JWST - Überlegungen zu Servicemissionen

Docking ring
Orion capsule

In 2007, NASA said that JWST will also have a docking ring which would be attached to the telescope to support JWST being visited by an Orion spacecraft if such a mission became viable.[47] An example of a mission was if everything worked but an antenna did not fold out.[47]

https://en.wikipedia.org/wiki/Spacecraft_Bus_(JWST)

Gut, ich denk mal mit der Orion und so einem "Docking Ring" wird des wirklich nix.
Aber eigentlich braucht man nur etwas woran man sich festhalten kann.
Die Kanadier können so was, hab ich mal gehört. 

Was das JWST betrifft ist auch dieses Teleskop für eine bestimmte Missionszeit (5,5 bis 10 Jahre) ausgelegt.

Was, nur so kurz ?? Für wie lange war denn Hubble ausgelegt?

Ja, nur so kurz!!

Tja das mit Hubble ist ganz was anderes. Hubble ist ein optisches Teleskop. Die Instrumente müssen nicht auf -230 Grad gekühlt werden damit sie funktionieren. Das James Webb ist ein Infrarot-Teleskop, denn man will ja ganz tief in den Raum (und somit ganz weit zurück in der Zeit) beobachten können. Licht, das so weit/lang unterwegs war ist aber stark ins Rote (also ins Infrarote) verschoben. Das ist ja der Grund, warum das James Webb so anders aussieht wie Hubble. Und es ist auch der Grund, warum es zum L2 geschickt wird und nicht um die Erde kreist. Jedes bisschen Infrarot-Strahlung das nicht vom Beobachtungsobjekt kommt, stört. Und das ist viel. Die Sonne, die Erde, der Mond. All diese Objekte strahlen im Infraroten. Deshalb hat das James Webb diesen aufwendigen, mehrschichtigen Hitzeschild unter dem eigentlichen Teleskop. Vom L2 aus gesehen ist die Erde und die Sonne immer auf einer Linie und das Teleskop wird immer so ausgerichtet sein, dass der Hitzeschild die Instrumente vor der Strahlung der Sonne (und Erde) schützt.

Die Instrumente selbst müssen mit Helium aktiv auf -230 Grad gekühlt werden um das thermische Rauschen in der Elektronik selbst zu unterdrücken. Wenn das Kühlmittel irgendwann verbraucht ist, werden die Instrumente warm und man kann nichts mehr "sehen". Spätestens dann ist das James Webb tot.

Hubble hat all diese Probleme nicht! Aber mit Hubble kann man auch bei weitem nicht so tief in den Raum sehen wie das James Webb es können wird. In den geplanten 5,5 bis 10 Jahren wird uns das James Webb Daten liefern, die anders nicht möglich gewesen wären. Deshalb ist es schon ok, es trotz dieser relativ kurzen Betriebszeit zu bauen.


Mane

Und wenn nach zehn Jahren ein Tanker vorbei kommt und den Helium-Tank wieder auffüllt?

...dann kann er auch gleich noch die Gyros tauschen!   

Mir war bisher nicht gewußt, daß das JWST wie z.B. Spitzer eine aktive Helium-Kühlung hat. Eigentlich soll es ja durch den mehrschichtigen Schirm komplett passiv gekühlt werden.
Siehe hier etwas weiter unten in der Vergleichstabelle:
https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Comparisons
Dort steht beim JWST: "Passive + Cryo-cooler (MIRI)"
Beim Abschnitt für MIRI ( https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Scientific_instruments ) steht allerdings auch, daß Helium verwendet wird, wird das dabei auch verbraucht? Zumindest wird es in dem Artikel so dargestellt, daß das JWST weit weniger von einer aktiven Helium-Kühlung abhängig ist als andere Infrarot-Weltraumteleskope.

...dann kann er auch gleich noch die Gyros tauschen!   

Sie müssen es nur umetikettieren, dann verlängert sich die Haltbarkeit um weitere 5-10 Jahre...

Mir war bisher nicht gewußt, daß das JWST wie z.B. Spitzer eine aktive Helium-Kühlung hat. Eigentlich soll es ja durch den mehrschichtigen Schirm komplett passiv gekühlt werden.
Siehe hier etwas weiter unten in der Vergleichstabelle:
https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Comparisons
Dort steht beim JWST: "Passive + Cryo-cooler (MIRI)"
Beim Abschnitt für MIRI ( https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Scientific_instruments ) steht allerdings auch, daß Helium verwendet wird, wird das dabei auch verbraucht? Zumindest wird es in dem Artikel so dargestellt, daß das JWST weit weniger von einer aktiven Helium-Kühlung abhängig ist als andere Infrarot-Weltraumteleskope.

So hatte ich das auch im Kopf. Ich kann mir gut vorstellen dass es aehnlich wie bei Spitzer ist. Wenn das Helium verdampft ist kann man das MIRI immer noch verwenden aber nicht mehr so effektiv wie vorher. Nicht wie bei Herschel oder Planck wo man die Mission beenden musste nachdem das Helium verbraucht war.

Zitat von: m.hecht am 12. Dezember 2017, 14:42:01

Was das JWST betrifft ist auch dieses Teleskop für eine bestimmte Missionszeit (5,5 bis 10 Jahre) ausgelegt.

Was, nur so kurz ?? Für wie lange war denn Hubble ausgelegt?

Design Life beim Hubble war 15 Jahre.

Beim JWST ist der Treibstoff der limitierende Faktor. Es wird genug für 10 Jahre+Reserve haben, ich denk mir die NASA wird da noch mehr rausholen können.

lg Cala

Zitat von: Terminus am 12. Dezember 2017, 20:42:46

Zitat von: m.hecht am 12. Dezember 2017, 14:42:01

Was das JWST betrifft ist auch dieses Teleskop für eine bestimmte Missionszeit (5,5 bis 10 Jahre) ausgelegt.

Was, nur so kurz ?? Für wie lange war denn Hubble ausgelegt?

Design Life beim Hubble war 15 Jahre.

Beim JWST ist der Treibstoff der limitierende Faktor. Es wird genug für 10 Jahre+Reserve haben, ich denk mir die NASA wird da noch mehr rausholen können.

lg Cala

Ohne die Servicemissionen hätte Hubble auch kaum länger als 15 Jahre gelebt, selbst wenn es den Fehler mit dem Spiegel nicht gegeben hätte.

Am L2 sind Servicemissionen viel aufwendiger als im LEO; so aufwendiger das es wohl fallweise wirtschaftlicher ist das JWST nach 15 Jahren zu ersetzen als es zu reparieren. Aber mal sehen; niemand weiß was ein neues, gleich gutes oder besseres Teleskop in den 2030ern kosten wird, niemand weiß wie teuer dann eine Servicemission wäre.

Problematisch bei Servicemissionen ist auch das das JWST nicht wartungsfreundlich ausgelegt wurde, der Tausch von Instrumenten ist also im Gegensatz zu Hubble nicht vorgesehen und nur schwer möglich.

Ich weiss nicht, ob man ein Reparaturteam in den L2-Punkt überhaupt hinschicken könnte. Vielleicht mit dem BFS?

Das Hubble fliegt 800km über der Erdoberfläche, das JWST wird mehr als 440.000km von der Erde entfernt sein. Das ist ein kleiner Unterschied. Das Hubble wurde dafür gebaut, mit einem (bemannten) Shuttle transportiert und gewartet zu werden, das JWST definitiv nicht. Aktuell haben weder die Amerikaner und natürlich auch nicht die Europäer überhaupt einen eigenen Zugang zum Weltraum, geschweige denn einen um bis zum Mond und darüber hinaus zu kommen. Selbst wenn Orion (und das SLS) mal irgendwann fertig wird, ist dieses Ding eine Kapsel. Da gibts keine Ladebucht, keinen Robotarm, keine Luftschleuse. Es ist ne Kapsel! Ob das BFR/BFS jemals gebaut wird, wissen wir nicht. Ich persönlich hoffe das sehr, aber sicher ist das ganz und gar nicht. Und wenn es gebaut wird, wird es sicherlich nicht so aussehen wie auf heutigen Zeichenbrettern zu sehen ist.

Ein bemannter Flug zum L2 ist (Stand 2018) reine SiFi, geschweige denn eine hochkomplexe Wartungsmission.

Ich schlage deshalb vor, wir lassen das mit der Diskussion über eine JWST Wartung, bis das BFS flugbereit ist oder Orion die fehlenden Fähigkeiten "dazugelernt" hat. Auch ja, bevor jemand auf die Idee kommt, die CrewDragon mit der FH zum L2 zu schicken. Die CrewDragon ist auch ne Kapsel und hat die gleichen Probleme wie Orion.


Mane

Deswegen hab ich ja das BFS genommen. Das hat ja schon eine Ladebucht, zumindest auf dem Reissbrett... vermutlich einen Ladekran, und da das große Falcon Shuttle sogar bis zum Mars fliegen soll, dürfte es die 1,5 Mio Kilometer zum L2 auch packen. Wäre ne grandiose Übung für den Mars. Vermutlich 2 Wochen Flugzeit, würde ich sagen...

Das Hubble fliegt 800km über der Erdoberfläche, das JWST wird mehr als 440.000km von der Erde entfernt sein.

Es sind eher sogar 1,5 Millionen km.

Zitat von: m.hecht am 27. Januar 2018, 18:00:07

Das Hubble fliegt 800km über der Erdoberfläche, das JWST wird mehr als 440.000km von der Erde entfernt sein.

Es sind eher sogar 1,5 Millionen km.

Ha, ja stimmt. Es gibt ja mehrere L2 Punkte. Der L2 vom Erde-Mond System ist 449.000km entfernt. Das JWST soll aber zum L2 des Sonne-Erde-Systems. Da hast du mit den 1,5 Mio km natürlich Recht. Danke für die Klarstellung. Was meine Argumentation aber nur noch mehr unterstreicht.


Mane

Mit dem SLS und Orion sollte es möglich sein eine Wartungsmission zum L2 zu schicken, Ersatzteile und Treibstoff könnten in einem Container untergebracht werden der analog zu einer Mondfähre mit Orion verbunden werden könnte.

Eventuell könnte man das Teleskop auch mit einem SEP-Weltraumschlepper in den LEO schleppen, dort reparieren und wieder zurück zum L2 bringen.

Insgesamt ist aber fraglich ob sich solche aufwendigen Aktionen im Vergleich zu einem Ersatz auszahlen. Erschwerend kommt, wie gesagt, hinzu das das Teleskop nicht darauf ausgelegt ist repariert zu werden, Wartungsarbeiten sind daher -selbst wenn man mal vor Ort ist- erwartungsgemäß vergleichsweise schwierig und dauern vergleichsweise lange.

Wartungsarbeiten hängen von der Technologie und den Kosten des besagten Zeitpunktes ab.
Nicht nur für die Wartungsmission, sondern auch für einen möglichen Ersatz.

Was bei einem Ersatz das Problem ist, ist wenn man sich das aktuelle JWST ansieht. 9 oder 10 Milliarden an Kosten (Will mir wirklich nicht ganz in den Kopf) Und viele Jahre Entwicklung und Bau.
Wenn man es ersetzen will kann man sich zwar die Entwicklung sparen und es neu bauen und das ist dann wohl auch günstiger. Aber wenn man über Ersetzen spricht, kommt sofort der Wunsch nach besser und dies öffnet die Box der Pandora, in Form von wieder riesigen Kosten und vor allem langer Entwicklungs- und Herstellungszeit.

PS.: Wenn hier es hier auch wieder einen Knick in der Optik gibt, haben wir nun aber auch die Rechenpower das Größtenteils wenigstens zu bereinigen. Eine Wartung wäre also wenn erst in ca. 10 Jahren und bis dahin kann noch viel passieren und sind einige Systeme die möglich sind geplant oder noch nicht mal bekannt. das jetzt schon zu planen ist etwas übereilt wohl.

Grüße aus dem Schnee

Das mit dem Nachbau funktioniert praktisch ja auch nur gleichzeitig bzw. kurz nach dem "Prototyp" alles andere artet dann ja meist doch in eine Neukonstruktion aus da sich viele Teile nicht mehr beschaffen lassen. Leider sind die "Doppelmissionen" aus der Mode gekommen, hier war das Verhältnis aus Entwicklungs- und Baukosten zur Sicherheit einer erfolgreichen Mission in meinen Augen optimal!

Konkret für das JWST würde das bedeuten man baut die Hardware 2x hält das Backup zur Sicherheit zurück bis das Erstexemplar sich im Regulären Betrieb bewährt hat, danach könnte man z.b. überlegen ob es sich Macht 2 Exemplare am L2 zu haben, oder z.b das 2. mit SLS noch "weiter raus" zu stationieren. Das aufheben über 10-15 Jahre als Nachfolger macht sicher keinen Sinn da es dann Technologisch überholt ist...

MFG S

Ein bemannter Flug zum L2 ist (Stand 2018) reine SiFi, geschweige denn eine hochkomplexe Wartungsmission.

Etwas möchte ich aber hinzufügen, wenn die BFS fliegt ist es ziemlich blöde Idee nur das JWST zu reparieren, mit der BFS hätte man wesentlich höhere Nutzlasten zur Verfügung, da ergibt es vermutlich mehr Sinn einfach ein größeres und nicht hochkomplexes Teleskop ( im Sinne des Leichtbaus ) hochzuschicken.

Aber ja, wir müssen mindestens 3 Jahre warten bis sowas möglich ist.

In der Deutschen Wikipedia steht etwas von der Möglichkeit Kraftstoff nachzutanken. Hat man dies in Gegensatz zum Dockingadapter umgesetzt?
Anzumerken wäre ja auch noch, das ein "Regulärer Dockingport" auch das Permanente ankoppeln eins "Zusatzmoduls" ermöglichen würde, z.b. mit neuen Schwungrädern, Lagerregelungssystem etc. Alles bedeutend einfacher Als Menschen zur Reparatur zu schicken! Evtl. kann man aber auch nachträglich die Schnittstelle zur Oberstufe hierfür benutzen?

MFG S