Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba - wątek dyskusyjny

[Patryk Sokol]

3 minuty temu, Krzysztof z Bagien napisał:

To tak nie działa - po pierwsze nie ma tak, że coś się w kosmosie "zatrzyma" samo z siebie, jak coś rozpędzisz, to potem musisz znów wydatkować energię, żeby to jakoś tam zatrzymać (pomijając już kwestię - względem czego?). Jak wystrzelisz coś w górę z Ziemi i to sobie będzie lecieć, aż się w końcu zatrzyma, to przecież nie pozostanie wtedy "zatrzymane", tylko zacznie spadać (chyba, że rozpędzisz to na tyle, żeby na dobre uciekło, ale wtedy się nigdy nie zatrzyma). Po drugie - poza energią wymaganą do rozpędzenia ładunku, musisz też uwzględnić energię zużytą do rozpędzenia paliwa - czyli potrzebne Ci dodatkowe paliwo, które też musisz rozpędzić i tak w nieskończoność; obczaj sobie wzór Ciołkowskiego.

Nie można tego pomijać, bo silniki chemiczne są tak mało wydajne, że masa startowa rakiety składa się prawie w całości z paliwa.

 

Poza tym - dużo prościej i sensowniej jako dostępnego "budżetu" używać nie energii, tylko prędkości właśnie - delta-V - nie na darmo mamy takie pojęcia jak pierwsza, druga, trzecia prędkość kosmiczna - co nie mówi nam nic wprost o energii. Np. żeby z powierzchni Ziemi dostać się na niską orbitę, potrzeba ok. 9km/s delta-V (nie wystarczy samo ~7,5km/s prędkości orbitalnej, bo opór powietrza no i trzeba kierunek wektora prędkości ustawić równolegle do powierzchni). Żeby potem z LEO polecieć np. na Księżyc i wylądować, potrzeba jeszcze ok. 6km/s. itp. I to są wartości stałe (oczywiście przy konkretnych założeniach profilu lotu), znane i zostały już dawno policzone i nie trzeba tego liczyć od nowa - a jak już znasz wymagania w kwestii delta-V, to znając sprawność silnika, masę własną rakiety i wymaganą masę ładunku, możesz sobie policzyć ile konkretnie paliwa będziesz potrzebował. Liczenie tego w drugą stronę jest o tyle trudne, że trzeba ciągle do równania dodawać kolejne porcje paliwa wymagane do rozpędzenia uprzednio dołożonego paliwa.

Dlatego właśnie Kerbal Space Program powinien być obowiązkowy w szkole na fizyce

Po trzech godzinach grania od razu się lepiej takie rzeczy rozumie.

[Krzysztof z Bagien]

Teraz, Patryk Sokol napisał:

Dlatego właśnie Kerbal Space Program powinien być obowiązkowy w szkole na fizyce

Po trzech godzinach grania od razu się lepiej takie rzeczy rozumie.

Dokładnie tak. Mam nawet przy biurku na tablicy przypiętą mapę prędkości z KSP, żebym nie musiał szukać jak rakietę buduję 

[Mareg]

@Krzysztof z Bagien, wielkie dzięki za przypomnienie tego wszystkiego !

Teraz tylko wystarczy to uwzględnić i podać nam tu lepsze oszacowanie o ile misja do JWST będzie bardziej energochłonna niż do HST.
 

[Patryk Sokol]

14 minut temu, Mareg napisał:

@Krzysztof z Bagien, wielkie dzięki za przypomnienie tego wszystkiego !

Teraz tylko wystarczy to uwzględnić i podać nam tu lepsze oszacowanie o ile misja do JWST będzie bardziej energochłonna niż do HST.
 

Energochłonność mówi Ci bardzo niewiele, kiedy nie znasz prędkości gazu wylotowych.

 

Tzn. ile dV uzyskujesz z jednostki masy zależy od prędkości gazów wylotowych, a to jest istotne, bo od tego zależy z jaką masą musisz wystartować, na każdy gram ładunku.

Polecam się zaznajomić:
https://pl.wikipedia.org/wiki/Wzór_Ciołkowskiego

https://pl.wikipedia.org/wiki/Impuls_właściwy

 

A jeszcze bardziej polecam pograć w Kerbala

 

[Krzysztof z Bagien]

1 minutę temu, Mareg napisał:

@Krzysztof z Bagien, wielkie dzięki za przypomnienie tego wszystkiego !

Teraz tylko wystarczy to uwzględnić i podać nam tu lepsze oszacowanie o ile misja do JWST będzie bardziej energochłonna niż do HST.
 

Tylko po co tak właściwie? Bo dyskutujemy i kombinujemy - ale co w sumie chcemy osiągnąć? Porównywanie "energochłonności" jako takiej chyba nie ma większego sensu, jak już to należałoby to rozpatrywać w dolarach.

Wykonalne to na pewno jest, skoro rakieta używana przede wszystkim do wynoszenia satelitów na orbitę geostacjonarną jest w stanie to ogarnąć - w sensie cały teleskop wraz z jego własnym paliwem - to spokojnie da radę też wysłać do L2 automatyczny statek, żeby potem to paliwo uzupełnić (bo ludzi faktycznie nie ma sensu tam słać); zresztą nie nie tylko Ariane by sobie poradziła, nie potrzeba nawet Starshipa, Falcon Heavy na stówę da radę, a w sumie nie wiem, czy zwykły (bez "Heavy") by nie wystarczył, Delta też, ale te już się właśnie kończą. Koszt startu danej rakiety jest mniej-więcej stały.

[Krzysztof z Bagien]

A jeszcze takie coś, jak już rozmawiamy o energii: JWST waży nieco ponad 6 ton, a HST - 11 ton. Do tego Hubble'a na orbicie umieścił wahadłowiec Discovery, który sam (pusty) waży coś koło 78 ton. Jak się to uwzględni, to pewnie się okaże, że na wystrzelenie JWST poszło sporo mniej energii, niż na HST - więc jakby coś, to jeszcze mamy zapas na ewentualne dotankowanie 

[Szymon Szozda]

@Krzysztof z Bagien Kiedyś paliwo było po 2zł, dzisiaj jest po 6 

[Krzysztof z Bagien]

Jak Hubble poleciał w kosmos, to ja dostawałem 10.000zł kieszonkowego, takżę ten...

[lemarc]

https://spaceflightnow.com/2021/12/28/high-stakes-sunshield-deployment-begins-on-webb-telescope/

[bartolini]

Jakby ktoś miał coś do wysłania na Ariane 5 - wrzucam manual

https://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2016/10/Ariane5-users-manual-Jun2020.pdf

[szuu]

12 godzin temu, Krzysztof z Bagien napisał:

W każdym razie - jak coś jest w stanie polecieć na Księżyc (nawet bez lądowania), to doleci i do L2.

tak naprawdę to odpowiedź znaliśmy zanim jeszcze postawiono pytanie  bo skoro może tam polecieć teleskop (HST czy Webb) to równie łatwo w to samo miejsce może polecieć kolejna taka sama rakieta albo i 10 rakiet.

poziom trudności podnosi dopiero wymaganie żeby poleciał tam pojazd załogowy ale nie jest to bezwzględna konieczność.

 

a jeszcze w temacie poziomu trudności i wymagań energetycznych.

nawet nie mając pojęcia o fizyce, prędkościach i orbitach, można coś próbować odgadnąć patrząc na tabelkę startów ariane:

 https://en.wikipedia.org/wiki/Ariane_5#List_of_launches

 

przeciętna masa na niską orbitę: 20 ton

przeciętna masa na orbite geostracjonarną: 10 ton

masa webba: 6 ton

misje międzyplanetarne: 3-4 tony

 

przyjmując że najczęściej masa ładunku jest największa jak to możliwe bo satelitę lub sondę projektuje się pod dostępne środki transportu na orbitę, daje to jakiś obraz o ile ciężej jest coś wysłać daleko niż blisko. ciężej ale na pewno nie 13 razy ciężej.

Edytowane 29 Grudnia 2021 przez szuu
i jeszcze uzupełnienie o masach ładunku wynoszonych przez ariane

[MateuszW]

Ja proponowałem Starshipa jako misję zalogową, która przede wszystkim musi wrócić A na powrót potrzeba sporo paliwa (oczywiście znacznie mniej niż na start). Jej czas trwania to ok 2 miesiące, więc trzeba sporo zapasów, powietrza itp. Np Dragon czy Sojuz nie są w stanie tyle przebywać bez zadokowania, Orion to nie wiem (ale paliwa raczej miałby za mało i tak).

Jeśli ograniczamy się do misji autonomicznej, to nie ma tematu, bierzemy Ariane czy jakaś podobna rakiete i tyle. Pytanie czy taką operacje da się wykonać autonomicznie, biorąc pod uwagę brak przystosowania teleskopu, brak portu dokowania itp. Opóźnienie sygnału wyniesie już sporo, więc nie da się tego robić zdalnie. 

[Krzysztof z Bagien]

Orion to, póki co, pieśń przyszłości; a co do reszty - w sumie to nawet gdyby były w stanie utrzymać załogę przy życiu przez tak długi czas, to nie wiem, czy przetrwałyby powrót do atmosfery z L2.

[Martyn]

4 godziny temu, Krzysztof z Bagien napisał:

Orion to, póki co, pieśń przyszłości; a co do reszty - w sumie to nawet gdyby były w stanie utrzymać załogę przy życiu przez tak długi czas, to nie wiem, czy przetrwałyby powrót do atmosfery z L2.

Starshipy będą docelowo wielokrotnego użytku, także będzie ich sporo. Taka misja wymagałaby tankowania na orbicie.

Nie wiem dlaczego statek nie miałby być w stanie wrócić na Ziemię? W każdym razie zawsze w razie obaw mógłby czekać na załogę świeżo wysłany z Ziemii kolejny Starship.

 

Kto wie, może pierwsza misja dalej niż Księżyc odbędzie się nie do Marsa, a do Webba…

Edytowane 29 Grudnia 2021 przez Martyn

[Krzysztof z Bagien]

14 minut temu, Martyn napisał:

Nie wiem dlaczego statek nie miałby być w stanie wrócić na Ziemię?

Nie mówię o Starshipie, tylko o Dragonie i Sojuzie. Wrócić, to by pewnie wróciły, tylko nie jestem pewien, czy w jednym kawałku  One są chyba raczej zaprojektowane tak, żeby przeżyć powrót do atmosfery z LEO, a jak będą wracać z L2, to będą mieć dużo większą prędkość, więc nie wiem, czy przeciążenia i/lub temperatura nie byłaby dla nich (albo dla załogi) za wysokie.

[Niki]

Panowie ! Wszelkie dywagacje na temat serwisowania JWST są bez sensu, a zwłaszcza przez wyprawę z udziałem załogi. Webb nie jest przystosowany do serwisowania, NASA postawiła sprawę jasno. Nie jest to brane nawet pod uwagę. Przygotowanie tak ryzykownej misji  (także dla samego teleskopu) z wieloma niewiadomymi co do sukcesu byłoby bardziej kosztowne niż zbudowanie nowego Webba. Jedyne co jest rozważane , to sprawdzenie możliwości wysłania zautomatyzowanego pojazdu/robota w celu uzupełnienia paliwa.

[Niki]

Od 4 godzin trwa podnoszenie wieży na której jest umieszczone lustro Webba. Zespoły inżynierów rozpoczęły proces podnoszenia Deployable Tower Assembly (DTA) . Po rozłożeniu DTA stworzy się przestrzeń między statkiem kosmicznym a teleskopem, aby umożliwić lepszą izolację termiczną i zapewnić miejsce na rozłożenie osłony przeciwsłonecznej.

Oczekuje się, że to wdrożenie zajmie co najmniej sześć godzin. Jest to proces kontrolowany przez człowieka, który zapewnia zespołowi elastyczność w zakresie wstrzymywania, oceny danych i wprowadzania korekt w razie potrzeby.

 

aktualny wygląd JWST

 

[Niki]

Świetne wieści z NASA.  Analiza pokazuje, że do skorygowania trajektorii Webba do  L2 , potrzeba mniej paliwa niż pierwotnie planowano. W konsekwencji Webb będzie miał go  znacznie więcej do manewrów  po dotarciu do celu, co może znacząco wydłużyć czas działania teleskopu . Dodatkowe paliwo jest w dużej mierze zasługą precyzji startu  Ariane 5, która przekroczyła wymagania potrzebne do wprowadzenia Webba na właściwą ścieżkę, a także precyzji  65-minutowego odpalenia silników korekcyjnych Webba. Wyjaśniła się tym samym przyczyna wcześniejszego rozłożenia panelu słonecznego. Dokładność trajektorii Ariane 5 spowodowała, że już w 29 minucie Webb  osiągnął  zaprogramowaną pozycję względem Słońca i  był w stanie rozłożyć  panel słoneczny około półtorej minuty po oddzieleniu, zamiast planowanego 5,5 minuty.

[MateuszW]

Godzinę temu, Niki napisał:

Dodatkowe paliwo jest w dużej mierze zasługą precyzji startu  Ariane 5, która przekroczyła wymagania potrzebne do wprowadzenia Webba na właściwą ścieżkę

Odwracając kota ogonem można powiedzieć, że to dobrze, że wybrano tak duży margines bezpieczeństwa "niedoboru" pracy silników rakiety, bo jak widać, nadały one teleskopowi nieco większą prędkość, niż oczekiwana. Więc gdyby przyjęto mniejszy margines, to rakieta mogłaby przekroczyć graniczną prędkość i posłać Webba hen daleko za L2  Bo całe ryzyko polega na tym, aby precyzyjnie zbliżyć się do granicznej prędkości i jej nie przekroczyć, aby teleskop zatrzymał się tuż przed L2 (jeśli chodzi o odległość od Ziemi), bo tylko wtedy jego silniki skierowane do Ziemi będą w stanie utrzymywać go na orbicie. Gdyby prędkość została przekroczona i nie zatrzymał się on przed L2, to nie ma już możliwości na wykonanie odwrotnej korekty, bo wymagałoby to odwrócenia teleskopu do Słońca i usmażenia instrumentów.

[Patryk Sokol]

Godzinę temu, MateuszW napisał:

Gdyby prędkość została przekroczona i nie zatrzymał się on przed L2, to nie ma już możliwości na wykonanie odwrotnej korekty, bo wymagałoby to odwrócenia teleskopu do Słońca i usmażenia instrumentów.

Ale to po rozłożeniu.

Przed rozłożeniem, to mógłby się obrócić bez krzywdy dla siebie.

[MateuszW]

14 minut temu, Patryk Sokol napisał:

Ale to po rozłożeniu.

Przed rozłożeniem, to mógłby się obrócić bez krzywdy dla siebie.

No to w takim razie po co rakieta celowała w zbyt małą prędkość, jeśli teleskop mógłby skorygować nadmiar w pierwszej korekcie kursu? Wg mnie on nawet złożony nie może się odwrócić, choć wydaje się to dziwne. Ale może czegoś nie rozumiem  

[Patryk Sokol]

5 minut temu, MateuszW napisał:

No to w takim razie po co rakieta celowała w zbyt małą prędkość, jeśli teleskop mógłby skorygować nadmiar w pierwszej korekcie kursu? Wg mnie on nawet złożony nie może się odwrócić, choć wydaje się to dziwne. Ale może czegoś nie rozumiem  

Dlatego, że jak jesteś 20m/s pod idealną prędkością to potrzebujesz wywalić 20m/s dV na samą poprawkę, a jak 20m/s nad to potrzebujesz 20m/s dV poprawki i zużyć paliwo na obrócenie się.

Dać się da, ale strata większa.

[Niki]

35 minut temu, Patryk Sokol napisał:

Przed rozłożeniem, to mógłby się obrócić bez krzywdy dla siebie.

W żadnym wypadku nie mógłby. Webb ma tylko silniki odrzutowe po ciepłej, zwróconej ku Słońcu stronie obserwatorium. NASA nie chciała , aby gorące silniki strumieniowe zanieczyszczały zimną stronę obserwatorium niepożądanym ciepłem lub spalinami rakietowymi, które mogłyby skraplać się na zimnej optyce. Oznacza to, że silniki  mogą jedynie odpychać Webba od Słońca.

[Krzysztof z Bagien]

47 minut temu, Patryk Sokol napisał:

Ale to po rozłożeniu.

Przed rozłożeniem, to mógłby się obrócić bez krzywdy dla siebie.

Niee. Wprost mówili, że jeśli Ariane przestrzeli, to będzie po wszystkiemu i że JWST nie może się odwrócić zimną stroną do Słońca. Jak górny stopień już się oddzielił i odpalił silnik, to musiał się "bujać" po to, żeby właśnie teleskopu nie przegrzać, mówili nawet podczas streama:

Edytowane 29 Grudnia 2021 przez Krzysztof z Bagien

[Patryk Sokol]

12 minut temu, Niki napisał:

W żadnym wypadku nie mógłby. Webb ma tylko silniki odrzutowe po ciepłej, zwróconej ku Słońcu stronie obserwatorium. NASA nie chciała , aby gorące silniki strumieniowe zanieczyszczały zimną stronę obserwatorium niepożądanym ciepłem lub spalinami rakietowymi, które mogłyby skraplać się na zimnej optyce. Oznacza to, że silniki  mogą jedynie odpychać Webba od Słońca.

OK, w takim razie mój błąd, nie doczytałem.