Транслунная инъекция ( ТЛИ ) — это двигательный маневр , который используется для отправки космического корабля на Луну . Типичные траектории лунного перемещения приближаются к траекториям Гомана , хотя в некоторых случаях также использовались низкоэнергетические перемещения , как, например, в случае с зондом Hiten . [1] Для краткосрочных миссий без значительных возмущений от источников за пределами системы Земля-Луна обычно более практичным является быстрый переход Хомана.
Космический корабль выполняет TLI, чтобы начать переход на Луну с низкой круговой орбиты вокруг Земли . Большой взрыв TLI , обычно выполняемый химическим ракетным двигателем, увеличивает скорость космического корабля, изменяя его орбиту с круговой околоземной орбиты на сильно эксцентричную орбиту . Когда космический корабль начинает двигаться по переходной дуге Луны, его траектория приближается к эллиптической орбите вокруг Земли с апогеем , близким к радиусу орбиты Луны. Размер и время взрыва TLI рассчитаны на то, чтобы точно нацелиться на Луну, вращающуюся вокруг Земли. Горение рассчитано так, чтобы космический корабль приближался к апогею по мере приближения Луны. Наконец, космический корабль входит в сферу влияния Луны , совершая гиперболический обход Луны.
В некоторых случаях можно спроектировать TLI для траектории свободного возврата , чтобы космический корабль обогнул Луну и вернулся на Землю без необходимости дальнейших маневров. [2]
Такие траектории свободного возврата добавляют запас безопасности пилотируемым космическим полетам, поскольку космический корабль вернется на Землю «бесплатно» после первоначального сгорания TLI. «Аполлоны-8», «10» и «11» стартовали по траектории свободного возврата [3] , в то время как более поздние миссии использовали функционально аналогичную гибридную траекторию, в которой для достижения Луны требуется коррекция на полпути. [4] [5] [6]
Нацеливание TLI и лунные перемещения представляют собой специфическое применение проблемы n тел , которое можно аппроксимировать различными способами. Самый простой способ исследования траекторий перемещения Луны — метод лоскутных коник . Предполагается, что космический корабль будет ускоряться только в рамках классической динамики двух тел, при этом доминирует Земля, пока он не достигнет сферы влияния Луны . Движение в системе с исправленной конусом является детерминированным и простым в расчете, что позволяет использовать его для грубого проектирования миссий и « обратной стороны конверта ».
Однако более реалистично то, что космический корабль подвержен гравитационным силам многих тел. Гравитация Земли и Луны доминирует в ускорении космического корабля, и, поскольку собственная масса космического корабля по сравнению 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] и требует численного расчета. [8]
Более детальное моделирование включает моделирование истинного орбитального движения Луны; гравитация других астрономических тел; неравномерность гравитации Земли и Луны ; включая давление солнечной радиации ; и так далее. Распространение движения космического корабля в такой модели требует больших вычислительных усилий, но необходимо для истинной точности миссии.
Первым космическим зондом, предпринявшим попытку TLI, была советская « Луна-1» 2 января 1959 года, предназначенная для столкновения с Луной. Однако горение пошло не так, как планировалось, и космический корабль промахнулся мимо Луны более чем в три раза по ее радиусу и был отправлен на гелиоцентрическую орбиту. [9] «Луна-2» более точно выполнила тот же маневр 12 сентября 1959 года и через два дня врезалась в Луну. [10] Советы повторили этот успех, совершив еще 22 миссии на Луну и 5 миссий «Зонд» на Луну в период с 1959 по 1976 год. [11]
26 января 1962 года Соединенные Штаты предприняли первую попытку запуска лунного ударного аппарата « Рейнджер-3» , но ей не удалось достичь Луны. За этим последовал первый успех США, «Рейнджер-4» , 23 апреля 1962 года . [12] Еще 27 американских миссий на Луну были запущены с 1962 по 1973 год, в том числе пять успешных мягких посадочных аппаратов «Сервейор» , пять наблюдательных зондов « Лунный орбитальный аппарат» , [13] ] : 166 и девять миссий Аполлона , в результате которых на Луну высадились первые люди.
Для лунных миссий «Аполлон» TLI выполнялся перезапускаемым двигателем J-2 третьей ступени S-IVB ракеты «Сатурн V» . Это конкретное горение TLI длилось примерно 350 секунд, обеспечивая изменение скорости от 3,05 до 3,25 км/с (от 10 000 до 10 600 футов/с) , после чего космический корабль двигался со скоростью примерно 10,4 км/с (34 150 футов/с) относительно Земля. [14] TLI «Аполлона-8» эффектно наблюдался с Гавайских островов в предрассветном небе к югу от Вайкики, был сфотографирован и на следующий день опубликован в газетах. [15] В 1969 году предрассветный TLI Аполлона-10 был виден из Клонкерри , Австралия . [16] Оно было описано как похожее на фары автомобиля, пролетающего 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 «Хитен» для облета Луны и вывода микроспутника «Хагоромо» на лунную орбиту. После этого он исследовал новый метод TLI с низким значением дельта-v и сроком передачи 6 месяцев (по сравнению с 3 днями для Apollo). [17] [13] : 179
Американский космический корабль «Клементина» 1994 года , предназначенный для демонстрации легких технологий, использовал трехнедельный TLI с двумя промежуточными облетами 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 с низкой дельта-v, чтобы достичь желаемой геостационарной орбиты. Он прошел на расстоянии 6200 км от поверхности Луны. [17] [13] : 203
Спутник-демонстратор технологий SMART-1 ЕКА 2003 года стал первым европейским спутником, вышедшим на орбиту Луны. После запуска на геостационарную переходную орбиту (GTO) в качестве движения использовались ионные двигатели на солнечной энергии. В результате маневра TLI с чрезвычайно низкой дельтой v космическому кораблю потребовалось более 13 месяцев, чтобы достичь лунной орбиты, и 17 месяцев, чтобы достичь желаемой орбиты. [13] : 229
Китай запустил свою первую лунную миссию в 2007 году, выведя космический корабль «Чанъэ-1» на лунную орбиту. Он использовал множественные ожоги, чтобы медленно поднять свой апогей и достичь окрестностей Луны. [13] : 257
Индия последовала этому примеру в 2008 году, запустив « Чандраян-1» в ГТО и, как и китайский космический корабль, доведя его до апогея из-за ряда сбоев. [13] : 259
Мягкий посадочный модуль Beresheet от Israel Aerospace Industries использовал этот маневр в 2019 году, но разбился на Луне.
В 2011 году спутники НАСА GRAIL использовали маршрут к Луне с низкой дельтой v, проходя мимо точки L1 Солнце-Земля и занимая более 3 месяцев. [13] : 278
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .