Гало-орбита

Полярный вид

Экваториальный вид

, Траектория SOHO Солнце-Земля. _{L 1} гало-орбита вокруг точки
Земля · СОХО

Гало -орбита — это периодическая трехмерная орбита, L ₁ , L ₂ или L ₃ связанная с одной из точек Лагранжа в задаче трех тел орбитальной механики . Хотя точка Лагранжа — это всего лишь точка в пустом пространстве, ее особенностью является то, что вокруг нее можно вращаться по орбите Лиссажу или по гало-орбите. Их можно рассматривать как результат взаимодействия гравитационного притяжения двух планетарных тел и Кориолиса и центробежной силы, действующей на космический корабль. Гало-орбиты существуют в любой системе трех тел, например, в спутниковой системе Солнце - Земля или в спутниковой системе Земля- Луна . В каждой точке Лагранжа существуют непрерывные «семейства» как северных, так и южных галоорбит. Поскольку гало-орбиты, как правило, нестабильны, удержание станции для удержания спутника на орбите может потребоваться с использованием двигателей.

Большинство спутников на гало-орбите служат научным целям, например, космические телескопы .

Определение и история

Роберт В. Фаркуар впервые использовал название «гало» в 1966 году для орбит вокруг L ₂ , которые выполнялись периодически с помощью двигателей. ^[1] Фаркуар выступал за использование космического корабля на такой орбите за Луной (Земля-Луна L ₂ ) в качестве ретрансляционной станции связи для миссии Аполлона на обратную сторону Луны . Космический корабль на такой орбите будет постоянно находиться в поле зрения как Земли, так и обратной стороны Луны, тогда как орбита Лиссажу иногда заставит космический корабль идти за Луной. В итоге для «Аполлона» не был запущен ни один спутник-ретранслятор, поскольку все посадки происходили на обратной стороне Луны. ^[2]

В 1973 году Фаркуар и Ахмед Камель обнаружили, что, когда амплитуда орбиты Лиссажу в плоскости будет достаточно большой, появится соответствующая амплитуда вне плоскости, которая будет иметь тот же период: ^[3] поэтому орбита перестала быть орбитой Лиссажу и стала примерно эллиптической. ^{[ нужна ссылка ]} Они использовали аналитические выражения для представления этих гало-орбит; в 1984 году Кэтлин Хауэлл показала, что более точные траектории можно рассчитать численно. Кроме того, она обнаружила, что для большинства значений соотношения масс двух тел (таких как Земля и Луна) существует диапазон стабильных орбит. ^[4]

Первой миссией, использовавшей гало-орбиту, был ISEE-3 , совместный космический корабль ЕКА и НАСА, Солнце-Земля _{запущенный в 1978 году. Он отправился в точку L 1} и оставался там в течение нескольких лет. Следующей миссией, в которой использовалась гало-орбита, была Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO), также совместная миссия ЕКА и НАСА по изучению Солнца, которая прибыла к Солнцу-Земле L ₁ в 1996 году. Она использовала орбиту, аналогичную ISEE-3. ^[5] Хотя с тех пор несколько других миссий отправились к точкам Лагранжа, они (например, астрометрическая космическая обсерватория Гайя ) обычно использовали соответствующие непериодические вариации, называемые орбитами Лиссажу, а не реальную гало-орбиту.

Хотя гало-орбиты были хорошо известны в RTBP (ограниченной задаче трех тел), получить гало-орбиты для реальной системы Земля-Луна было сложно. Транслунные гало-орбиты были впервые вычислены в 1998 году М. А. Андреу, который представил новую модель движения космического корабля в системе Земля-Луна-Солнце, названную квазибициркулярной задачей (QBCP). ^[6]

В мае 2018 года первоначальная идея Фаркуара была наконец реализована, когда Китай вывел первый спутник ретрансляции связи Queqiao Земля-Луна _{на гало-орбиту вокруг точки L 2} . ^[7] 3 января 2019 года космический корабль «Чанъэ-4» приземлился в кратере Фон Карман на обратной стороне Луны, используя спутник-ретранслятор Цюэцяо для связи с Землей. ^[8]^[9]

Космический телескоп Джеймса Уэбба Солнце-Земля _{вышел на гало-орбиту вокруг точки L 2} 24 января 2022 года. ^[10] Евклид вышел на аналогичную орбиту вокруг этой точки в августе 2023 года.

Индийское космическое агентство ISRO запустило Aditya-L1 для изучения Солнца с гало-орбиты вокруг _{L1 .} точки ^[11] 6 января 2024 года космический корабль Адитья-L1 , первая солнечная миссия Индии, успешно вышел на свою последнюю орбиту с периодом около 180 дней вокруг первой точки Лагранжа Солнца-Земли (L1), примерно в 1,5 миллионах километров от Земли . ^[12]

См. также

Межпланетная транспортная сеть
Межпланетный космический полет
Орбита Лиссажу , еще одна орбита с лагранжевой точкой, которая обобщает гало-орбиты.
Почти прямолинейная гало-орбита
Категория: Космический корабль, использующий гало орбиты
Орбита точки либрации

Ссылки

^ Роберт Фаркуар (1966). «Удержание станций вблизи коллинеарных точек либрации с применением к задаче лунной связи». Серия AAS Science and Technology: Симпозиум специалистов по механике космических полетов . 11 : 519–535. , см. Фаркуар, Р.В.: «Контроль и использование спутников точки либрации» , доктор философии. Диссертация, кафедра аэронавтики и астронавтики, Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния, 1968, стр. 103, 107–108.
^ Шмид, Ч.П. (1 июня 1968 г.). «Спутники обратной связи Луны» . НАСА , Центр космических полетов имени Годдарда . Проверено 16 июля 2008 г.
^ Фаркуар, RW; Камель, А.А. (июнь 1973 г.). «Квазипериодические орбиты вокруг транслунной точки либрации» . Спрингер.
^ Хауэлл, Кэтлин С. (1984). «Трёхмерные периодические гало-орбиты» . Небесная механика . 32 (1): 53–71. Бибкод : 1984CeMec..32...53H . дои : 10.1007/BF01358403 . S2CID 189831091 .
^ Данэм, Д.В.; Фаркуар, RW (2003). «Миссии Точки либрации, 1978–2002 гг.». Орбиты точек либрации и их приложения . стр. 45–73. дои : 10.1142/9789812704849_0003 . ISBN 978-981-238-363-1 .
^ Эндрю, Массачусетс (1998). Квазибициклическая задача . доктор философии Д. диссертация, каф. Прикладная математика и анализ, Университет Барселоны. Публикации Университета Барселоны. ISBN 84-475-2319-5 .
^ Сюй, Луюань (15 июня 2018 г.). «Как китайский лунный спутник-ретранслятор вышел на свою последнюю орбиту» . Планетарное общество . Это первый в истории спутник-ретранслятор Луны, расположенный в этом месте.
^ Джонс, Эндрю (5 декабря 2018 г.). «Китай 7 декабря запустит миссию по высадке на обратной стороне Луны «Чанъэ-4» . gbtimes.com . Архивировано из оригинала 15 апреля 2019 года.
^ Джонс, Эндрю (3 января 2019 г.). «Чанъэ-4» возвращает первые изображения с обратной стороны Луны после исторической посадки» . SpaceNews.com . Проверено 8 января 2019 г.
^ Рулетка, Джоуи (24 января 2022 г.). «После путешествия в миллион миль телескоп Джеймса Уэбба достигает пункта назначения. Безопасное прибытие телескопа является облегчением для ученых, которые планируют провести следующие 10 или более лет, используя его для изучения древних галактик» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 24 января 2022 года . Проверено 24 января 2022 г.
^ «После Чандраяана-3 ISRO готовится к миссии ADITYA-L1 на Солнце. Главное, что нужно знать» . Экономические времена . 24 июля 2023 г. Проверено 24 июля 2023 г.
^ «Вывод Адитьи-L1 на гало-орбиту успешно завершен» . www.isro.gov.in. Проверено 6 января 2024 г.

Внешние ссылки

SOHO – Путешествие на орбиту L1 Halo
Межпланетные переходы с низкой энергией с использованием метода прыжков по гало-орбитам с помощью STK/Astrogator
Орбита типа Лиссажу Геи - орбита типа Лиссажу, то есть почти круглый эллипс или «ореол».

[1] Роберт Фаркуар (1966). «Удержание станций вблизи коллинеарных точек либрации с применением к задаче лунной связи». Серия AAS Science and Technology: Симпозиум специалистов по механике космических полетов . 11 : 519–535. , см. Фаркуар, Р.В.: «Контроль и использование спутников точки либрации» , доктор философии. Диссертация, кафедра аэронавтики и астронавтики, Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния, 1968, стр. 103, 107–108.

[2] Шмид, Ч.П. (1 июня 1968 г.). «Спутники обратной связи Луны» . НАСА , Центр космических полетов имени Годдарда . Проверено 16 июля 2008 г.

[3] Фаркуар, RW; Камель, А.А. (июнь 1973 г.). «Квазипериодические орбиты вокруг транслунной точки либрации» . Спрингер.

[4] Хауэлл, Кэтлин С. (1984). «Трёхмерные периодические гало-орбиты» . Небесная механика . 32 (1): 53–71. Бибкод : 1984CeMec..32...53H . дои : 10.1007/BF01358403 . S2CID 189831091 .

[5] Данэм, Д.В.; Фаркуар, RW (2003). «Миссии Точки либрации, 1978–2002 гг.». Орбиты точек либрации и их приложения . стр. 45–73. дои : 10.1142/9789812704849_0003 . ISBN 978-981-238-363-1 .

[6] Эндрю, Массачусетс (1998). Квазибициклическая задача . доктор философии Д. диссертация, каф. Прикладная математика и анализ, Университет Барселоны. Публикации Университета Барселоны. ISBN 84-475-2319-5 .

[7] Сюй, Луюань (15 июня 2018 г.). «Как китайский лунный спутник-ретранслятор вышел на свою последнюю орбиту» . Планетарное общество . Это первый в истории спутник-ретранслятор Луны, расположенный в этом месте.

[8] Джонс, Эндрю (5 декабря 2018 г.). «Китай 7 декабря запустит миссию по высадке на обратной стороне Луны «Чанъэ-4» . gbtimes.com . Архивировано из оригинала 15 апреля 2019 года.

[9] Джонс, Эндрю (3 января 2019 г.). «Чанъэ-4» возвращает первые изображения с обратной стороны Луны после исторической посадки» . SpaceNews.com . Проверено 8 января 2019 г.

[10] Рулетка, Джоуи (24 января 2022 г.). «После путешествия в миллион миль телескоп Джеймса Уэбба достигает пункта назначения. Безопасное прибытие телескопа является облегчением для ученых, которые планируют провести следующие 10 или более лет, используя его для изучения древних галактик» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 24 января 2022 года . Проверено 24 января 2022 г.

[11] «После Чандраяана-3 ISRO готовится к миссии ADITYA-L1 на Солнце. Главное, что нужно знать» . Экономические времена . 24 июля 2023 г. Проверено 24 июля 2023 г.

[12] «Вывод Адитьи-L1 на гало-орбиту успешно завершен» . www.isro.gov.in. Проверено 6 января 2024 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]