В астрономии и космических полетах лунная орбита (также известная как селеноцентрическая орбита ) — это орбита объекта вокруг Луны . В общем случае эти орбиты не являются круговыми. Когда космический корабль находится дальше всего от Луны (в апоцентре ), говорят, что он находится в аполуне , апоцинтионе или апоселене . Когда он находится ближе всего к Луне (в перицентре ), говорят, что он находится в периселене , перицинтионе или периселене . Они происходят от имен или эпитетов богини Луны .
Выход на лунную орбиту ( LOI ) — это маневр выхода на орбиту, используемый для достижения лунной орбиты. [1]
Низкая лунная орбита ( LLO ) — это орбита ниже 100 км (62 мили) высоты. Они имеют период около 2 часов. [2] Они представляют особый интерес для исследования Луны , но страдают от гравитационных возмущений , которые делают большинство нестабильными, и оставляют только несколько орбитальных траекторий, возможных для неопределенных замороженных орбит . Они были бы полезны для долгосрочного пребывания в LLO. [2]
Большинство низких лунных орбит ниже 100 км (60 миль) нестабильны. [2]
Гравитационные аномалии, слегка искажающие орбиты некоторых лунных орбитальных аппаратов, привели к открытию скоплений масс (названных масконами ) под поверхностью Луны, вызванных крупными ударными телами в отдаленном прошлом. [2] [3] Эти аномалии достаточно велики, чтобы вызвать значительное изменение лунной орбиты в течение нескольких дней. Они могут привести к тому, что отвес зависнет примерно на треть градуса от вертикали, указывая на маскон, и увеличит силу тяжести на полпроцента. [2] Первая пилотируемая посадочная миссия Аполлона-11 использовала первую попытку исправить эффект возмущения (замороженные орбиты в то время не были известны). Орбита парковки была «круговой» на 66 морских миль (122 км; 76 миль) на 54 морских мили (100 км; 62 мили), что, как ожидалось, должно было стать номинальным круговым 60 морских миль (110 км; 69 миль), когда LM совершит обратную встречу с CSM. Но эффект был переоценен в два раза; на встрече орбита была рассчитана как 63,2 морских мили (117,0 км; 72,7 мили) на 56,8 морских миль (105,2 км; 65,4 мили). [4]
Изучение влияния масконов на лунные космические аппараты привело к открытию в 2001 году замороженных орбит, возникающих при четырех наклонениях орбиты : 27°, 50°, 76° и 86°, при которых космический аппарат может оставаться на низкой орбите неограниченно долго. [2] Субспутник Apollo 15 PFS-1 и субспутник Apollo 16 PFS-2 , оба небольших спутника, выпущенных из служебного модуля Apollo, внесли свой вклад в это открытие. PFS- 1 оказался на долговременной орбите с наклонением 28° и успешно завершил свою миссию через полтора года. PFS-2 был помещен на особенно нестабильную орбиту с наклонением 11° и продержался на орбите всего 35 дней, прежде чем врезаться в лунную поверхность. [2]
Для лунных орбит с высотами в диапазоне от 500 до 20 000 км (от 300 до 12 000 миль) гравитация Земли приводит к возмущениям орбиты . На высотах выше этой возмущенные модели двухчастичной астродинамики недостаточны, и требуются модели трехчастичной астродинамики . [5]
Хотя сфера Холма Луны простирается до радиуса 60 000 км (37 000 миль), [6] гравитация Земли вмешивается достаточно сильно, чтобы сделать лунные орбиты нестабильными на расстоянии 690 км (430 миль). [7]
Точки Лагранжа системы Земля-Луна могут обеспечить стабильные орбиты в окрестностях Луны, такие как гало-орбиты и далекие ретроградные орбиты .
Некоторые гало-орбиты остаются над определенными областями лунной поверхности. Они могут использоваться лунными ретрансляционными спутниками для связи с поверхностными станциями на обратной стороне Луны . Первым, кто сделал это, был ретрансляционный спутник 2019 года Queqiao . Он был размещен вокруг точки L2 Земля-Луна на расстоянии примерно 65 000 км (40 000 миль). [ необходима цитата ]
С 2022 года ( CAPSTONE ) используются и планируются к использованию в Lunar Gateway почти прямолинейные гало-орбиты , использующие также точку Лагранжа .
.png/1280px-Near_Rectilinear_Halo_Orbit_(NRHO).png)
Существует три основных способа попасть на лунную орбиту с Земли: прямой переход, переход с малой тягой и переход с малой энергией . Они занимают 3–4 дня, [ пропущенное слово ] месяцев или 2,5–4 месяца соответственно. [8]
Советский Союз отправил первый космический аппарат в окрестности Луны (или любого внеземного объекта), роботизированный аппарат Луна-1 , 4 января 1959 года. [11] Он прошёл 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 роботизированным космическим аппаратом, который завершил траекторию свободного возвращения вокруг Луны , всё ещё не лунную орбиту, а траекторию в виде восьмёрки, которая обогнула обратную сторону Луны и вернулась на Землю. Этот аппарат предоставил первые фотографии обратной стороны лунной поверхности. [11]
Луна-10 стала первым космическим аппаратом, который в апреле 1966 года фактически вышел на орбиту Луны и любого внеземного тела. [12] Он изучал поток микрометеоритов и лунную среду до 30 мая 1966 года. [12] Последующая миссия, Луна-11 , была запущена 24 августа 1966 года и изучала лунные гравитационные аномалии, радиацию и измерения солнечного ветра.
Первым американским космическим аппаратом, вышедшим на орбиту Луны, был Lunar Orbiter 1 14 августа 1966 года. [13] Первая орбита была эллиптической с апоселением 1008 морских миль (1867 км; 1160 миль) и периселением 102,1 морских миль (189,1 км; 117,5 миль). [14] Затем орбита была округлена до около 170 морских миль (310 км; 200 миль) для получения подходящих изображений. Пять таких космических аппаратов были запущены в течение тринадцати месяцев, все из которых успешно картографировали Луну, в первую очередь с целью поиска подходящих мест посадки программы Apollo . [13]
Командно -служебный модуль (CSM) программы Apollo оставался на лунной парковочной орбите, пока лунный модуль (LM) приземлялся. Объединенный CSM/LM сначала вошел бы на эллиптическую орбиту, номинально 170 морских миль (310 км; 200 миль) на 60 морских миль (110 км; 69 миль), которая затем была изменена на круговую парковочную орбиту около 60 морских миль (110 км; 69 миль). Орбитальные периоды варьируются в зависимости от суммы апоцентра и перицентра , и для CSM составляли около двух часов. LM начал свою последовательность посадки с включения режима спуска на орбиту (DOI), чтобы снизить свой перицентр примерно до 50 000 футов (15 км; 8,2 морских миль), выбранного для того, чтобы избежать столкновения с лунными горами, достигающими высоты 20 000 футов (6,1 км; 3,3 морских миль). После второй посадочной миссии процедура на Аполлоне-14 была изменена , чтобы сэкономить больше топлива ЛМ для его активного спуска, используя топливо командного модуля для выполнения DOI, а затем подняв его перицентр обратно на круговую орбиту после того, как ЛМ совершил посадку. [15]
Лунные масконы делают большинство низких лунных орбит нестабильными ... Когда спутник проходит на высоте 50 или 60 миль над головой, масконы тянут его вперед, назад, влево, вправо или вниз, точное направление и величина рывка зависят от траектории спутника. При отсутствии каких-либо периодических ускорений от 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 неопределенно долго. Они происходят под четырьмя наклонами: 27°, 50°, 76° и 86° — последний из которых находится почти над лунными полюсами. Орбита относительно долгоживущего
субспутника
Аполлона-15
PFS-1
имела наклонение 28°, что оказалось близким к наклонению одной из замороженных орбит, но бедный PFS-2 был проклят наклонением всего в 11°.
сферы Хилла Луны составляет 60 000 километров, что составляет примерно одну шестую расстояния между ней и Землей.Данные о среднем расстоянии и массе тел (для проверки приведенной выше цитаты) см. в Williams, David R. (20 декабря 2021 г.). "Moon Fact Sheet". NASA.gov . Гринбелт, Мэриленд: NASA Goddard Space Flight Center . Получено 23 июля 2023 г. .