Транслунная инъекция
Транслунная инъекция ( ТЛИ ) — это двигательный маневр , который используется для отправки космического корабля на Луну . Типичные траектории лунного перемещения приближаются к траекториям Гомана , хотя низкоэнергетические перемещения в некоторых случаях также использовались , как, например, в случае с зондом Hiten . [1] Для краткосрочных миссий без значительных возмущений от источников за пределами системы Земля-Луна обычно более практичным является быстрый переход Хомана.
Космический корабль выполняет TLI, чтобы начать переход на Луну с низкой круговой орбиты вокруг Земли . Большой ожог TLI , обычно выполняемый химическим ракетным двигателем, увеличивает скорость космического корабля, изменяя его орбиту с круговой околоземной орбиты на сильно эксцентричную орбиту . Когда космический корабль начинает движение по переходной дуге Луны, его траектория приближается к эллиптической орбите вокруг Земли с апогеем, близким к радиусу орбиты Луны. Размер и время взрыва TLI рассчитаны на то, чтобы точно нацелиться на Луну, вращающуюся вокруг Земли. Горение рассчитано так, чтобы космический корабль приближался к апогею по мере приближения Луны. Луны Наконец, космический корабль входит в сферу влияния , совершая гиперболический обход Луны.
Бесплатный возврат
[ редактировать ]
В некоторых случаях можно спроектировать TLI для траектории свободного возврата , чтобы космический корабль обогнул Луну и вернулся на Землю без необходимости дальнейших маневров. [2]
Такие траектории свободного возврата добавляют запас безопасности пилотируемым космическим полетам, поскольку космический корабль вернется на Землю «бесплатно» после первоначального сгорания TLI. «Аполлосы-8», «10» и «11» стартовали по траектории свободного возврата. [3] в то время как в более поздних миссиях использовалась функционально аналогичная гибридная траектория, в которой для достижения Луны требуется коррекция курса на полпути. [4] [5] [6]
Моделирование
[ редактировать ]
Исправленные коники
[ редактировать ]Нацеливание TLI и лунные перемещения представляют собой специфическое применение проблемы n тел , которое можно аппроксимировать различными способами. Самый простой способ исследования траекторий перемещения Луны — метод лоскутных коник . Луны Предполагается, что космический корабль будет ускоряться только в рамках классической динамики двух тел, находясь под доминированием Земли, пока не достигнет сферы влияния . Движение в системе с исправленной конусом является детерминированным и простым в расчете, что позволяет использовать его для грубого проектирования миссий и « обратной стороны конверта ».
Ограниченный круглый трехкорпусный (RC3B)
[ редактировать ]Однако более реалистично то, что космический корабль подвержен гравитационным силам многих тел. Гравитация Земли и Луны доминирует в ускорении космического корабля, и, поскольку собственная масса космического корабля по сравнению с ней незначительна, траекторию космического корабля можно лучше аппроксимировать как ограниченную задачу трех тел . Эта модель является более близким приближением, но не имеет аналитического решения. [7] требующие численного расчета. [8]
Дополнительная точность
[ редактировать ]Более детальное моделирование включает моделирование истинного орбитального движения Луны; гравитация других астрономических тел; неравномерность гравитации Земли и Луны ; включая давление солнечной радиации ; и так далее. Распространение движения космического корабля в такой модели требует больших вычислительных усилий, но необходимо для истинной точности миссии.
История
[ редактировать ]
ГРААЛЬ-А · Луна · Земля
Земля · Луна · Чандраян-2
Лунный разведывательный орбитальный аппарат · Земля · Луна
Первым космическим зондом, предпринявшим попытку TLI, была советская « Луна-1» 2 января 1959 года, предназначенная для столкновения с Луной. Однако горение пошло не так, как планировалось, и космический корабль промахнулся мимо Луны более чем в три раза по ее радиусу и был отправлен на гелиоцентрическую орбиту. [9] «Луна-2» более точно выполнила тот же маневр 12 сентября 1959 года и через два дня врезалась в Луну. [10] Советы повторили этот успех, совершив еще 22 миссии на Луну и 5 миссий на Зонд в период с 1959 по 1976 год. [11]
26 января 1962 года Соединенные Штаты предприняли первую попытку запуска лунного ударного аппарата «Рейнджер-3» , но ей не удалось достичь Луны. За этим последовал первый успех США, Ranger 4 , 23 апреля 1962 года. [12] Еще 27 американских миссий на Луну были запущены с 1962 по 1973 год, в том числе пять успешных Surveyor мягких посадочных аппаратов Lunar Orbiter , , пять наблюдательных зондов [13] : 166 и девять миссий Аполлона , в ходе которых первые люди высадились на Луну.
Для лунных миссий «Аполлон» TLI выполнялся перезапускаемым двигателем -2 J S-IVB третьей ступени ракеты «Сатурн V» . TLI Это конкретное горение длилось примерно 350 секунд, обеспечивая изменение скорости от 3,05 до 3,25 км/с (от 10 000 до 10 600 футов/с) , после чего космический корабль двигался со скоростью примерно 10,4 км/с (34 150 футов/с) относительно Земля. [14] TLI «Аполлона-8» эффектно наблюдали с Гавайских островов в предрассветном небе к югу от Вайкики, сфотографировали и на следующий день сообщили в газетах. [15] В 1969 году предрассветный TLI Аполлона-10 был виден из Клонкерри , Австралия . [16] Он был описан как напоминающий фары автомобиля, летящие над холмом в тумане, а космический корабль выглядел как яркая комета с зеленоватым оттенком. [16]
В 1990 году Япония запустила свою первую лунную миссию, используя «Хитен» спутник для облета Луны и вывода микроспутника «Хагоромо» на лунную орбиту. После этого он исследовал новый метод TLI с низким значением дельта-v и сроком перехода 6 месяцев (по сравнению с 3 днями для Apollo). [17] [13] : 179
Американский космический корабль «Клементина» 1994 года , предназначенный для демонстрации легких технологий, использовал трехнедельный TLI с двумя промежуточными облетами Земли перед выходом на лунную орбиту. [17] [13] : 185
В 1997 году Asiasat-3 стал первым коммерческим спутником, достигшим сферы влияния Луны, когда после неудачного запуска он дважды пролетел мимо Луны с низкой дельта-v, чтобы достичь желаемой геостационарной орбиты. Он прошел на расстоянии 6200 км от поверхности Луны. [17] [13] : 203
ЕКА 2003 года Спутник-демонстратор технологий SMART-1 стал первым европейским спутником, вышедшим на орбиту Луны. После запуска на геостационарную переходную орбиту (GTO) в качестве двигателя использовались ионные двигатели на солнечной энергии. В результате маневра TLI с чрезвычайно низкой дельтой v космическому кораблю потребовалось более 13 месяцев, чтобы достичь лунной орбиты, и 17 месяцев, чтобы достичь желаемой орбиты. [13] : 229
Китай запустил свою первую лунную миссию в 2007 году, выведя космический корабль «Чанъэ-1» на лунную орбиту. Он использовал множественные ожоги, чтобы медленно поднять свой апогей и достичь окрестностей Луны. [13] : 257
Индия последовала этому примеру в 2008 году, запустив « Чандраян-1» в ГТО и, как и китайский космический корабль, доведя его до апогея из-за ряда сбоев. [13] : 259
Мягкий посадочный модуль Beresheet от Israel Aerospace Industries использовал этот маневр в 2019 году, но разбился на Луне.
В 2011 году спутники НАСА GRAIL использовали маршрут к Луне с низкой дельтой v, проходя мимо точки L1 Солнце-Земля и занимая более 3 месяцев. [13] : 278
См. также
[ редактировать ]- Астродинамика
- Сравнение систем запуска сверхтяжелых грузов
- Низкая передача энергии
- Трансземная инъекция
- Транс-Марсианская инъекция
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Хитен» . НАСА .
- ^ Шванингер, Артур Дж. (1963). Траектории в пространстве Земля-Луна с симметричными свойствами свободного возврата (PDF) . Техническая нота Д-1833. Хантсвилл, Алабама: НАСА / Центр космических полетов Маршалла .
- ^ Мэнсфилд, Шерил Л. (18 мая 2017 г.). «Аполлон-10» . НАСА .
- ^ «АПОЛЛОН 12» . History.nasa.gov .
- ^ Пути на Луну (PDF) (Отчет). п. 93.
- ^ Эссе «Запуск Windows» . History.nasa.gov .
- ^ Анри Пуанкаре , Новые методы небесной механики , Париж, Готье-Виллар и др., 1892-99.
- ^ Виктор Себехей , Теория орбит, Ограниченная проблема трех тел , Йельский университет, Academic Press, 1967.
- ^ «Луна 01» . НАСА . Архивировано из оригинала 5 сентября 2020 г. Проверено 10 июня 2019 г.
- ^ «НАСА — NSSDCA — Космический корабль — Подробности» . nssdc.gsfc.nasa.gov .
- ^ «Советские миссии на Луну» . nssdc.gsfc.nasa.gov .
- ^ «Рейнджер 4» . НАСА .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час «За пределами Земли» (PDF) . НАСА .
- ^ «Аполлон в цифрах» . НАСА . Архивировано из оригинала 18 ноября 2004 г.
- ^ «Independent Star News, воскресенье, 22 декабря 1968 г.» . 22 декабря 1968 года. «Стрельба по TLI началась в PST, когда корабль находился над Гавайями, и там сообщили, что ожог был виден с земли».
- ^ Jump up to: а б Френч, Фрэнсис; Колин Берджесс (2007). В тени Луны . Издательство Университета Небраски . п. 372 . ISBN 978-0-8032-1128-5 .
- ^ Jump up to: а б с Александр М. Яблонский1a; Келли А. Огден (2006). «Обзор технических требований к лунным сооружениям – современное состояние» . Журнал аэрокосмической техники .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
Гравитационные орбиты |
|---|
