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. Говорят, что космический корабль, находящийся дальше всего от Луны (в апоапсисе ), находится в аполуне , апоцинтионе или апоселене . Когда оно находится ближе всего к Луне (в периапсисе ), говорят, что оно 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]
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] Первая пилотируемая миссия « Аполлон -11» предприняла первую попытку 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, станет 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]
Исследование воздействия масконов на лунные космические корабли привело к открытию в 2001 году замороженных орбит , возникающих при четырех наклонениях орбит : 27 °, 50 °, 76 ° и 86 °, при которых космический корабль может оставаться на низкой орбите бесконечно долго. [2] Субспутник Аполлона-15 PFS-1 и субспутник Аполлона-16 PFS-2 , оба небольших спутника , выпущенные из служебного модуля Аполлона , 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 нестабильном наклоне орбиты в 11 ° и продержался на орбите всего 35 дней, прежде чем врезался в поверхность Луны. [2]
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 требуются модели трех тел . [5]
Хотя сфера Лунного холма простирается на радиус 60 000 км (37 000 миль), [6] гравитация Земли достаточно вмешивается, чтобы сделать лунные орбиты нестабильными на расстоянии 690 км (430 миль). [7]
Орбиты вокруг точек Лагранжа Земля-Луна 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 местами 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 ) используются и планируются для Lunar Gateway почти прямолинейные гало-орбиты с использованием точки 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 низкой энергией . Это занимает 3–4 дня, [ слово пропущено ] месяцев или 2,5–4 месяца соответственно. [8]
Советский Союз отправил первый космический корабль в окрестности Луны (или любого внеземного объекта), роботизированный аппарат «Луна-1» , 4 января 1959 года . поверхности, но не достиг лунной орбиты. [11] «Луна-3» , запущенная 4 октября 1959 года, была первым автоматическим космическим кораблем, совершившим свободное возвращение вокруг Луны по траектории , но это все еще не лунная орбита, а траектория в форме восьмерки, которая обогнула обратную сторону Луны и вернулась на Земля. Этот аппарат предоставил первые снимки обратной стороны лунной поверхности. [11]
«Луна-10» стала первым космическим кораблем, совершившим орбиту вокруг Луны и любого внеземного тела в апреле 1966 года. [12] Он изучал поток микрометеороидов и лунную среду до 30 мая 1966 года. [12] Была запущена последующая миссия «Луна-11». 24 августа 1966 года и изучал лунные гравитационные аномалии, измерения радиации и солнечного ветра.
Первым космическим кораблем Соединенных Штатов , вышедшим на орбиту Луны, был Lunar Orbiter 1 14 августа 1966 года . миль (189,1 км; 117,5 миль). [14] Затем орбита была округлена примерно до 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 площадок для посадки программы «Аполлон» . [13]
Командно-сервисный модуль (CSM) программы «Аполлон » оставался на лунной парковочной орбите, пока лунный 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 механическом спуске, за счет использования топлива CSM для сжигания DOI, а затем подъема его перицентра обратно на круговую орбиту после того, как LM совершил посадку. [15]
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
субспутника
«Аполлон-15»
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. °.
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 выше цитаты) см. в книге 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.