Лунная орбита
В астрономии и космических полетах ( лунная орбита также известная как селеноцентрическая орбита ) — это орбита объекта вокруг Луны Земли . В общем случае эти орбиты не круговые. Когда космический корабль находится дальше всего от Луны (в апоапсисе ), говорят, что он находится в аполуне , апоцинтионе или апоселене . Когда он находится ближе всего к Луне (в периапсисе ), он находится в перилуне , перицинтионе или периселене . Они происходят от имен или эпитетов богини луны .
Вывод на лунную орбиту ( LOI ) — это маневр вывода на лунную орбиту, используемый для выхода на лунную орбиту. [1]
Низкая лунная орбита ( LLO ) — это орбита высотой ниже 100 км (62 мили). Они имеют период около 2 часов. [2] Они представляют особый интерес при исследовании Луны , но страдают от гравитационных возмущений , которые делают их наиболее нестабильными и оставляют лишь несколько орбитальных траекторий возможными для неопределенных замороженных орбит . Они были бы полезны для долгосрочного пребывания в LLO. [2]
Эффекты возмущения и низкие орбиты
[ редактировать ]Большинство низких лунных орбит ниже 100 км (60 миль) нестабильны. [2]
Гравитационные аномалии, слегка искажающие орбиты некоторых лунных орбитальных аппаратов, привели к открытию концентраций массы (названных масконами ) под поверхностью Луны, вызванных столкновением крупных тел в какой-то отдаленный момент в прошлом. [2] [3] Эти аномалии достаточно велики, чтобы привести к значительному изменению лунной орбиты в течение нескольких дней. Они могут заставить отвес отклониться примерно на треть градуса от вертикали, направив его в сторону маскона, и увеличить силу гравитации на полпроцента. [2] В первой пилотируемой миссии « Аполлон -11» была предпринята первая попытка исправить эффект возмущения (замороженные орбиты в то время еще не были известны). Орбита стоянки была «округлена» с 66 морских миль (122 км; 76 миль) на 54 морских мили (100 км; 62 мили), что, как ожидалось, должно было стать номинальной круговой орбитой в 60 морских миль (110 км; 69 миль), когда LM вернулся и встретился с CSM. Но эффект был завышен в два раза; при сближении орбита была рассчитана как 63,2 морских мили (117,0 км; 72,7 миль) на 56,8 морских миль (105,2 км; 65,4 миль). [4]
Стабильные низкие орбиты
[ редактировать ]Изучение воздействия масконов на лунные космические корабли привело к открытию в 2001 году замороженных орбит с четырьмя наклонениями орбит : 27 °, 50 °, 76 ° и 86 °, при которых космический корабль может оставаться на низкой орбите неопределенно долго. [2] Субспутник Аполлона-15 , оба небольших спутника , PFS-1 и Аполлона-16 субспутник PFS-2 Аполлона выпущенные из служебного модуля , внесли свой вклад в это открытие. PFS-1 оказался на длительной орбите с наклонением 28° и успешно завершил свою миссию через полтора года. PFS-2 находился на особенно нестабильной орбите с наклоном орбиты 11 ° и продержался на орбите всего 35 дней, прежде чем врезался в поверхность Луны. [2]
Лунные высокие орбиты
[ редактировать ]Для лунных орбит с высотой от 500 до 20 000 км (от 300 до 12 000 миль) гравитация Земли приводит к возмущениям орбиты . На высотах выше этой возмущенные астродинамические модели двух тел недостаточны, и трех тел . требуются модели [5]
Хотя сфера Лунного холма простирается на радиус 60 000 км (37 000 миль), [6] гравитация Земли настолько вмешивается, что делает лунные орбиты нестабильными на расстоянии 690 км (430 миль). [7]
Орбиты вокруг Земля-Луна точек Лагранжа являются вариантами стабильных лунных орбит, как и в случае с далекими ретроградными орбитами , с использованием двух противоположных точек Лагранжа (L1 и L2), летающих от одной к другой вокруг Луны.
Относительно стабильные орбиты над точками на Луне — это гало-орбиты вокруг одной из точек Лагранжа Земля-Луна или вместе с ней, используемые лунными спутниками-ретрансляторами на обратной стороне Луны . Первым из таких спутников стал спутник Queqiao 2019 года , размещенный вокруг Луны. Земля-Луна L2 на высоте примерно 65 000 км (40 000 миль).
С 2022 года ( CAPSTONE ) почти прямолинейные гало-орбиты с использованием точки Лагранжа используются и планируются к использованию в Lunar Gateway .
Орбитальный переход
[ редактировать ]Существует три основных способа попасть на лунную орбиту с Земли: прямой переход, переход с малой тягой и переход с низкой энергией . Это занимает 3–4 дня, [ слово пропущено ] месяцев или 2,5–4 месяца соответственно. [8]
Лунный разведывательный орбитальный аппарат · Земля · Луна
История полетов на лунную орбиту
[ редактировать ]Первые орбитальные аппараты
[ редактировать ]
Советский Союз отправил первый космический корабль в окрестности Луны (или любого внеземного объекта), роботизированный аппарат «Луна-1» , 4 января 1959 года. [11] Он прошел в пределах 6000 километров (3200 морских миль; 3700 миль) от поверхности Луны, но не достиг лунной орбиты. [11] «Луна-3» , запущенная 4 октября 1959 года, была первым автоматическим космическим кораблем, совершившим вокруг Луны свободное возвращение по траектории , но это все еще не лунная орбита, а траектория в форме восьмерки, которая обогнула обратную сторону Луны и вернулась на Землю. Этот аппарат предоставил первые снимки обратной стороны лунной поверхности. [11]
«Луна-10» стала первым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Луны и любого внеземного тела в апреле 1966 года. [12] Он изучал поток микрометеороидов и лунную среду до 30 мая 1966 года. [12] Последующая миссия «Луна-11 » была запущена 24 августа 1966 года и изучала лунные гравитационные аномалии, измерения радиации и солнечного ветра.
Первым космическим кораблем США, вышедшим на орбиту Луны, был Lunar Orbiter 1 14 августа 1966 года. [13] Первая орбита была эллиптической орбитой с аполуной 1008 морских миль (1867 км; 1160 миль) и перилуной 102,1 морских миль (189,1 км; 117,5 миль). [14] Затем орбита была округлена до высоты около 170 морских миль (310 км; 200 миль), чтобы получить подходящие изображения. Пять таких космических кораблей были запущены в течение тринадцати месяцев, и все они успешно нанесли на карту Луну, в первую очередь с целью поиска подходящих программы «Аполлон» . мест для посадки [13]
Пилотируемые и более поздние орбитальные аппараты
[ редактировать ]оставался (CSM) программы «Аполлон» лунный Командно-сервисный модуль на лунной парковочной орбите, пока модуль (LM) приземлялся. Комбинированный CSM/LM сначала выйдет на эллиптическую орбиту номинально 170 морских миль (310 км; 200 миль) на 60 морских миль (110 км; 69 миль), которая затем будет изменена на круговую парковочную орбиту длиной около 60 морских миль ( 110 км; 69 миль). Орбитальные периоды варьируются в зависимости от суммы апоапсиса и периапсиса , и для ЦСМ составляли около двух часов. LM начал последовательность приземления с выведения на нисходящую орбиту (DOI), чтобы снизить перицентр примерно до 50 000 футов (15 км; 8,2 морских миль), выбранных для того, чтобы избежать столкновения с лунными горами, достигающими высоты 20 000 футов (6,1 км; 3,3 морских миль). После второй посадки процедура на Аполлоне-14 была изменена , чтобы сэкономить больше топлива LM при его механизированном спуске, используя топливо CSM для выполнения сгорания DOI, а затем поднимая его перицентр обратно на круговую орбиту после того, как LM совершил посадку. [15]
См. также
[ редактировать ]- Окололунное пространство
- Список орбит
- Орбитальная механика
- Далекая ретроградная орбита
- Почти прямолинейная гало-орбита
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вудс, В.Д. (2008). «Выход на лунную орбиту: маневр LOI». Как Аполлон полетел на Луну . Исследование космоса. Книги Спрингера Праксиса. стр. 189–210. дои : 10.1007/978-0-387-74066-9_8 . ISBN 978-0-387-71675-6 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г «Причудливые лунные орбиты» . Наука НАСА: Новости науки . НАСА. 06.11.2006 . Проверено 9 декабря 2012 г.
Лунные масконы делают нестабильными большинство низких лунных орбит... Когда спутник проходит на высоте 50 или 60 миль над головой, масконы тянут его вперед, назад, влево, вправо или вниз, точное направление и величина тяги зависят от траектории спутника. При отсутствии каких-либо периодических пусков бортовых ракет для коррекции орбиты большинство спутников, выпущенных на низкие лунные орбиты (менее 60 миль или 100 км), в конечном итоге врежутся в Луну. ... [Существует] ряд «замороженных орбит», на которых космический корабль может оставаться на низкой лунной орбите бесконечно долго. Они встречаются под четырьмя углами наклона: 27°, 50°, 76° и 86°, причем последний из них находится почти над лунными полюсами. Орбита относительно долгоживущего «Аполлон-15» субспутника PFS-1 имела наклонение 28°, что оказалось близко к наклонению одной из замороженных орбит — но бедный PFS-2 был проклят наклонением всего в 11 градусов. °.
- ^ Коноплив А.С.; Асмар, Юго-Запад; Карранса, Э.; Шегрен, ВЛ; Юань, DN (01 марта 2001 г.). «Недавние модели гравитации как результат миссии Lunar Prospector». Икар . 150 (1): 1–18. Бибкод : 2001Icar..150....1K . дои : 10.1006/icar.2000.6573 . ISSN 0019-1035 .
- ^ «Отчет о миссии Аполлона-11» (PDF) . НАСА . стр. 4–3–4–4.
- ^ Эли, Тодд (июль 2005 г.). «Стабильные созвездия застывших эллиптических наклонных лунных орбит» . Журнал астронавтических наук . 53 (3): 301–316. дои : 10.1007/BF03546355 .
- ^ Далее, Майк (4 октября 2017 г.). «Всегда уменьшающиеся круги» . NewScientist.com . Проверено 23 июля 2023 г.
Сфера Луны Хилл имеет радиус 60 000 километров, что составляет примерно одну шестую расстояния между ней и Землей.
Данные о среднем расстоянии и массе тел (для проверки приведенной цитаты) см. Уильямс, Дэвид Р. (20 декабря 2021 г.). «Информационный бюллетень о Луне» . НАСА.gov . Гринбелт, Мэриленд: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА . Проверено 23 июля 2023 г. - ^ «Новая парадигма лунных орбит» . Физика.орг . 01.12.2006 . Проверено 5 ноября 2023 г.
- ^ Аэрокосмическая корпорация (20 июля 2023 г.). «Это Международный день Луны! Давайте поговорим о окололунном космосе» . Середина . Проверено 7 ноября 2023 г.
- ^ Штейн, Бен П. (23 августа 2011 г.). «45 лет назад: как появилась первая фотография Земли с Луны» . Space.com . Проверено 7 октября 2020 г.
- ^ «Пятьдесят лет назад на этой фотографии был запечатлен первый вид Земли с Луны» . 23 августа 2016 г. Архивировано из оригинала 25 августа 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с Уэйд, Марк. «Луна» . Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 11 января 2012 г. Проверено 17 февраля 2007 г.
- ^ Jump up to: а б Байерс, Брюс К. (14 декабря 1976 г.). «ПРИЛОЖЕНИЕ C [367-373] ЗАПИСЬ БЕСПИЛОТНЫХ ЛУННЫХ ЗОНДОВ, 1958-1968 гг.: Советский Союз» . ЛУНА НАЗНАЧЕНИЯ: История программы лунного орбитального аппарата . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Архивировано из оригинала 26 января 2021 г. Проверено 17 февраля 2007 г.
- ^ Jump up to: а б Уэйд, Марк. «Лунный орбитальный аппарат» . Энциклопедия космонавтики. Архивировано из оригинала 21 августа 2002 года . Проверено 17 февраля 2007 г.
- ^ Байерс, Брюс К. (14 декабря 1976 г.). «ГЛАВА IX: МИССИИ I, II, III: ПОИСК И ПРОВЕРКА ПЛОЩАДКИ АПОЛЛОН, Первый запуск» . ЛУНА НАЗНАЧЕНИЯ: История программы лунного орбитального аппарата . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Архивировано из оригинала 27 сентября 2020 г. Проверено 17 февраля 2007 г.
- ^ Джонс, Эрик М. (14 декабря 1976 г.). «Первая высадка на Луну» . Журнал лунной поверхности Аполлона-11 . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 9 ноября 2014 г.
Гравитационные орбиты |
|---|
