Гало -орбита — это периодическая трехмерная орбита , связанная с одной из точек Лагранжа L 1 , L 2 или L 3 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, для удержания спутника на орбите может потребоваться удержание станции с использованием двигателей.
Большинство спутников на гало-орбите служат научным целям, например, космические телескопы .
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 внеплоскостная амплитуда с тем же периодом, поэтому орбита перестала быть орбитой Лиссажу и стала примерно эллипс. 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. [3]
Первой миссией, использовавшей гало-орбиту, был ISEE-3 , совместный космический корабль ЕКА и НАСА , запущенный в 1978 году. Он отправился в точку L 1 Солнце-Земля 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. [4] Хотя с тех пор несколько других миссий путешествовали 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. В конце 90-х годов М. А. Андреу впервые смог рассчитать такие транслунные орбиты Гало. Для достижения этой цели пришлось ввести новую модель движения космического корабля в системе Земля-Луна-Солнце, получившую название «Квазибициклическая задача» (QBCP). [5]
В мае 2018 года первоначальная идея Фаркуара была наконец реализована, когда Китай вывел первый спутник ретрансляции связи Queqiao на гало-орбиту вокруг точки L 2 Земля-Луна . [6] 3 января 2019 года космический корабль «Чанъэ-4» приземлился в кратере Фон Карман на обратной стороне Луны, используя спутник-ретранслятор «Кюэцяо» для связи с Землей. [7] [8]
Космический телескоп Джеймса Уэбба вышел на гало-орбиту вокруг точки L 2 Солнце-Земля 24 января 2022 года. [9] 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 точки L1 . [10] 6 января 2024 года космический корабль Адитья-L1 , первая индийская солнечная миссия, 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 . [11]
Это первый в истории спутник-ретранслятор Луны, расположенный в этом месте.