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韦伯的L2之旅即将结束

天文学与空间 2023-03-30 11:50:40

由美国宇航局戈达德太空飞行中心的爱丽丝·费舍尔拍摄 从数学上讲,拉格朗日点是所谓“受限三体”的解

“空间中任何两个巨大的、有引力作用的物体都会产生五个特定的位置——拉格朗日点,在那里它们的引力和第三个小物体(如宇宙飞船)运动的离心力处于平衡状态

拉格朗日点被标记为L1到L5,前面是产生它们的两个引力体的名字(首先是大的那个)

信用:美国宇航局 一月一日,星期一

24日,工程师们计划指示美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜完成最后一次校正燃烧,将它放入所需轨道,距离地球近100万英里,在所谓的第二个日地拉格朗日点,简称“L2”

从数学上讲,拉格朗日点是所谓“受限三体”的解

“空间中任何两个巨大的、有引力作用的物体都会产生五个特定的位置——拉格朗日点,在那里它们的引力和第三个小物体(如宇宙飞船)运动的离心力处于平衡状态

拉格朗日点被标记为L1到L5,前面是产生它们的两个引力体的名字(首先是大的那个)

那么,为什么要把韦伯送上L2日地轨道呢?因为它是红外观测站的理想位置

在日地L2,太阳和地球(以及月球)总是在太空的一边,这使得韦伯能够让它的望远镜光学系统和仪器永远处于阴影之中

这使得它们能够对红外线敏感而变冷,但仍能在任何给定时刻接近半边天进行观察

要观察一段时间内天空中的任何一点,只需要等待几个月,绕太阳转得更远,就能看到更多以前“在”太阳后面的天空

此外,在L2,地球离得足够远,从它辐射出的大约室温的热量不会使韦伯变暖

因为L2是一个引力平衡的地方,韦伯很容易在那里保持轨道

请注意,环绕L2比精确地停留在L2更简单、更容易、更有效

此外,通过绕轨道运行而不是正好在L2,韦伯将永远不会让太阳被地球遮住,这对韦伯的热稳定性和发电是必要的

事实上,韦伯环绕L2的轨道比月球环绕地球的轨道还要大!L2还便于通过深空网络始终与地球上的任务操作中心保持联系

出于同样的原因,包括WMAP、赫歇尔和普朗克在内的其他天基观测站围绕日地L2轨道运行

总的来说,让宇宙飞船到达日地L2是相当简单的,但是韦伯的结构增加了一条皱纹

韦布的飞行动力学首席工程师卡伦·里奇恩描述了如何让韦布去L2并一直呆在那里: “想想把球直直地抛向空中,尽可能用力;它开始时速度很快,但随着重力将它拉向地球而减慢,最终停在顶峰,然后返回地面

类似于你的手臂给球提供能量,让它升到离地球表面几米的地方,阿丽亚娜5号火箭给了韦伯能量,让它能达到1

100万公里,但能量不足以逃离地球引力

就像球一样,韦伯正在减速,如果我们允许的话,它最终会停下来,向地球回落

与球不同,韦伯不会返回地球表面,而是在一个极其椭圆的轨道上,近地点高度为300公里,远地点高度为130万公里

利用韦伯号上的小型火箭发动机每三周左右的推力,它将绕L2飞行,每六个月绕光环轨道一周

“那么,为什么阿丽亚娜没有给韦伯更多的能量,为什么韦伯需要航向修正?如果阿丽亚娜号给韦伯的能量比把它送到L2所需的能量还要多一点,那么当它到达那里时,它就会飞得太快,并且会超过它所期望的科学轨道

韦伯将不得不做一个重要的刹车动作,向太阳推进减速

那次大的燃烧不仅要耗费大量的推进剂,而且这是不可能的,因为它需要韦伯旋转180度才能向太阳推进,这将使它的望远镜光学系统和仪器直接暴露在太阳下,从而使它们的结构过热,并真正熔化将它们粘合在一起的胶水

在望远镜上安装推进器作为直接制动推力的一种方式是不可行的,原因有很多,也从来不是一种设计选择

荣誉:美国宇航局戈达德太空飞行中心 “因此,韦伯要求阿丽亚娜火箭提供足够的能量,以确保我们永远不必进行复古燃烧,但总是需要天文台进行燃烧,以精确弥补差异,并将其置于所需的轨道上。”

阿丽亚娜5对韦伯的打击如此精确,以至于我们第一次也是最关键的一次燃烧比我们必须计划和设计的要小,为更长的任务留下了更多的燃料!" 虽然所有的拉格朗日点都是引力平衡点,但并不是所有的点都是完全稳定的

L1、L2和L3是具有鞍形重力梯度的“亚稳定”位置,就像两个稍高的峰之间的脊线中间的点,其中它是两个峰之间的低稳定点,但相对于脊线两侧的谷,它仍然是高不稳定点

L4和L5是稳定的,因为每个位置都像是一个长而高的山脊或小山中间的一个浅的凹陷或碗

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