de 1 grado cada pocas decenas de minutos? Mucho más fácil. Estoy bastante seguro de que si su mantenimiento en autoestación pudiera mantenerlo en un grado (desde la perspectiva de la tierra) de correcto, sería una gran victoria.

La respuesta corta es no: JWST no administra sus correcciones de órbita por sí mismo. El mantenimiento de la estación se realiza desde el suelo. Durante las operaciones normales, hay antenas de ganancia media y alta en el lado del sol, que se pueden usar para recibir comandos y transmitir información de telemetría y alcance/Doppler. Este rango y doppler es suficiente para administrar las correcciones de órbita desde el suelo. Como se indicó, es probable que se trate de pequeños cambios de velocidad cuyos efectos se sumarán con el tiempo.

En L2, el volumen de control de JWST es absolutamente enorme. Cualquier lugar dentro de dicho volumen de control es permisible para operaciones normales. La nave espacial se carga con un Ephemeris/Quaternions y está equipada con rastreadores de estrellas, por lo que tiene información de posición limitada, principalmente para ubicar la Tierra.

Con respecto a "A Curiosity se le pueden asignar algunas tareas y seguirá adelante y administrará el trabajo y la navegación por sí mismo, al menos hasta cierto límite", JWST también se basa en la observación. Cada "Visita" que se carga contiene una lista de observaciones a realizar e instruye al observatorio para que gire por todo el lugar. Girará de A a B a C... durante una visita, con pausas ocasionales para la transmisión de datos y descargas de impulso autónomas. Entonces, en este sentido, cambiar a una nueva actitud, adquirir y guiar en las estrellas elegidas, etc., es similar a lo que hace Curiosity. Excepto que JWST no tiene movimiento a lo largo del suelo, solo en el espacio 3-D.

Al usar el DSN, es poco probable que un "accidente" en tierra tenga efectos duraderos con las comunicaciones JWST sin afectar los centros de control principales y redundantes (STScI/GSFC). Si esto sucediera durante un período lo suficientemente largo, la nave espacial reaccionaría ante una pérdida de comunicación y se reconfiguraría y reorientaría para maximizar la potencia y las posibilidades de comunicación; podría quedarse así indefinidamente.

Esta es una respuesta muy interesante , ¡gracias! ¿Es posible aclarar algunas cosas; En cuanto a " podría quedarse así indefinidamente ", esta respuesta se vincula con esta respuesta más larga que explica que incluso en un escenario CR3BP puro, solo las órbitas de halo más pequeñas son estables (no una tan grande como la de JWST). ¿No es la órbita de JWST exponencialmente inestable? ¿Y no son las correcciones bimensuales de mantenimiento de la estación absolutamente críticas para conservar combustible y mantener el JWST en su órbita durante la duración de su misión?
más sobre la necesidad de la cadencia de mantenimiento de estación de dos semanas de JWST y el presupuesto delta-v en estas respuestas: 1 , 2 , 3 . Sin este mantenimiento regular de la estación, ¿no termina desplazándose exponencialmente a lo largo de una de las variedades inestables?
@uhoh Esta respuesta es acertada. El JWST no navega por su estado de traducción. No es necesario. En cuanto a los "accidentes", ocurren con gran regularidad. Otro nombre para esos "accidentes" es el clima. La banda Ka utilizada para el enlace descendente de datos de imágenes reordenadas es muy susceptible a la precipitación. Una de las tres ubicaciones de las estaciones terrestres DSN (Goldstone) se encuentra en el desierto alto occidental de los EE. UU. Los otros dos (Madrid y Canberra) se encuentran en climas semisecos.
Si bien es posible que los datos de la banda Ka utilizados para los datos de imágenes (enlace descendente) no se transmitan debido a las nubes y las precipitaciones, la banda S utilizada para la telemetría de mantenimiento (enlace descendente), el comando (enlace ascendente) y el rango (enlace ascendente y descendente) es mucho menos susceptible al clima. . Los "accidentes" (también conocidos como clima) pueden (y probablemente lo harán) provocar la pérdida de algunos datos de imágenes. Es mucho menos probable que los datos de rango y tasa de rango sufran esos accidentes basados ​​en si.
@uhoh La respuesta corta es "no" es correcta. El JWST no puede administrar su propia órbita si es necesario. Es así de simple.
@DavidHammen una buena respuesta de Stack Exchange es más que un "no" correcto. Tome ambas respuestas, péguelas en un editor de texto, elimine todo lo relacionado con la actitud o los programas de observación y mantenga solo las cosas relacionadas con JWST haciendo su propio mantenimiento de la estación (medidas, cálculos, quemaduras), y la otra respuesta responde mejor a mi pregunta como se hizo que esto. Sin duda, es una publicación de respuesta encantadora, pero creo que la otra respuesta da algo de "por qué no podría" y esta no.