Webb’in L2 yolculuğu neredeyse tamamlandı

24 Ocak Pazartesi günü mühendisler, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’na, Dünya’dan yaklaşık 1 milyon mil uzakta, ikinci Güneş-Dünya Lagrange noktası olarak adlandırılan yörüngeye yerleştirecek son bir düzeltme yanığını tamamlaması talimatını vermeyi planlıyorlar. veya kısaca “L2”.

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.

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. Zaman içinde gökyüzündeki herhangi bir noktayı görmek, Güneş’in etrafında daha uzağa seyahat etmek ve daha önce Güneş’in “arkasındaki” gökyüzünün daha fazlasını ortaya çıkarmak için sadece birkaç ay beklemeyi gerektirir.

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, Derin Uzay Ağı aracılığıyla Dünya’daki Görev Operasyonları Merkezi ile her zaman teması sürdürmek için de uygundur. WMAP, Herschel ve Planck gibi diğer uzay tabanlı gözlemevleri de aynı nedenlerle Sun-Earth L2’nin yörüngesinde dönüyor.

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. Topa Dünya yüzeyinden birkaç metre yukarı çıkması için enerji veren kol Ariane 5 roketi, Webb’e 1,1 milyon kilometrelik büyük mesafeyi gitmesi için enerji verdi, ancak Dünya’nın yerçekiminden kaçmak için yeterli enerjiyi vermedi. yavaşlayacaktı ve eğer izin verirsek, sonunda durup Dünya’ya doğru düşecekti.Topun aksine, Webb Dünya’nın yüzeyine geri dönmeyecek, 300 kilometrelik bir perigee irtifasıyla son derece eliptik bir yörüngede olacaktı ve 1.300.000 kilometrelik bir zirve irtifa Webb’deki küçük roket motorlarından her üç haftada bir veya daha fazla itme gücü kullanmak, onu L2’nin yörüngesinde, altı ayda bir hale yörüngede etrafında dönmeye devam edecektir.

“Öyleyse, Ariane neden Webb’e daha fazla enerji vermedi ve Webb’in rota düzeltmesine neden ihtiyacı vardı? Ariane Webb’e L2’ye getirmek için gerekenden biraz fazla enerji vermiş olsaydı, aldığında çok hızlı gidiyor olurdu. Webb yavaşlamak için Güneş’e doğru iterek önemli bir fren manevrası yapmak zorunda kalacaktı.Bu büyük yanık sadece çok fazla itici gaza mal olmakla kalmayacak, aynı zamanda Webb’in dönmesini gerektirecekti. 180 derece, teleskop optiklerini ve aletlerini doğrudan Güneş’e maruz bırakacak, böylece yapılarını aşırı ısıtacak ve onları bir arada tutan yapıştırıcıyı tam anlamıyla eritecek olan Güneş’e doğru itmek için. 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 doğru 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!”

Tüm Lagrange noktaları yerçekimi denge noktaları olsa da, hepsi tamamen kararlı değildir. L1, L2 ve L3, iki tepe arasındaki alçak, sabit nokta olan iki hafif yüksek tepe arasındaki bir sırt çizgisinin ortasındaki bir nokta gibi, eyer şeklindeki yerçekimi gradyanlarına sahip “meta-kararlı” konumlardır. sırtın her iki tarafındaki vadilere göre hala yüksek, kararsız bir nokta.L4 ve L5, her konumun uzun, yüksek bir sırtın veya tepenin ortasındaki sığ bir çöküntü veya çanak gibi olması bakımından kararlıdır.