JWST - Überlegungen zu Servicemissionen

[Terminus]

Wichtig ist doch aber, dass das Teleskop später einwandfrei funktioniert, dafür ist eine etwas längere Wartezeit doch hinnehmbar.

Auf jeden Fall! Man bedenke nur mal, wie lange Hubble jetzt schon aktiv ist - 27 Jahre! Einer der dienstältesten "Satelliten"...

Dennoch bringt es mich auf folgende Überlegung. Mal angenommen, für das JWST würde man auch irgendwann mal Wartungs- und gar Reparaturmissionen erwägen. Das Teleskop ist dann aber nicht im Erdorbit, sondern am Lagrangepunkt, also schon etwas weiter weg. Aber jetzt mal vorausgesetzt, man hätte die erforderliche Rakete und Raumkapsel(n) dafür, wäre das dann SO eine große Herausforderung, da hinzufliegen und an dem Teleskop zu arbeiten? Die Lichtverhältnisse dürften schließlich ähnliche sein wie im Erdorbit, die Funksprüche zur Erde dauern auch nur unwesentlich länger, und dass Menschen es wochenlang im All aushalten, wissen wir auch schon lange.

[MpunktApunkt]

Wichtig ist doch aber, dass das Teleskop später einwandfrei funktioniert, dafür ist eine etwas längere Wartezeit doch hinnehmbar.

Auf jeden Fall! Man bedenke nur mal, wie lange Hubble jetzt schon aktiv ist - 27 Jahre! Einer der dienstältesten "Satelliten"...

Dennoch bringt es mich auf folgende Überlegung. Mal angenommen, für das JWST würde man auch irgendwann mal Wartungs- und gar Reparaturmissionen erwägen. Das Teleskop ist dann aber nicht im Erdorbit, sondern am Lagrangepunkt, also schon etwas weiter weg. Aber jetzt mal vorausgesetzt, man hätte die erforderliche Rakete und Raumkapsel(n) dafür, wäre das dann SO eine große Herausforderung, da hinzufliegen und an dem Teleskop zu arbeiten? Die Lichtverhältnisse dürften schließlich ähnliche sein wie im Erdorbit, die Funksprüche zur Erde dauern auch nur unwesentlich länger, und dass Menschen es wochenlang im All aushalten, wissen wir auch schon lange.

Dann muss Elon Musk entweder was großes interplanetarisches aus dem "boring hat" zaubern, oder das SLS bekommt doch noch eine prestigeträchtige Mission, wie damals das Shuttle bei den Hubble Reparaturen.

[Prodatron]

Das JWST ist meines Wissens nach nicht für Wartung ausgelegt, jedenfalls nicht in dem Maße wie es Hubble ist/war.
Es kann lediglich durch eine Robotermission nachgetankt werden. Die Treibstoffmenge ist für 10 Jahre Orbit-Stabilisierung ausgelegt. Durch so eine unbemannte Auftank-Aktion könnte die Missionsdauer dann verlängert werden.

[Pham]

Bei der Konzeption des JWST ist man wohl nicht davon ausgegangen, dass man entsprechende bemannte Fahrzeuge hat, welche das JWST auch erreichen können.
Mit Orion und/oder Dragon stünden diese ggf. zur Verfügung. Insofern hätte man auf der verzweifelten Suche nach Sinn des SLS/Orion doch noch ein Ziel gefunden, dass man dort alle 5 bis 10 Jahre mal hinfliegt.
Und das wäre definitiv BEO.

[Nitro]

Bei der Konzeption des JWST ist man wohl nicht davon ausgegangen, dass man entsprechende bemannte Fahrzeuge hat, welche das JWST auch erreichen können.
Mit Orion und/oder Dragon stünden diese ggf. zur Verfügung. Insofern hätte man auf der verzweifelten Suche nach Sinn des SLS/Orion doch noch ein Ziel gefunden, dass man dort alle 5 bis 10 Jahre mal hinfliegt.
Und das wäre definitiv BEO.

Es war or einiger Zeit mal wirklich angedacht JWST mit einem Docking-Adapter fuer Orion auszustatten. Man hat sich aber dann doch wieder dagegen entschieden, wahrscheinlich aus Kostengruenden.

[-eumel-]

Vielleicht eher, weil Orion dazu unfähig ist.
Das ist eben kein Space Shuttle.

Für eine Service Mission müsste das Teleskop ja erstmal eingefangen und irgendwie befestigt werden.
Raumfahrer müssten beim Außenbordeinsatz irgendwo fixiert sein - etwa auf den Roboterarm.

Orion hat eigentlich gar nichts:
- keinen Roboterarm
- keinen Frachtraum
- keine Luftschleuse
- keine Außenbord-Kameras zur Überwachung der Arbeitsschritte

Damit kann das JWST wohl nicht gewartet, repariert oder betankt werden.

Sie sollten am besten gleich anfangen, ein neues Teleskop zu bauen, damit das in zehn Jahren dann fertig ist.

[Sensei]

Damit würde ich allerdings eindeutig erst einmal warten bis ersichtlich ist, ob die neuen Schwerlastraketen fertig werden und sicher fliegen.

Und bis die Untersuchungen zu den gründen der Kostenexplosionen fertig sind...

[Steppenwolf]

Ein 10Mrd Teleskop dieser Bauart sollte nicht gestartet werden ohne Möglichkeit zur Wartung. Die Mechanik beim JWST ist, nun ja "einzigartig". Es gibt einfach zu viele Showstopper welche die Mission killen können. Eine Antenne oder sonst ein Teil das sich nicht voll entfaltet und game over. Die Vergangenheit ist voller Beispiele. Aber wer weiß, vielleicht kommt eine bemannte Dragon auf einer FH hier noch zu ihrem großen Auftritt

[websquid]

Ein 10Mrd Teleskop dieser Bauart sollte nicht gestartet werden ohne Möglichkeit zur Wartung. Die Mechanik beim JWST ist, nun ja "einzigartig". Es gibt einfach zu viele Showstopper welche die Mission killen können. Eine Antenne oder sonst ein Teil das sich nicht voll entfaltet und game over. Die Vergangenheit ist voller Beispiele. Aber wer weiß, vielleicht kommt eine bemannte Dragon auf einer FH hier noch zu ihrem großen Auftritt

Stellt sich die Frage wie viel teurer das Teil noch wäre, wenn es darauf ausgelegt wäre, im All gewartet zu werden. Und wenn man dann noch überlegt, was die eigentliche Wartungsmission kosten würde...

Ein großer Teil der Kosten ist schließlich die Entwicklung - wenn was schiefgeht, wäre ein (eventuell leicht korrigierter) Nachbau günstiger zu starten, als von Anfang an auf Wartung auszulegen und das auch tatsächlich tun zu müssen.

[Steppenwolf]

[Stellt sich die Frage wie viel teurer das Teil noch wäre, wenn es darauf ausgelegt wäre, im All gewartet zu werden. Und wenn man dann noch überlegt, was die eigentliche Wartungsmission kosten würde...

Ein großer Teil der Kosten ist schließlich die Entwicklung - wenn was schiefgeht, wäre ein (eventuell leicht korrigierter) Nachbau günstiger zu starten, als von Anfang an auf Wartung auszulegen und das auch tatsächlich tun zu müssen.

Bei der ISS erinnere ich mich an mechanische Probleme beim Entfalten von Solarpanels ,die durch menschliche Einwirkung gelöst werden konnten. Solch ein Szenario kann beim JWST verdammt schnell aktuell werden. Ene Dragon "Rettungsmission" dürfte dagegen billig ausfallen, selbst mit den dafür notwendigen Änderungen an Kapsel und Oberstufe.

[-eumel-]

Dragon hat im Unterschied zu Orion wenigstens noch den Trunk, in dem Ersatzteile und Werkzeuge transportiert werden könnten.
Aber auch Dragon ist kein Space Shuttle.

[NotTheAndroidYouSearching]

Dann muss Elon Musk entweder was großes interplanetarisches aus dem "boring hat" zaubern, oder das SLS bekommt doch noch eine prestigeträchtige Mission, wie damals das Shuttle bei den Hubble Reparaturen.

Nur kostet das fast soviel pro mission wie ein neues JWST.
Eher noch eine DragonV2 auf einer langen Mission mit einer FH. ;-)

[christiankrause6]

Gibt es eigentlich Backup-Bauteile wie z.B. ein zweiter Spiegel bei Hubble um bei einen evtl. Ausfall des JWST schnell ein neues modifiziertes Teleskop zu fertigen?

[Duncan Idaho]

Wenn wir uns um was sorgen machen müssen, sind das die Stabilisationskreisel.
Ich denke nicht das die austauschbar sind, somit ist der Drops dann ehe gelutscht.

Wie viele "Gyro´s" hat das JWST mit?
Hubble hat 6 (auch ausgetauschte), und da gabs nicht wenige Ausfälle!

[Prodatron]

Spätestens seit Kepler wird man doch wohl versuchen, die Gyros für so ein wichtiges und (fast) nicht wartungs-fähiges Teleskop langlebiger bzw. redundanter zu machen?

[christiankrause6]

Ich meine mal gelesen zu haben, das die Gyros an der Position L2 kaum oder extrem viel weniger benutzt werden, da sich das JWST im Gegensatz zum Hubble so gut wie gar nicht bewegt und sich im freien Drift befindet. Hubbles Optik muss auf Grund der geringen Umlaufbahn ständig über die Drallräder kontrolliert mitgeführt werden um nicht das Bild zu verlieren.

[Duncan Idaho]

Ich meine mal gelesen zu haben, das die Gyros an der Position L2 kaum oder extrem viel weniger benutzt werden, da sich das JWST im Gegensatz zum Hubble so gut wie gar nicht bewegt und sich im freien Drift befindet. Hubbles Optik muss auf Grund der geringen Umlaufbahn ständig über die Drallräder kontrolliert mitgeführt werden um nicht das Bild zu verlieren.

Das würde mich schon mal sehr beruhigen.

[Prodatron]

Hubble ist damit nicht vergleichbar und ein Extremfall aufgrund des (LEO) Orbits um die Erde.
Aber für Kepler gilt ja ähnliches wir für das JWST. Es muß sich auch nicht quasi alle 90 Minuten komplett drehen.

[m.hecht]

Ich meine mal gelesen zu haben, das die Gyros an der Position L2 kaum oder extrem viel weniger benutzt werden, da sich das JWST im Gegensatz zum Hubble so gut wie gar nicht bewegt und sich im freien Drift befindet. Hubbles Optik muss auf Grund der geringen Umlaufbahn ständig über die Drallräder kontrolliert mitgeführt werden um nicht das Bild zu verlieren.

Da muss ich doch nochmal drauf eingehen. Warum sollte man die Gyros brauchen um beim Hubble einen fixen Punkt am Himmel halten zu können? Das sich das Teleskop um die Erde dreht ist irrelevant. Einem Objekt im Orbit muss man nur einen Impuls geben, dann dreht es sich in irgend eine Richtung und zwar so lange, bis es einen Impuls in eine andere Richtung erhält. Das Hubble (wie auch das JWST) muss nur so getrimmt sein, dass es immer auf den gleichen Punkt "starrt". Nur weil z.B. die ISS so getrimmt ist, dass die Erde immer "unten" ist, heißt das nicht, dass keine anderen Modis möglich sind. Bei der ISS ist die Eigendrehung der Station so gewählt, das die Station einmal pro Erdumlauf auch einen "Purzelbaum" in Flugrichtung macht. Sie dreht sich also in 90 Minuten nicht nur einmal um die Erde, sondern auch einmal um sich selbst. Dazu müssen die Gyros aber auch nicht immer eingesetzt werden. Die Drehung der Station muss nur einmal initiiert werden. Danach müssen die Gyros nur noch die Abweichungen ausgleichen. Das ist aber beim Hubble und beim JWST nicht anders.

Die ISS (wie jedes Objekt im Orbit) kann aber auch andere Modis fliegen. Wenn man den Purzelbaum weglässt, sich die ISS also nicht einmal pro Orbit auch selbst dreht, dann sind die Sterne (von der ISS aus gesehen) auch immer am gleichen Platz, nur die Erde ist dann nicht mehr immer "unten".


Mane

[m.hecht]

Auch ja, ganz vergessen: Warum braucht man dann überhaupt die Gyros so dringend? Ganz einfach. Man will sowohl bei Hubble als auch beim JWST ja immer wieder andere Objekte ansehen. Die Teleskopzeit beim Hubble ist sauteuer und beim JWST wirds sicherlich nicht billiger werden. Die Teleskope müssen also ständig neu ausgerichtet werden. Alleine schon deshalb, weil man immer andere Objekte ansehen will. Klar, die Gyros gleichen auch die Abweichungen aus. Das ist schon richtig. Aber das ständige Neuausrichten belastet auf jeden Fall wesentlich mehr.

[Prodatron]

Die Drehung der Station muss nur einmal initiiert werden.

Speziell bei der ISS ist das sicherlich nicht so einfach, da die ständige Drehung der Solarpanels (auf der Tagesseite immer optimal auf die Sonne ausgerichtet, auf der Nachtseite für minimale Athmosphärenbremsung) doch wohl einen größeren Impuls bewirkt? Muß da nicht permanent gegengesteuert werden, um die Station selbst immer zur Erde hin auszurichten?

Danach müssen die Gyros nur noch die Abweichungen ausgleichen. Das ist aber beim Hubble und beim JWST nicht anders. [...] Die Teleskope müssen also ständig neu ausgerichtet werden. Alleine schon deshalb, weil man immer andere Objekte ansehen will. Klar, die Gyros gleichen auch die Abweichungen aus. Das ist schon richtig. Aber das ständige Neuausrichten belastet auf jeden Fall wesentlich mehr.

Stimmt, danke, das leuchtet ein. Ob die Gyros bei Kepler dann recht schwach (zu unrobust) ausgelegt waren, weil Kepler ja jahrelang immer nur auf die selben 100.000 Sterne gestarrt hat und lediglich die Sonnenumrundung ausgleichen mußten?
Wie gesagt frage ich mich halt, ob so eine Panne wie bei Kepler für das JWST wesentlich unwahrscheinlicher ist.

[m.hecht]

Die Drehung der Station muss nur einmal initiiert werden.

Speziell bei der ISS ist das sicherlich nicht so einfach, da die ständige Drehung der Solarpanels (auf der Tagesseite immer optimal auf die Sonne ausgerichtet, auf der Nachtseite für minimale Athmosphärenbremsung) doch wohl einen größeren Impuls bewirkt? Muß da nicht permanent gegengesteuert werden, um die Station selbst immer zur Erde hin auszurichten?

Hm, eigentlich nicht. Man könnte die Station doch idealisiert als drei unabhängige Teile sehen. Die Solarflächen links (also alles ab dem Drehgelenk links), den zentralen Bereich (Druckmodule und mittlere Gitterstruktur) und die Solarflächen rechts (also alles ab dem Drehgelenk rechts). In einer idealen Welt könnten diese drei Teile doch mit nur jeweils einem Zentimeter Abstand nebeneinander herfliegen, nur dass der Zentralbereich einmal pro Erdumrundung eine Eigendrehung macht, während die beiden Solarbereiche das nicht machen. Solange die Drehungen KONSTANT sind, würde doch jedes Element für sich genau das machen was wir wollen, ohne das man in irgendeinerweise gegensteuern müsste. Klar, wir leben in keiner idealen Welt. Die Drehgelenke haben Reibung. Die Solarflächen selbst haben einen anderen Widerstand als der Zentralbereich. Das alle muss ausgegleichen werden. Aber es ist meines Erachtens nicht so, dass die Gyros ständig gegen die Drehung der Solarbereiche "ankämpfen" müssten.

Danach müssen die Gyros nur noch die Abweichungen ausgleichen. Das ist aber beim Hubble und beim JWST nicht anders. [...] Die Teleskope müssen also ständig neu ausgerichtet werden. Alleine schon deshalb, weil man immer andere Objekte ansehen will. Klar, die Gyros gleichen auch die Abweichungen aus. Das ist schon richtig. Aber das ständige Neuausrichten belastet auf jeden Fall wesentlich mehr.

Stimmt, danke, das leuchtet ein. Ob die Gyros bei Kepler dann recht schwach (zu unrobust) ausgelegt waren, weil Kepler ja jahrelang immer nur auf die selben 100.000 Sterne gestarrt hat und lediglich die Sonnenumrundung ausgleichen mußten?
Wie gesagt frage ich mich halt, ob so eine Panne wie bei Kepler für das JWST wesentlich unwahrscheinlicher ist.

Sicherlich sind die Gyros bei Kepler für dessen starren Blick optimiert. Ich würde allerdings nicht sagen, dass sie ZU SCHWACH ausgelegt waren. Kepler wurde für eine gewisse Einsatzzeit konzipiert. Für die K2 Mission war Kepler nicht ausgelegt. Ich würde es also nicht als Panne bezeichnen, im Gegenteil. Kepler hat seine Mission mit Bravur erfüllt und leistet in einer erweiterten Mission noch wichtige Beiträge bei der Erforschung des Universums.

Was das JWST betrifft ist auch dieses Teleskop für eine bestimmte Missionszeit (5,5 bis 10 Jahre) ausgelegt. Alles über dieser Zeit ist ein Plus das man natürlich gerne mitnimmt. Aber wenn im 15. Jahr was kaputt geht, dann steht das dem Teleskop sozusagen zu.


Mane

[Prodatron]

Stimmt, Kepler war ja ursprünglich nur für 3,5 Jahre ausgelegt, da haben die Gyros sogar länger gehalten als geplant, ich nehm alles zurück

Solange die Drehungen KONSTANT sind, würde doch jedes Element für sich genau das machen was wir wollen, ohne das man in irgendeinerweise gegensteuern müsste.

Die Drehung der Panele ist meines Wissens nach ja nicht konstant wegen der unterschiedlichen Tag- (Sonnennachführung) und Nachtseiten- (starr in "schnittiger" Stellung) Ausrichtung, die ca. alle 45 Minuten abwechselt. Aber ok, jetzt wird's off-topic.
*EDIT* Siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Night_Glider_mode

[Duncan Idaho]

Ich musste mich jetzt schlau machen. Lässt mir nämlich schon lange keine Ruhe.

m.Hecht hat vollkommen Recht.

Im L2 richtet man einfach viel weniger neu aus.
Hubble ist ja in einem LEO und somit sind die meisten Objekte der Beobachtung nach 40 Minuten wieder weg.

Das Hubble-Teleskop umkreist hingegen die Erde, weshalb die maximale Belichtungszeit etwa 40 Minuten beträgt, da beobachtete Sterne danach – vom Hubble-Teleskop aus gesehen – unter dem Erdhorizont verschwindet.

Quelle: Wiki

Der JWST-Bus beinhaltet 6 "Drallräder" (Gyros, Stabilisationskreisel).
Und da haben wir unsere "Verschleißteile". 
Ich hoffe sie halten ewig.

Ach ja, man hat die sogar schon mal ausgetauscht. Oxidation an den Leiterbahnen oder so. 
Edit: Das war beim HST (Hubble)

[m.hecht]

Solange die Drehungen KONSTANT sind, würde doch jedes Element für sich genau das machen was wir wollen, ohne das man in irgendeinerweise gegensteuern müsste.

Die Drehung der Panele ist meines Wissens nach ja nicht konstant wegen der unterschiedlichen Tag- (Sonnennachführung) und Nachtseiten- (starr in "schnittiger" Stellung) Ausrichtung, die ca. alle 45 Minuten abwechselt. Aber ok, jetzt wird's off-topic.
*EDIT* Siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Night_Glider_mode

Hier ist das OT. Deshalb hab ich im ISS Thread geantwortet.

https://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=3793.msg408564#msg408564