Транс-лунным инъекция ( ИТ ) является движителем маневра используется для установки космического аппарата на траектории , которая заставит его прибыть на Луне .
История [ править ]
Первым космическим зондом, предпринявшим попытку TLI, была " Луна-1 " Советского Союза 2 января 1959 года, которая была спроектирована для удара по Луне. Однако возгорание пошло не так, как планировалось, и космический корабль пропустил Луну более чем в три раза по ее радиусу и был отправлен на гелиоцентрическую орбиту. [1] Луна-2 более точно выполнила тот же маневр 12 сентября 1959 года и через два дня упала на Луну. [2] Советы повторили этот успех с еще 22 миссиями на Луну и 5 миссиями Зонда, летевшими на Луну в период с 1959 по 1976 год. [3]
26 января 1962 года Соединенные Штаты предприняли первую попытку удара по Луне, " Рейнджер-3" , но не достигли Луны. За этим последовал первый успех США, Ranger 4 , 23 апреля 1962 года. [4] Еще 27 американских миссий на Луну были запущены с 1962 по 1973 год, включая пять успешных мягких посадочных устройств Surveyor , пять зондов наблюдения Lunar Orbiter [5]. ] : 166 и девять миссий Аполлона , в ходе которых первые люди высадились на Луну.
Первой миссией с участием человека, выполнившей TLI, был Аполлон-8 21 декабря 1968 года, что сделало его экипаж первым человеком, покинувшим низкую околоземную орбиту . [6]
Для лунных миссий Apollo, ИТ проводил с помощью возобновления J-2 двигателя в S-IVB третьего этапе Сатурн V ракеты. Этот конкретный прожиг TLI длился приблизительно 350 секунд, обеспечивая изменение скорости от 3,05 до 3,25 км / с (от 10000 до 10600 футов / с) , при этом космический корабль двигался со скоростью примерно 10,4 км / с (34150 футов / с) относительно скорости. Земля. [7] Аполлон 8 TLI был замечательно замечен с Гавайских островов в предрассветном небе к югу от Вайкики, сфотографирован и опубликован в газетах на следующий день. [8] В 1969 году предрассветный TLI Аполлона 10 был виден из Клонкерри , Австралия .[9] Он был описан как похожий на автомобильные фары, летящие над холмом в тумане, а космический корабль выглядел как яркая комета с зеленоватым оттенком. [9]
В 1990 году Япония запустила свою первую лунную миссию с использованием спутника Hiten для облета Луны и вывода микроспутника Hagoromo на лунную орбиту. После этого он изучил новый метод TLI с низким дельта-v с 6-месячным временем передачи (по сравнению с 3 днями для Apollo). [10] [5] : 179
Американский космический корабль Clementine 1994 года , разработанный для демонстрации легких технологий, использовал трехнедельный TLI с двумя промежуточными облетами Земли перед выходом на лунную орбиту. [10] [5] : 185
В 1997 году Asiasat-3 стал первым коммерческим спутником, достигшим сферы влияния Луны, когда после неудачного запуска он дважды пролетел мимо Луны с малым треугольником, чтобы достичь желаемой геостационарной орбиты. Он прошел в пределах 6200 км от поверхности Луны. [10] [5] : 203
Спутник-демонстратор технологии ESA SMART-1 2003 года стал первым европейским спутником, вышедшим на орбиту Луны. После запуска на геостационарную переходную орбиту (GTO) в качестве силовой установки использовались ионные двигатели на солнечных батареях. В результате его чрезвычайно низкого маневра TLI delta-v космическому кораблю потребовалось более 13 месяцев, чтобы выйти на лунную орбиту, и 17 месяцев, чтобы достичь желаемой орбиты. [5] : 229
Китай запустил свою первую миссию на Луну в 2007 году, выведя космический корабль Chang'e 1 на лунную орбиту. Он использовал несколько ожогов, чтобы медленно поднять свой апогей и достичь окрестностей Луны. [5] : 257
Индия последовала в 2008 году, запустив Чандраян-1 в GTO и, как и китайский космический корабль, увеличила свой апогей после ряда ожогов. [5] : 259
Мягкий спускаемый аппарат Beresheet от компании Israel Aerospace Industries использовал этот маневр в 2019 году, но разбился на Луне.
В 2011 году спутники NASA GRAIL использовали маршрут с низкой дельта-v на Луну, проходя мимо точки L1 Солнце-Земля, и это заняло более 3 месяцев. [5] : 278
Теория [ править ]
Типичные траектории переноса на Луну приближаются к переходам Хомана , хотя в некоторых случаях также использовались низкоэнергетические переходы , как, например, с зондом Hiten . [11] Для краткосрочных миссий без значительных возмущений от источников за пределами системы Земля-Луна, как правило, более практичным является быстрый переход Хомана.
Космический корабль выполняет TLI, чтобы начать лунный переход с низкой круговой парковочной орбиты вокруг Земли . Большой ожог TLI , обычно выполняемый химическим ракетным двигателем, увеличивает скорость космического корабля, изменяя его орбиту с круговой низкой околоземной орбиты на высоко эксцентричную орбиту . Когда космический аппарат начинает движение по дуге перехода Луны, его траектория приближается к эллиптической орбите вокруг Земли с апогеем.около радиуса орбиты Луны. Зажигание TLI рассчитано по размеру и времени для точного нацеливания на Луну, когда она вращается вокруг Земли. Горение рассчитано таким образом, чтобы космический корабль приближался к апогею по мере приближения Луны. Наконец, космический корабль входит в сферу влияния Луны , совершая гиперболический поворот Луны.
Бесплатный возврат [ править ]
В некоторых случаях можно спроектировать TLI для нацеливания на свободную обратную траекторию , так что космический корабль будет кружить за Луной и возвращаться на Землю без необходимости дальнейших маневров. [12]
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 [13], в то время как в более поздних миссиях использовалась функционально аналогичная гибридная траектория, в которой для достижения Луны требуется корректировка курса на полпути. [14] [15] [16]
Моделирование [ править ]
Заштрихованные коники [ править ]
Нацеливание на TLI и лунные переходы - это особые приложения задачи n тел , которые можно аппроксимировать по-разному. Простейший способ исследования траекторий перехода Луны - метод заштрихованных коник . Предполагается, что космический аппарат ускоряется только при классической динамике двух тел, когда Земля доминирует, пока он не достигнет сферы влияния Луны . Движение в системе с заплатками и конусом детерминировано и легко вычисляется, что позволяет использовать его для приблизительного проектирования миссии и изучения « обратной стороны оболочки ».
Ограниченный круговой трехкорпусный корпус (RC3B) [ править ]
Однако более реалистично космический корабль подвергается воздействию гравитационных сил, исходящих от многих тел. Гравитация с Земли и Луны определяет ускорение космического корабля, и, поскольку собственная масса космического корабля по сравнению с ним ничтожна, траекторию космического корабля можно лучше аппроксимировать как ограниченную задачу трех тел . Эта модель является более близким приближением, но не имеет аналитического решения [17], требующего численного расчета. [18]
Дополнительная точность [ править ]
Более детальное моделирование включает моделирование истинного орбитального движения Луны; гравитация от других астрономических тел; неравномерность гравитации Земли и Луны ; включая давление солнечного излучения ; и так далее. Распространение движения космического корабля в такой модели требует больших количественных затрат, но необходимо для истинной точности миссии.
См. Также [ править ]
- Астродинамика
- Сравнение сверхтяжелых стартовых систем
- Низкая передача энергии
- Закачка через Землю
- Трансмарсианская инъекция
Ссылки [ править ]
- ^ "Луна 01" . НАСА .
- ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали» . nssdc.gsfc.nasa.gov .
- ^ "Советские миссии на Луну" . nssdc.gsfc.nasa.gov .
- ^ "Рейнджер 4" . НАСА .
- ^ a b c d e f g h "За пределами Земли" (PDF) . НАСА .
- ↑ Марс, Келли (20 декабря 2018 г.). "50 лет назад: Аполлон 8, вы идете на TLI!" . НАСА .
- ^ "Аполлон в числах" . НАСА . Архивировано из оригинала на 2004-11-18.
- ^ "Независимые новости звезды, воскресенье, 22 декабря 1968" . «Обстрел TLI был начат в тихоокеанское время, когда корабль находился над Гавайями, и там было сообщено, что ожог был виден с земли».
- ^ a b Френч, Фрэнсис; Колин Берджесс (2007). В тени луны . Университет Небраски Press . п. 372 . ISBN 978-0-8032-1128-5.
- ^ a b c Александр М. Яблонский1a; Келли А. Огден (2005). «Обзор технических требований к лунным сооружениям - текущее состояние» (PDF) . Международная лунная конференция 2005 г. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ "Hiten" . НАСА .
- ^ Шванингер, Артур Дж. (1963). Траектории в пространстве Земля-Луна с симметричными свойствами свободного возврата (PDF) . Техническая нота D-1833. Хантсвилл, Алабама: НАСА / Центр космических полетов им . Маршалла .
- ↑ Mansfield, Cheryl L. (18 мая 2017 г.). «Аполлон 10» . НАСА .
- ^ "АПОЛЛОН 12" . history.nasa.gov .
- ^ Пути к Луне (PDF) (Отчет). п. 93.
- ^ «Запустить Windows Essay» . history.nasa.gov .
- ↑ Анри Пуанкаре , Les Méthodes Nouvelles de Mécanique Céleste , Париж, Готье-Виллар и др., 1892-99.
- ^ Виктор Себехий , Теория орбит, ограниченная задача трех тел , Йельский университет, Academic Press, 1967.
В эту статью включены материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .