James Webb Space Telescope (JWST)

Diskutiere James Webb Space Telescope (JWST) im Raumfahrt Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Am Montag wird Webb die finale Kurskorrektur durchführen, die es in den Orbit um den L2 Punkt bringt. Im Blog erklären sie auch, warum man um L2...
macfly

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Am Montag wird Webb die finale Kurskorrektur durchführen, die es in den Orbit um den L2 Punkt bringt. Im Blog erklären sie auch, warum man um L2 kreist - und nicht direkt im L2 Punkt steht. Abgesehen davon, dass das Kreisen um den Punkt leichter sei (= weniger Korrekturen), würde das Teleskop im L2 Punkt hin und wieder in den Erdschatten geraten. Die Sonde braucht aber Energie, und die Solarzellen dafür die Sonne - Erdschatten ist also schlecht. Außerdem möchte man keine Temperaturwechsel: durch das Kreisen um L2 garantiert man, dass eine Seite der Sonde konstant/unveränderlich im Sonnenlicht steht (und die andere durch das "Segel" natürlich immer im Schatten ist). Besser, als wenn sie eine Seite dauernd aufheizt und abkühlt und sich dadurch die Struktur der Sonde bewegt...

 
GorBO

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Florian Freistetter hat in seinem Podcast "Sternengeschichten" die Lagrangepunkte beschrieben (Folge 476) und warum es einen Orbit darum gibt und man den Nutzen möchte (Folge 477).
Wie alle anderen Folgen äußerst hörenswert!
 
macfly

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Wird wieder spannend. Laut ESA steht die Rückmeldung über den erfolgreichen Eintritt in den L2 Orbit kurz bevor.

Laut Tracking-Seite (sofern die genau ist) sind 99.9% oder 1.5 Millionen Kilometer zurückgelegt, und es sind nur noch 999km bis zum Orbit... Die Sonde ist jetzt nur noch mit 200m/s unterwegs - langsamer als ein Verkehrsflugzeug. Die Sonde hat die kinetische Energie der Ariane also fast aufgebraucht (= in potentielle Energie umgewandelt). Sie hält aber natürlich nicht an :-) , sondern fliegt direkt in den Orbit...

 
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Laut der NASA-Statusseite ist der sog. MCC2 (Mid Course Correction Burn 2), also die Triebwerkszündung, die JWST in den L2-Orbit bringt, bereits erfolgreich abgeschlossen worden:


EDIT: Wie macfly richtigerweise angemerkt hat, ist der Prozess noch im Gange bzw. steht noch bevor. Ich habe nur das "Most recently completed" wahrgenommen, und bin davon ausgegangen, dass damit der Schritt bereits abgeschlossen ist. Ein paar Zeilen weiter unten steht dann jedoch "Ongoing"...
 
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macfly

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Laut der NASA-Statusseite ist der sog. MCC2 (Mid Course Correction Burn 2), also die Triebwerkszündung, die JWST in den L2-Orbit bringt, bereits erfolgreich abgeschlossen worden:

Bin mir aber nicht sicher, ob diese Animationen/Anzeigen auf der Tracking-Seite nicht einfach zeitgesteuert programmiert sind - auch die Werte zum Abstand. Meine Vermutung ist, dass die Animationen dort einfach automatisiert ablaufen. Auf Twitter gibt es bisher noch keine Rückmeldungen. ESA hat vor einer 3/4 getwittert, dass man derzeit auf Bestätigung wartet.

Außerdem steht dort noch
L2 Insertion Burn
Status: ONGOING.
 
macfly

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Ich bin sehr gespannt, was Webb uns zeigen wird. Hätte nicht gedacht, dass diese komplexe Mission so fehlerfrei abläuft :)
 
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Flint

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Ich habe da mal eine prinzipielle Frage zum L2 Orbit.
Welches ist die Kraft, den den Sat in den Orbit um den L2 zwingt?
Für einen stabilen Orbit müssen sich die Zentrifugalkräfte und Anziehungskräfte um den L2 aufheben.
Wenn ich es richtig verstanden habe, ist der L2 aber ein Punkt, in dem sich die Kräfte von Sonne und Erde neutralisieren. Also eine „Schwerkraft Singularität“
Wenn jetzt der Sat sich auf einer Kreisbahn um einen „kraft-freien“ L2 Punkt befindet, würde es ihn doch tangential aus der Bahn werfen?
Oder habe ich einen wichtigen Punkt übersehen?
 
A.G.I.L

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Genau das verstehe ich auch nicht so ganz. In einem Video ist zu sehen, dass die Sonde senkrecht zur Ebene der Ekliptik kreist. Aber im Mittelpunkt dieses Orbits ist keine Masse, deren Schwerkraft der Fliehkraft entgegenwirkt? Was also hält die Sonde in ihrem Orbit?
 
pok

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Ich glaube es ist gar kein Orbit, sondern eine oszillierende Bewegung, von der Erde aus gesehen kurz vor L2, dann lässt man sie zur Erde fallen und korrigiert nach einigen Monaten wieder mit einem kurzen Schub in Richtung L2.
 
Stratified

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Wie wäre es mal mit der Corioliskraft? Es ist ein Halo-Orbit in L2 instabil, in L3 und L4 wäre er stabil und würde deshalb keine Korrektur benötigen .
 
macfly

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Doch, es gibt schon einen Orbit. Die Sonde dreht sich ganz langsam um den L2 Punkt.

Und natürlich ist da eine Masse "in der Mitte": die Gravitation der Erde und der Sonne wirken auf Sonde. Siehe Bild unten. Man muss sich den Vektor der Gravitationskraft mal gedanklich aufteilen: in einen (sehr großen) Anteil der Gravitation von Erde und Sonne, die exakt entlang der Achse von L1/L2/L3 wirkt und die Sonde in Richtung Erde/Sonne zieht. Und in einen rechtwinkligen Anteil des Vektors (relativ klein), der die Sonde auf die L1/L2/L3 Achse zieht - weil sich die Sonde ja nicht im L2 "Punkt" bewegt, sondern etwas seitlich versetzt.

Dadurch dass sich die Sonde langsam um die Sonne dreht (synchron zur Erde), kompensiert sie den Anteil nur den Anteil der Gravitation von Erde und Sonne, die entlang der L1/L2/L3 Achse wirken. Da sie sich nun etwas seitlich von L2 bewegt, muss sie auch noch den kleinen Kraftanteil kompensieren, der sie jeweils in Richtung der Achse zieht. Diesen Anteil kompensiert sie, in dem sie um L2 kreist.

Das mit dem Orbit und Kreisen ist natürlich aber auch eine Frage des Standpunkts. Von der Erde aus gesehen kann man die Kreisbahn von Webb tatsächlich beobachten. Jemand der das ganze von außen betrachtet, würde dagegen sehen, dass sich Webb um die Sonne dreht - und dabei zusätzlich noch eine Schleifenbewegung macht...

Interessant ist auch, wie langsam das abläuft: natürlich dreht sich Webb 1x Jahr um die Sonne (synchron zur Erde). Zusätzlich dreht sie sich 2x Jahr um den L2 Punkt - also ein Orbit mit 6 Monaten Dauer. Daran sieht man, wie klein die Kräfte dort schon sind (wenn man das mal mit erdnahen Satelliten vergleicht).


Bild: NASA (public domain)
 
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Warum ein Orbit um L2 und warum ein Halo-Orbit.
Wir haben 2 Massen, Erde und Sonne. In L2 heben sich die Graviation und die Zentrifugalkraft gegenseitig auf. Komme ich etwas näher die Erde, überwiegt die Gravitation, bewegt man sich weiter weg überwiegt die Zentrifugalkraft. Wenn die Sonde sich jetzt an diesem Punkt aber etwas nach oben bewegt, also über der Linie Sonne-Erde , dann versuchen die kombinierten Kräfte von Sonne und Erde die Sonde wieder in Richtung L2 zu ziehen . Diese Rückstellkraft kontert, man durch eine Zentrifugalkraft. Wenn ich dem erhöhten Punkt eine Kreisbahn um L2 einleite , dann erzeuge ich eine Zentrifugalkraft, welche die Rückstellkraft ausgleicht. Dadurch bin ich automatisch auf einer Kreisbahn um L2. Da ich nur in Radialrichtung korrigieren muss ist L2 semistabil. Für ein Halo-Orbit wird auch kein Einschussmanöver benötigt weil die Sonde praktisch in den Orbit gezogen wird.
 

Flint

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Ja, kann ich bestätigen.
Genau so sah es aus, als ich durch mein Fernglas geschaut habe….🤣
 
macfly

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Ein sehr guter Beitrag, der sich mit der Flugbahn von Webb beschäftigt - auch mit der Frage, die wir oben schon diskutiert hatten, wie man eigentlich einen Punkt umkreisen kann, in dem keine Masse im Zentrum ist.

Auch viele interessante Details im Video, z.B. dass die finale Zündung des Triebwerks, die Webb in den L2 Orbit brachte, das Teleskop gerade mal um 1.5m/s beschleunigt hat. Die finale Korrektur war also nur ein minimaler Schubbser (1.5m/s schafft man auch zu Fuß).
Außerdem ist Webb absichtlich etwas zu nah an der Erde platziert worden (vor L2). Damit stellt man sicher, dass Webb immer in Richtund Erde "zurückfällt", so dass man mit dem Triebwerk auf der Unterseite immer wieder korrigieren kann (in die andere Richtung könnte man nicht korrigieren, ohne die Sensoren des Teleskops zu "versauen").

 
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Das erste Instrument mit Bildsensor ist einsatzbereit. Webb hat nun die ersten Photonen eingefangen, die durch sämtliche Elemente (Spiegel) des Teleskops gelaufen sind. Man hat daher diese Woche mit der Abstimmung der Spiegelsegmente begonnen, was nun 3 Monate dauern wird.

Im Blog beschreiben sie die unterschiedlichen Techniken, die in 7 Schritten erfolgen werden. Angefangen mit einer groben Abstimmung, um die Position der Spiegel zunächst auf die Ausrichtung der Sonde selbst abzustimmen, dann grobe Abstimmungen, um die Abbildung der Spiegelsegmente übereinander zu bringen. In den letzten Schritten wird die Position der Spiegel dann mit einer Genauigkeit von 50nm justiert:

 
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