Webb Uzay Teleskobu’nun L2’ye Milyon Mil Yolculuğu Neredeyse Tamamlandı

24 Ocak Pazartesi günü mühendisler talimat vermeyi planlıyor NASA‘s James Webb Uzay Teleskobu İkinci Güneş-Dünya Lagrange noktası veya kısaca “L2” olarak adlandırılan, Dünya’dan yaklaşık 1 milyon mil uzakta, onu istenen yörüngeye yerleştirecek son bir düzeltme yanmasını tamamlamak.

Matematiksel olarak, Lagrange noktaları, “kısıtlı üç cisim problemi” denen şeyin çözümleridir. Uzaydaki herhangi iki kütlesel, yerçekimsel olarak önemli nesne, yerçekimi kuvvetlerinin ve bir uzay aracı gibi küçük, üçüncü bir cismin hareketinin merkezkaç kuvvetinin dengede olduğu beş özel konum – Lagrange noktaları – oluşturur. Lagrange noktaları, L1’den L5’e kadar etiketlenir ve onları oluşturan iki kütleçekimsel cismin (önce büyük olan) adlarından önce gelir.

Güneş-Dünya sistemi ile ilişkili Lagrange noktaları. Lagrange Noktaları, Güneş ve Dünya gibi iki gövdeli bir sistemin yerçekimi kuvvetlerinin dengelendiği ve bir uzay aracının düşük yakıt tüketimi ile konumunda kalmasını sağlayan uzaydaki konumlardır. Görüntü, NASA’nın Dünya’dan yaklaşık 1,5 milyon km uzaklıktaki L2 çevresinde yörüngede dönen WMAP uzay aracını temsil eden küçük bir simge içeriyor. Kredi: NASA/WMAP Bilim Ekibi

Tüm Lagrange noktaları yerçekimi denge noktaları olsa da, hepsi tamamen kararlı değildir. L1, L2 ve L3, biraz daha yüksek iki tepe arasındaki bir tepenin ortasındaki bir nokta gibi, eyer şeklinde yerçekimi gradyanlarına sahip “meta-kararlı” konumlardır, burada iki tepe arasındaki düşük, sabit noktadır, ancak sırtın her iki tarafındaki vadilere göre hala yüksek, dengesiz bir nokta. L4 ve L5, her konumun uzun, yüksek bir sırtın veya tepenin ortasındaki sığ bir çöküntü veya çanak gibi olması bakımından kararlıdır.

Öyleyse neden Webb’i Sun-Earth L2’nin yörüngesine gönderelim? Çünkü kızılötesi gözlemevi için ideal bir yer. Sun-Earth L2’de Güneş ve Dünya (ve Ay da) her zaman uzayın bir tarafındadır ve Webb’in teleskop optiklerini ve araçlarını sürekli olarak gölgede tutmasına izin verir. Bu, kızılötesi hassasiyet için soğumalarına, ancak yine de gözlemler için herhangi bir anda gökyüzünün neredeyse yarısına erişmelerine olanak tanır. (Aşağıda gömülü videoya bakın.) Zaman içinde gökyüzündeki herhangi bir noktayı görmek için sadece birkaç ay beklemek ve Güneş’in etrafında daha uzağa seyahat etmek ve daha önce Güneş’in “arkasında” olan gökyüzünün daha fazlasını ortaya çıkarmak yeterlidir.

Üstelik, L2’de Dünya, ondan yayılan kabaca oda sıcaklığındaki ısının Webb’i ısıtmamasına yetecek kadar uzaktadır. Ve L2 yerçekimi dengesinin olduğu bir yer olduğu için, Webb’in orada bir yörüngeyi sürdürmesi kolaydır. L2’nin etrafında dönmenin, tam olarak L2’de durmaktan daha basit, daha kolay ve daha verimli olduğunu unutmayın. Ayrıca, tam olarak L2’de olmak yerine yörüngede dönerek Webb, Güneş’in asla Dünya tarafından tutulmasına izin vermeyecek, bu da Webb’in termal kararlılığı ve güç üretimi için gerekli. Aslında, Webb’in L2 etrafındaki yörüngesinin boyutu, Ay’ın Dünya çevresindeki yörüngesinden daha büyüktür! L2 ayrıca, Dünya’daki Görev Operasyonları Merkezi ile her zaman iletişim kurmak için uygundur. Derin Uzay Ağı. Dahil olmak üzere diğer uzay tabanlı gözlemevleri WMAP, Herschel, ve Planck Aynı nedenlerle Sun-Earth L2 yörüngesinde.

Genel olarak konuşursak, Sun-Earth L2’ye bir uzay aracı getirmek oldukça basittir, ancak Webb’in mimarisi bir kırışık ekledi. Webb’in Uçuş Dinamiği baş mühendisi Karen Richon, Webb’i L2’ye getirmeyi ve orada tutmayı anlatıyor:

“Bir topu olabildiğince sert bir şekilde havaya fırlatmayı düşünün; çok hızlı başlar, ancak yerçekimi onu Dünya’ya geri çekerken yavaşlar, sonunda zirvesinde durur ve sonra yere geri döner. Kolunuzun, topun Dünya yüzeyinden birkaç metre yukarı çıkması için enerji vermesine benzer şekilde, Ariane 5 roketi Webb’e 1,1 milyon kilometrelik büyük mesafeyi kat etmesi için enerji verdi, ancak Dünya’nın yerçekiminden kaçmak için yeterli enerjiyi vermedi. Tıpkı top gibi, Webb de yavaşlıyor ve eğer izin verirsek sonunda durup Dünya’ya doğru geri düşecekti. Topun aksine, Webb Dünya’nın yüzeyine geri dönmeyecek, ancak 300 kilometrelik bir yerberi irtifası ve 1.300.000 kilometrelik bir apoje irtifası ile son derece eliptik bir yörüngede olacaktı. Webb’deki küçük roket motorlarından üç haftada bir veya daha fazla itme gücü kullanmak, onu L2’nin yörüngesinde, altı ayda bir hale yörüngede etrafında dönmeye devam edecektir.

“Peki, Ariane neden Webb’e daha fazla enerji vermedi ve Webb’in neden rota düzeltmesine ihtiyacı vardı? Ariane, Webb’e onu L2’ye getirmek için gerekenden biraz fazla enerji vermiş olsaydı, oraya vardığında çok hızlı gidecek ve arzu ettiği bilim yörüngesini aşacaktı. Webb, yavaşlamak için Güneş’e doğru iterek önemli bir fren manevrası yapmak zorunda kalacaktı. Bu büyük yanık sadece çok fazla itici gaza mal olmakla kalmaz, aynı zamanda imkansız olurdu, çünkü Webb’in Güneş’e doğru itilmesi için 180 derece dönmesi gerekirdi, bu da teleskop optiklerini ve araçlarını doğrudan Güneş’e maruz bırakacak ve böylece onların aşırı ısınmasına neden olacaktı. yapılar ve onları bir arada tutan yapıştırıcıyı kelimenin tam anlamıyla eritir. Frenleme itişini yönlendirmenin bir yolu olarak teleskop üzerine iticiler monte etmek birkaç nedenden dolayı mümkün değildi ve hiçbir zaman bir tasarım seçeneği olmadı.

“Dolayısıyla Webb, Ariane roketinden asla geriye dönük bir yanma yapmak zorunda kalmamamızı sağlamak için yeterli enerji istedi, ancak farkı tam olarak telafi etmek ve onu istenen yörüngeye yerleştirmek için her zaman gözlemevinden bir yanma gerektirecekti. Ariane 5, Webb’i o kadar isabetli bir şekilde hedef aldı ki, ilk ve en kritik yanımız, planlamamız ve tasarlamamız gerekenden daha küçüktü ve uzun bir görev için daha fazla yakıt bıraktı!”

—Karen Richon, Webb Flight Dynamics baş mühendisi, NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Webb’in yörüngesinin ayrıntılı bir dökümü bulunabilir burada.