Bilhões de dólares em naves espaciais de observatório orbitam ao redor da Terra ou na mesma órbita do nosso planeta. Quando algo se desgasta ou dá errado, seria bom poder consertar essas missões “in situ”. Até agora, apenas o Telescópio Espacial Hubble (HST) recebeu visitas regulares para manutenção. E se pudéssemos trabalhar em outros telescópios “em órbita”? Essas missões “consertar” para outras instalações são o assunto de um novo artigo da NASA que investiga órbitas e trajetórias ideais para fazer chamadas de serviço em telescópios muito além da Terra.
Alguns dos telescópios orbitais mais produtivos operam nos pontos de Lagrange Sol-Terra L1 e L2. Atualmente, essas posições nos oferecem uma ciência incrível. O que eles não podem pagar é acesso fácil para reparos e manutenção. Isso limita a vida útil esperada de instalações como o JWST a cerca de 10-15 anos. No futuro, mais missões serão implantadas em pontos de Lagrange. Isso inclui o Telescópio Roman Nancy Grace, as missões PLATO e ARIEL da ESA e o Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR).
Esses observatórios precisam de propulsores para propulsores de atitude para ajudá-los a permanecer “no lugar” durante suas observações. Há apenas uma quantidade limitada de “gás” que você pode enviar junto com esses observatórios. Além disso, os componentes se desgastam, como aconteceu com o HST. Então, as pessoas estão procurando maneiras de estender suas vidas úteis por meio de missões de manutenção. Se os componentes com falha puderem ser substituídos e o propulsor entregue, a vida útil desses observatórios deve ser estendida um pouco, dando aos astrônomos mais retorno pelo investimento observacional.
Planejando futuras missões de manutenção de espaçonaves
Pesquisadores do Satellite Servicing Capability Office (SSCO) no Goddard Space Flight Center (GSFC) investigaram as possibilidades de missões de manutenção para telescópios espaciais distantes. Em um artigo lançado recentemente, eles se concentram na viabilidade de missões de reabastecimento em órbita para telescópios espaciais orbitando em Sol-Terra Lagrange 2 (SEL2).
Há muitos desafios. Por um lado, as tecnologias de lançamento atuais são (no momento em que este artigo foi escrito) inadequadas para fazer esse tipo de missão a tais distâncias. Claramente, a tecnologia tem que avançar para que as visitas de manutenção ocorram. Além disso, é importante lembrar que os telescópios atuais, como Gaia e JWST, não foram projetados para tal acesso. No entanto, os telescópios futuros podem ser equipados com portas de manutenção, etc. para permitir a manutenção. Finalmente, há os desafios de realmente levar as missões de manutenção aos observatórios.
A equipe Goddard se concentrou nessa questão final computando modelos de várias soluções de lançamento e orbitais para tais missões. Eles não apenas levaram em conta as trajetórias de lançamento em si, mas também a dinâmica do ponto Sol-Terra-Lagrange, além das posições relativas dos observatórios no SEL2. Além disso, a equipe considerou a estabilidade dos observatórios durante e após o encontro e a fixação. Todos esses fatores contam ao planejar se um veículo de manutenção pode ou não ser lançado a um custo razoável para estender a vida útil do observatório o suficiente para fazer o esforço valer o tempo e a despesa.
Começando uma missão de reabastecimento de nave espacial
A equipe criou modelos para uma missão teórica para abastecimento em órbita no SEL2. É onde o JWST e o Gaia estão sentados, por exemplo, junto com o WMAP, o Planck e outros. O artigo examina missões de reabastecimento robótico para o SEL2 para fins de modelagem.
Para fazer isso, no entanto, deve haver uma trajetória ideal para a nave espacial robótica levar para o SEL2. Eles precisam ser capazes de realizar navegação autônoma para o ponto correto no espaço. Uma vez no observatório alvo, o robô de reabastecimento precisaria então fazer uma abordagem cuidadosa para suas manobras de acoplamento. Isso requer avaliação em órbita do movimento do alvo no espaço em relação ao Sol, bem como sua posição em sua órbita SEL2. O acoplamento em si pode afetar a posição e o movimento do observatório e o robô precisa levar isso em consideração também. A ideia é manter o observatório na mesma posição após o acoplamento.
No entanto, a grande questão é: como podemos divulgá-lo de forma barata, rápida e segura?
A equipe Goddard investigou principalmente as melhores e mais eficientes trajetórias para chegar ao SEL2. Em particular, eles analisaram as melhores abordagens para chegar à espaçonave Gaia, que ficará sem propelente em algum momento no próximo ano. Eles também examinaram o JWST como um possível alvo para tal missão. Se tal missão fosse possível hoje, esses observatórios ganhariam anos de acesso “apontar e disparar” ao Universo.
Como chegar lá
Em seu artigo, a equipe analisa duas abordagens para a missão de reabastecimento do SEL2. Uma é uma trajetória de lançamento direto da Terra e a outra é uma espaçonave partindo de uma órbita de transferência geoestacionária (GTO). Eles presumiram que o ponto da missão era a restauração mais rápida possível da operação do telescópio. Isso determina a trajetória mais curta e segura possível ao longo da qual a espaçonave pode manter o impulso constante.
A equipe Goddard criou uma abordagem de “design avançado” para calcular transferências de baixa energia e baixo empuxo de uma órbita de partida da Terra para um telescópio espacial orbitando o ponto SEL2. Então eles fizeram o mesmo para uma espaçonave de manutenção partindo de um ponto no espaço geoestacionário. Essencialmente, uma partida da Terra ou uma partida centrada em GTO funcionará. Uma vez que a missão de manutenção robótica deixa a órbita da Terra, ela viaja em baixo empuxo durante um trânsito em espiral para SEL2. Uma vez lá, ela faz um encontro com o alvo, combina seu movimento no espaço e então “trava” para executar sua missão de entrega.
É importante lembrar que um lançamento da Terra ou GTO faz parte de várias soluções para missões de manutenção do SEL2. A análise da equipe resultou em um processo simplificado de geração de órbitas e trajetórias possíveis para tais atividades. Você pode ler o texto completo de sua análise detalhada das diferentes soluções de trajetória no link abaixo.
Para maiores informações
Projeto de missão para manutenção do telescópio espacial no Sol-Terra L2
Página inicial do JWST
Telescópio Gaia
