¿Es posible repostar el Telescopio Espacial James Webb?

Teóricamente posible, pero no planeado.

El reabastecimiento de combustible en el sentido de reemplazar el combustible gastado en el sistema de propulsión es posible en teoría. Esta respuesta proporciona un buen esquema del sistema de propulsión y, según la leyenda, al menos hay una válvula para llenar los tanques de propulsor. Presumiblemente, podría "completarlo" nuevamente una vez que se agoten los combustibles.

Sin embargo, esto sería extremadamente difícil y peligroso: dudo que los riesgos de que un astronauta manipule hidracina en el espacio sean aceptables, por lo que un robot necesita hacer esto. Esto requeriría un robot muy avanzado y no creo que tengamos esta tecnología todavía. Dudo que emprender tal misión sea factible con la tecnología y los presupuestos disponibles.

En algún momento aparentemente se decidió agregar un anillo de acoplamiento dedicado a JWST para este propósito exacto, pero no puedo confirmar si este anillo de acoplamiento todavía existe:

La NASA está agregando un anillo de acoplamiento al telescopio espacial James Webb (JWST) en caso de que se necesite una visita de astronautas a bordo de un futuro vehículo de exploración Orion Crew para completar el despliegue del observatorio en órbita multimillonario.

(de: NASA agrega capacidad de acoplamiento para el próximo observatorio espacial , space.com, 2007)

Sin embargo, el anillo de interfaz del vehículo de lanzamiento, que une el JWST con el lanzador Ariane 5, puede usarse potencialmente como alternativa para acoplar una nave espacial autónoma para proporcionar control de actitud y órbita:

Sin embargo, se están realizando modestos esfuerzos para hacer que JWST sea "servible" como Hubble, según Scott Willoughby, gerente de programa de JWST en Northrop Grumman Aerospace Systems en Redondo Beach, California. La empresa aeroespacial es el contratista principal de la NASA para desarrollar e integrar JWST, y se le ha encomendado la provisión de un "anillo de interfaz de vehículo de lanzamiento" en el telescopio que podría ser "agarrado por algo", ya sea un astronauta o un robot operado de forma remota, dice Willoughby. Si se enviara una nave espacial a L2 para atracar con JWST, podría intentar repararla o, si el observatorio funciona bien, simplemente llenar su tanque de combustible para extender su vida útil.

(de: ¿Es el Telescopio Espacial James Webb "demasiado grande para fallar?" , Scientific American, 2017)

En cualquier caso, si una nave espacial se acopla con JWST, esto requeriría una reconfiguración del software de control de JWST, ya que tendría que delegar el control de actitud a la nave espacial acoplada. Dependiendo de cómo esté diseñado el software de control, esto puede ser trivial o muy complicado.

Parcial, una especie de respuesta, además de lo anterior:

P: ¿Es posible repostar el Telescopio Espacial James Webb?

R: Eso depende de que el JWST tenga sus tanques/plomería/puertos accesibles para un robot. (Aún no he tenido tiempo de buscar esto, pero por lo que he visto, creo que es un no..)

(El autobús parece tener una base de cohete cónica, ¿la base también consta de un anillo Marman, utilizado para agarrarse por futuros brazos robóticos?)

SI lo hace entonces... sí-ish:

Los MEV (vehículos de extensión de la misión) de Northrop Grumman han demostrado la capacidad de agarrarse físicamente y hacer un acoplamiento duro con un vehículo que no estaba diseñado previamente para acoplarse con... cualquier cosa. Y con eso, el MEV puede proporcionar mantenimiento de posición, control de actitud y maniobras si es necesario.

https://news.northropgrumman.com/news/releases/northrop-grumman-and-intelsat-make-history-with-docking-of-second-mission-extension-vehicle-to-extend-life-of-satellite

Abril 2021:

El acoplamiento exitoso allana el camino para futuros servicios en órbita y de extensión de vida a través de la robótica

https://www.northropgrumman.com/space/space-logistics-services/

El Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1), el primer vehículo de extensión de vida satelital de la industria, completó su primer acoplamiento a un satélite cliente, Intelsat IS-901 el 25 de febrero de 2020. MEV está diseñado para acoplarse a satélites geoestacionarios cuyo combustible es casi agotado. Una vez conectado a su satélite cliente, MEV utiliza sus propios propulsores y suministro de combustible para prolongar la vida útil del satélite. Cuando el cliente ya no desee el servicio de MEV, la nave espacial se desacoplará y pasará al siguiente satélite del cliente.

https://www.cnbc.com/2021/04/12/northrop-grumman-mev-2-spacecraft-services-intelsat-1002-.html

La nave espacial construida por Northrop Grumman llamada MEV-2 se acopló con éxito al satélite Intelsat IS-10-02 de casi 18 años, en un movimiento que se espera agregue otros cinco años de vida al satélite.

(El satélite IS-10-02 de Intelsat mientras MEV-2 se acercaba para atracar)

Las versiones actuales de MEV y sus pares están diseñadas para operación LEO o EO. El control de tiempo completo sobre una distancia como L2 para JWST requeriría un enfoque ligeramente diferente y más autónomo dados los retrasos de tiempo sobre esa distancia.

El siguiente paso es repostar:

Se reanuda la prueba de reabastecimiento de combustible de satélites robóticos en la estación espacial, 2013

La misión de reabastecimiento robótico requiere que Dextre, que se encuentra al final del enorme brazo robótico Canadarm2 del laboratorio en órbita, realice tareas simuladas de reabastecimiento y reparación en una plataforma del tamaño de una lavadora colocada en el exterior de la estación.

El objetivo del experimento es demostrar la tecnología que algún día podría reparar y reabastecer de combustible a los satélites en órbita robóticamente, extendiendo así sus vidas y potencialmente ahorrando a los operadores de satélites miles de millones de dólares a largo plazo. Tal trabajo puede ser un desafío, ya que los satélites actuales generalmente no fueron diseñados para ser reparados.

Los primeros experimentos de RRM comenzaron el año pasado (2012), cuando los controladores en tierra usaron el Dextre de dos brazos para cortar algunos cables con un espacio libre mínimo. La última ronda de actividades será más compleja y complicada, ya que Dextre cortará más cables, desenroscará las tapas y bombeará combustible simulado, dijeron funcionarios de la NASA.

https://www.space.com/19402-robotic-refueling-space-station-resumes.html

Orbit Fab demuestra la tecnología de reabastecimiento de combustible satelital en la estación espacial, 2019

Orbit Fab anunció el 18 de junio que completó las pruebas de un experimento llamado Furphy en la ISS, demostrando la capacidad de transferir agua entre dos bancos de pruebas satelitales. Al final de las pruebas, el agua se transfirió al propio suministro de agua de la estación, la primera vez que una carga útil privada abastecía agua a la estación de esa manera.

Aunque:

La compañía ha reconocido que se está adelantando al mercado, ya que aún no existen sistemas de reabastecimiento de combustible para satélites y la mayoría de los satélites no están diseñados para ser reabastecidos en órbita.

https://spacenews.com/orbit-fab-to-test-refueling-technology-on-iss/

https://spacenews.com/orbit-fab-demonstrates-satellite-refueling-technology-on-iss/

Más sobre RRM:

Ups:

La misión de reabastecimiento robótico 3 no puede realizar la transferencia de combustible criogénico

http://www.parabolicarc.com/2019/04/22/robotic-refueling-mission-3-perform-cryogenic-fuel-transfer/

RRM ha establecido un legado firme al demostrar las capacidades de servicio satelital y que el servicio en órbita está tecnológicamente listo para su implementación. RRM se lanzó en julio de 2011 a bordo del último vuelo del transbordador espacial y fue la última carga útil que un astronauta retiró de la bahía de carga del transbordador. Posteriormente, se montó en el exterior en un Express Logistics Carrier construido en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. RRM demostró y probó las herramientas, tecnologías y técnicas necesarias para reabastecer y reparar robóticamente satélites en el espacio que no fueron diseñados para recibir servicio.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/nasa-robotic-refueling-mission-departs-station

https://nexis.gsfc.nasa.gov/robotic_refueling_mission.html

Hace aproximadamente una década, se estableció la Oficina de Capacidades de Servicios Espaciales para:

• Avanzar en el estado de la tecnología de servicio robótico hasta el punto en que Estados Unidos pueda dar servicio de forma rutinaria a satélites que nunca fueron diseñados para ser atendidos,
• Posicionar a Estados Unidos para que sea un líder mundial en reparación, mantenimiento y disposición de satélites en órbita, y
• Apoyar el desarrollo de una industria estadounidense para el mantenimiento de naves espaciales

RRM como se ve aquí fue un proyecto, Argon fue otro:

El sistema Argon estaba compuesto por una cámara de reconocimiento de características y un software diseñado para permitir que una futura nave espacial se acoplara robóticamente con una nave espacial no cooperativa, y luego pudiera repararla, reabastecerla o darle servicio.

En las pruebas, los sensores de argón registran imágenes del objetivo de la nave espacial a medida que se mueve a través de un movimiento predeterminado.

El Proyecto Argon completó la integración en noviembre de 2011 y comenzó una campaña de prueba en tierra que culminará con una simulación de extremo a extremo de operaciones de proximidad, aproximación y captura de un objetivo de nave espacial no cooperativa en el otoño de 2012. El equipo Argon llevará a cabo una serie de demostraciones cada vez más sofisticadas que conduzcan a la prueba de extremo a extremo. Dos modelos diferentes para la nave espacial GOES-12; se ha utilizado un satélite geoestacionario que es un candidato potencial para una misión de reabastecimiento de combustible.

Se realizaron pruebas a fines de 2011 que simularon distancias de separación entre aproximadamente 90 metros y 1 metro, con los objetivos posicionados estáticamente o con movimiento relativo simulado por una grúa aérea. Pruebas actuales en curso en las instalaciones de ssco en GSFC, donde se simula el movimiento relativo entre el argón y el objetivo mediante plataformas de movimiento robótico.

Paralelamente a la campaña de prueba de Argon, la ssco está llevando a cabo un programa de desarrollo y prueba para integrar la tecnología de brazo robótico con una herramienta de captura de anillo maiman que se puede usar para alcanzar y agarrar la nave espacial objetivo en el punto de captura. Este desarrollo está en curso en las instalaciones de ssco y se combinará con el sistema Argon a fines de 2012 para llevar a cabo las operaciones de proximidad no cooperativas de extremo a extremo y capturar la demostración para una posible misión de servicio.

• Los ejemplos de características de una nave espacial cooperativa para el servicio incluyen: mecanismo de acoplamiento y dispositivos de agarre.

• Los ejemplos de características de una nave espacial no cooperativa para el servicio incluyen: anillos Marman, orificios para pernos y boquillas.

• El reconocimiento de características de Argon incluyó la búsqueda de fiduciales visuales (puntos de referencia), siluetas, bordes, correlación de imágenes de una base de datos, esquinas y puntos en la nave espacial no cooperativa.

Sin embargo, en resumen, es posible, y si no ahora, en un futuro cercano, pero depende de la voluntad y el costo.

En ese momento, JWST bien podría ser reemplazado.

Además, soy consciente de la afirmación de Ludo de que es muy difícil de hacer, especialmente a esa distancia y con o sin retroalimentación háptica. Conocí a alguien que estaba tratando de hacer eso con robots que realizan cirugías humanas en todos los continentes (EE. UU. a Australia IIRC), muy difícil.

Nota final:

Esta imagen sugiere que no hay ningún anillo de Marman que una nave espacial robótica pueda agarrar sin dañar algo.

Actualización, enero de 2022, con respecto al servicio del proveedor de servicios de reabastecimiento espacial Orbit Fab mencionado anteriormente:

https://astroscale.com/astroscale-us-and-orbit-fab-sign-first-on-orbit-satellite-fuel-sale-agreement/

Orbit Fab, el proveedor de servicios de reabastecimiento de Gas Stations in Space™ y Astroscale US Inc., la subsidiaria estadounidense de Astroscale Holdings Inc. y líder del mercado en asegurar la sustentabilidad orbital a largo plazo, anunciaron hoy un acuerdo comercial para reabastecer el Life Extension In-Orbit de Astroscale. (LEXI™) Servicer en órbita geoestacionaria (GEO); LEXI es el primer satélite diseñado para ser repostado.

Según los términos de este acuerdo inicial, el transbordador de combustible GEO de Orbit Fab reabastecerá la flota de LEXI Servicers de Astroscale con hasta 1.000 kilogramos de propulsor de xenón.