Транслунная инъекция ( TLI ) — это маневр , который используется для отправки космического корабля на Луну . Типичные траектории лунного перехода приближаются к траекториям Хохмана , хотя в некоторых случаях также использовались низкоэнергетические переходы , как в случае с зондом Hiten . [1] Для краткосрочных миссий без существенных возмущений от источников за пределами системы Земля-Луна быстрый переход Хохмана обычно более практичен.
Космический корабль выполняет TLI, чтобы начать лунный переход с низкой круговой парковочной орбиты вокруг Земли . Большое включение TLI , обычно выполняемое химическим ракетным двигателем, увеличивает скорость космического корабля, изменяя его орбиту с круговой низкой околоземной орбиты на высокоэксцентричную орбиту . Когда космический корабль начинает движение по дуге лунного перехода, его траектория приближается к эллиптической орбите вокруг Земли с апогеем , близким к радиусу орбиты Луны. Включение TLI рассчитано по размеру и времени для точного нацеливания на Луну, когда она вращается вокруг Земли. Включение рассчитано таким образом, чтобы космический корабль приближался к апогею по мере приближения Луны. Наконец, космический корабль входит в сферу влияния Луны , совершая гиперболический лунный пролет.
В некоторых случаях можно спроектировать TLI так, чтобы он двигался по траектории свободного возвращения , так что космический аппарат сделает петлю за Луной и вернется на Землю без необходимости дополнительных маневров. [2]
Такие траектории свободного возвращения добавляют запас прочности космическим миссиям человека , поскольку космический корабль вернется на Землю «бесплатно» после первоначального включения TLI. Apollos 8, 10 и 11 начали с траектории свободного возвращения, [3] в то время как более поздние миссии использовали функционально похожую гибридную траекторию, в которой для достижения Луны требуется коррекция курса на полпути. [4] [5] [6]
Нацеливание TLI и лунные перелеты являются конкретным применением задачи n тел , которая может быть аппроксимирована различными способами. Самый простой способ исследования траекторий лунных перелетов — метод заплатанных конических сечений . Предполагается, что космический корабль ускоряется только в соответствии с классической динамикой двух тел, находясь под влиянием Земли, пока не достигнет сферы влияния Луны . Движение в заплатанно-конической системе является детерминированным и простым для расчета, что позволяет проводить грубую разработку миссии и исследования « задней части конверта ».
Однако более реалистично, что космический корабль подвержен гравитационным силам от многих тел. Гравитация от Земли и Луны доминирует в ускорении космического корабля, и поскольку собственная масса космического корабля в сравнении с ней пренебрежимо мала, траекторию космического корабля можно лучше аппроксимировать как ограниченную задачу трех тел . Эта модель является более близким приближением, но не имеет аналитического решения, [7] требуя численного расчета. [8]
Более детальное моделирование включает моделирование истинного орбитального движения Луны; гравитации от других астрономических тел; неоднородности гравитации Земли и Луны ; включая давление солнечного излучения ; и т. д. Распространение движения космического корабля в такой модели является численно интенсивным, но необходимым для истинной точности миссии.
Первым космическим зондом, попытавшимся осуществить TLI, была советская Луна -1 2 января 1959 года, которая была разработана для столкновения с Луной. Однако запуск прошел не совсем так, как планировалось, и космический аппарат промахнулся мимо Луны более чем в три раза по ее радиусу и был отправлен на гелиоцентрическую орбиту. [9] Луна-2 выполнила тот же маневр более точно 12 сентября 1959 года и врезалась в Луну два дня спустя. [10] Советы повторили этот успех, осуществив еще 22 миссии Луны и 5 миссий Зонда , отправившихся на Луну между 1959 и 1976 годами. [11]
Соединенные Штаты запустили свою первую лунную ударную установку Ranger 3 26 января 1962 года, которая не смогла достичь Луны. За этим последовал первый успех США Ranger 4 23 апреля 1962 года. [12] Еще 27 миссий США на Луну были запущены с 1962 по 1973 год, включая пять успешных мягких посадочных аппаратов Surveyor , пять зондов наблюдения Lunar Orbiter , [13] : 166 и девять миссий Apollo , которые высадили первых людей на Луне.
Для лунных миссий Apollo TLI выполнялся перезапускаемым двигателем J-2 в третьей ступени S-IVB ракеты Saturn V. Этот конкретный запуск TLI длился приблизительно 350 секунд, обеспечивая изменение скорости от 3,05 до 3,25 км/с (от 10 000 до 10 600 футов/с) , в этот момент космический корабль двигался со скоростью приблизительно 10,4 км/с (34 150 футов/с) относительно Земли. [14] TLI Apollo 8 был эффектно замечен с Гавайских островов в предрассветном небе к югу от Вайкики, сфотографирован и опубликован в газетах на следующий день. [15] В 1969 году предрассветный TLI Apollo 10 был виден из Клонкарри , Австралия . [16] Его описывали как нечто похожее на свет автомобильных фар, проносящихся над холмом в тумане, а космический корабль выглядел как яркая комета с зеленоватым оттенком. [16]
В 1990 году Япония запустила свою первую лунную миссию, используя спутник Hiten для пролета мимо Луны и размещения микроспутника Hagoromo на лунной орбите. После этого она исследовала новый метод TLI с низкой дельта-v с 6-месячным временем перехода (по сравнению с 3 днями для Apollo). [17] [13] : 179
Американский космический корабль «Клементина» 1994 года , разработанный для демонстрации легких технологий, использовал трехнедельный TLI с двумя промежуточными пролетами Земли перед выходом на лунную орбиту. [17] [13] : 185
В 1997 году Asiasat-3 стал первым коммерческим спутником, достигшим сферы влияния Луны, когда после неудачного запуска он дважды пролетел мимо Луны по низкой дельта-v траектории, чтобы достичь желаемой геостационарной орбиты. Он прошел в 6200 км от поверхности Луны. [17] [13] : 203
Демонстрационный спутник ESA SMART- 1 2003 года стал первым европейским спутником, вышедшим на орбиту Луны. После запуска на геостационарную переходную орбиту (GTO) он использовал солнечные ионные двигатели для движения. В результате его чрезвычайно низкого дельта-v маневра TLI космическому аппарату потребовалось более 13 месяцев, чтобы достичь лунной орбиты, и 17 месяцев, чтобы достичь желаемой орбиты. [13] : 229
Китай запустил свою первую миссию на Луну в 2007 году, разместив космический аппарат Chang'e 1 на лунной орбите. Он использовал несколько включений, чтобы медленно поднять свой апогей и достичь окрестностей Луны. [13] : 257
В 2008 году Индия последовала ее примеру, запустив Chandrayaan-1 на геостационарную орбиту и, как и китайский космический корабль, увеличив его апогей за несколько включений. [13] : 259
Мягкий посадочный модуль Beresheet компании Israel Aerospace Industries использовал этот маневр в 2019 году, но потерпел крушение на Луне.
В 2011 году спутники NASA GRAIL использовали маршрут с низкой дельта-v к Луне, проходя мимо точки L1 Солнце-Земля и занимая более 3 месяцев. [13] : 278
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .