Транслунная инъекция - Trans-lunar injection
Транс-лунным инъекция ( ИТ ) является движителем маневра используется для установки космического аппарата на траектории , которая заставит его прибыть на Луне .
История
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. «Луна-2» более точно выполнила тот же маневр 12 сентября 1959 года и через два дня упала на Луну. Советы повторили этот успех, выполнив еще 22 миссии на Луну и 5 миссий Зонд, отправившихся на Луну в период с 1959 по 1976 год.
26 января 1962 года Соединенные Штаты предприняли свою первую попытку удара по Луне, " Рейнджер-3" , но не достигли Луны. За этим последовал первый успех США, Ranger 4 , 23 апреля 1962 года. 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 и девять миссий Apollo. который высадил первых людей на Луну.
Первой миссией с участием человека, выполнившей TLI, стал « Аполлон-8» 21 декабря 1968 года, что сделало его экипаж первыми людьми, покинувшими низкую околоземную орбиту .
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. Аполлон 8 TLI был замечательно замечен с Гавайских островов в предрассветном небе к югу от Вайкики, сфотографирован и опубликован в газетах на следующий день. В 1969 году предрассветный TLI Apollo 10 был виден из Клонкерри , Австралия . Он был описан как напоминающий автомобильные фары, летящие над холмом в тумане, а космический корабль выглядел как яркая комета с зеленоватым оттенком.
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 был исследован новый метод TLI с низким дельта-v с 6-месячным сроком передачи (по сравнению с 3 днями для Apollo).
Американский космический корабль Clementine 1994 года , разработанный для демонстрации легких технологий, использовал трехнедельный TLI с двумя промежуточными облетами Земли перед выходом на лунную орбиту.
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.
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.
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.
Индия последовала в 2008 году, запустив Чандраян-1 в GTO и, как и китайский космический корабль, увеличила свой апогей после ряда ожогов.
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.
Теория
Типичные траектории переноса на Луну приближаются к переходам Хомана , хотя в некоторых случаях также использовались низкоэнергетические переходы , как, например, с зондом Hiten . 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 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 . Когда космический аппарат начинает движение по дуге перехода Луны, его траектория приближается к эллиптической орбите вокруг Земли с апогеем, близким к радиусу орбиты Луны. Зажигание TLI рассчитано по размеру и времени для точного нацеливания на Луну, когда она вращается 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 поворот Луны.
Бесплатный возврат
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.
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, в то время как в более поздних миссиях использовалась функционально аналогичная гибридная траектория, в которой для достижения Луны требуется корректировка курса на полпути.
Моделирование
Залатанные коники
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)
Однако более реалистично то, что космический корабль подвергается действию гравитационных сил, исходящих от многих тел. Гравитация с Земли и Луны доминирует в ускорении 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, требующего численного расчета.
Дальнейшая точность
Более подробное 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 показателей, но необходимо для истинной точности миссии.
Смотрите также
- Астродинамика
- Сравнение сверхтяжелых стартовых систем
- Низкая передача энергии
- Закачка через Землю
- Трансмарсианская инъекция
использованная литература
В эту статью включены материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документы Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .