Dado que el punto L2 es inestable, JWST necesita motores para mantener su órbita. Utiliza motores monopropulsores que le han dado una vida útil mínima de 5 años.
¿Por qué no se usaron motores iónicos en su lugar? ¿No proporcionarían mucho más Delta-v por la misma masa de combustible?
¿No son lo suficientemente confiables? ¿O es simplemente demasiada complejidad extra?
Dado que el punto L2 es inestable, JWST necesita motores para mantener su órbita. Utiliza motores monopropulsores que le han dado una vida útil de 10 años (máximo).
El JWST utiliza motores bi-propulsores (hidracina y tetróxido de dinitrógeno) para realizar correcciones a mitad de camino en el camino a la pseudoórbita Sol-Tierra L2, para realizar la inserción de la órbita en esa pseudoórbita y para realizar maniobras de mantenimiento de la órbita. Solo utiliza motores monopropulsores para maniobras de actitud aproximada y desaturación de la rueda de reacción.
Las correcciones a mitad de camino, la inserción de la órbita y las maniobras de mantenimiento de la órbita requieren una buena cantidad de delta V que se puede entregar rápidamente. Incluso un motor de hidracina monopropulsor no sería suficiente. Agregar motores monopropulsores y un poco más de hidracina para el uso de esos motores monopropulsores aparentemente tenía más sentido en el diseño inicial que agregar un conjunto completamente nuevo de tanques y propulsores para motores iónicos.
Si bien se pueden cambiar algunas decisiones iniciales de diseño, los propulsores se encuentran entre los muchos elementos de una nave espacial que están prácticamente congelados desde el primer día. Además, ese diseño inicial ocurrió hace unos 20 años, cuando los propulsores de iones acababan de pasar la etapa experimental. Y ciertamente no iban a cambiar a propulsores de iones. Deep Space 1 se lanzó en diciembre de 1998 y funcionó, más o menos. DS1 tuvo problemas significativos y no fue un éxito total. Sus propulsores de iones no funcionaron al principio y el vehículo se desempeñó mal en algunos sobrevuelos planificados.
Es posible que en otro mundo los diseñadores del JWST pudieran haber modificado su nave espacial 20 años después del diseño inicial para usar propulsores de iones para algún aspecto del control del vehículo. Por otra parte, también podrían haber rediseñado el vehículo para usar computadoras más modernas, paneles solares más modernos, etc. No lo hicieron en parte debido a la inmensa cantidad de conservadurismo que se cuece en el diseño de naves espaciales.
La respuesta de @DavidHammen contribuye en gran medida a responder, especialmente porque el bus del telescopio espacial se finalizó hace mucho tiempo cuando la propulsión iónica era mucho menos una tecnología confiable probada a largo plazo.
Dice:
...y las maniobras de mantenimiento de la órbita requieren una buena cantidad de delta V que se puede entregar rápidamente .
Los satélites de comunicaciones en GEO ahora se están volviendo "totalmente eléctricos" para el mantenimiento de la estación y muchos también están haciendo GTO a GEO con propulsión eléctrica.
Entonces, podríamos preguntarnos si el telescopio espacial se diseñara hoy si usaría propulsión eléctrica para mantener la estación o no.
Que la órbita del halo del telescopio espacial es exponencialmente inestable y si se pierden algunas de las maniobras bimensuales de mantenimiento de la estación por alguna razón, puede ser cada vez más difícil que el empuje bajo pueda devolverlo a la estación.
Una vez que la aceleración que se aleja de la órbita del halo a lo largo del colector inestable excede la aceleración proporcionada por los propulsores eléctricos (que siempre es bastante pequeña), todo se pierde y se moverá en espiral hacia una órbita heliocéntrica.
No hay analogía con esta inestabilidad exponencial en el mantenimiento de la estación de los satélites de comunicaciones en GEO. Estos están muy bien unidos gravitacionalmente a la Tierra, y no se desviarán hacia una órbita heliocéntrica si se dejan desatendidos.
La pregunta considera que el peso del propulsor de propulsión iónica es menor que el de los propulsores propulsores convencionales, pero los propulsores iónicos tienen imanes pesados y fuentes de alimentación para producir el plasma.
Es muy posible que una vez que el sistema de propulsión eléctrica completo esté diseñado y pesado, uno lo suficientemente fuerte como para devolver al JWST a su órbita de halo si se pierden algunas iteraciones bimensuales de mantenimiento de la estación, no termine siendo más liviano.
UH oh