Транслунная инъекция - Trans-lunar injection

Перенос Луны, вид в перспективе. TLI возникает в красной точке около Земли.

А транслунная инъекция (TLI) это пропульсивный маневр используется для установки космический корабль на траектория что приведет к его достижению Луна.

История

Анимация GRAIL-Aс траектория
  ГРАЙЛЬ-А ·   Луна ·   земной шар
Анимация Чандраяна-2с траектория
  земной шар ·   Луна ·   Чандраяан-2
Анимация траектории LRO
  Лунный разведывательный орбитальный аппарат ·   земной шар ·   Луна

Первым космическим зондом, предпринявшим попытку TLI, был Советский союз с Луна 1 2 января 1959 года, который должен был ударить по Луне. Однако возгорание пошло не так, как планировалось, и космический корабль пролетел мимо Луны более чем в три раза по ее радиусу и был отправлен на гелиоцентрическую орбиту.[1] Луна 2 более точно совершил тот же маневр 12 сентября 1959 года и через два дня упал на Луну.[2] Советы повторили этот успех еще 22 Луна миссии и 5 Зонд полеты на Луну в период с 1959 по 1976 год.[3]

Соединенные Штаты предприняли первую попытку столкновения с Луной, Рейнджер 3 26 января 1962 г., не достигнув Луны. Затем последовал первый успех в США, Рейнджер 4 23 апреля 1962 г.[4] Еще 27 американских миссий на Луну были запущены с 1962 по 1973 год, в том числе пять успешных. Сюрвейер мягкие посадочные места, пять Лунный орбитальный аппарат зонды наблюдения,[5]:166 и девять Аполлон миссии, которые высадили первых людей на Луну.

Первой миссией с участием человека для выполнения TLI была Аполлон 8 21 декабря 1968 года, что сделало его команду первыми людьми, покинувшими низкая околоземная орбита.[6]

Для лунных миссий Аполлона TLI выполнялся перезапускаемым J-2 двигатель в S-IVB третий этап Сатурн V ракета. Этот конкретный TLI гореть длилась примерно 350 секунд, обеспечивая скорость от 3,05 до 3,25 км / с (от 10000 до 10600 футов / с). изменение скорости, в этот момент космический корабль двигался со скоростью примерно 10,4 км / с (34150 фут / с) относительно Земли.[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 Apollo 10 был виден с 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, используя Hiten спутник, чтобы облететь Луну и вывести микроспутник Hagoromo на лунную орбиту. После этого он исследовал низкую дельта-v Метод TLI с 6-месячным сроком передачи (по сравнению с 3-мя днями для Apollo).[10][5]:179

США 1994 г. Клементина космический корабль, предназначенный для демонстрации легких технологий, использовал трехнедельный TLI с двумя промежуточными облетами Земли перед выходом на лунную орбиту.[10][5]:185

В 1997 г. 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

ЕКА 2003 г. СМАРТ-1 Спутник-демонстратор технологий стал первым европейским спутником на орбите Луны. После запуска в геостационарная переходная орбита (GTO) для движения 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. Чанъэ 1 космический корабль на лунной орбите. Он использовал несколько ожогов, чтобы медленно поднять свой апогей и достичь окрестностей Луны.[5]:257

Индия последовала в 2008 году, запустив Чандраяан-1 превращается в GTO и, как и китайский космический корабль, увеличивает свой апогей после ряда ожогов.[5]:259

Мягкий спускаемый аппарат Берешит от Израильская аэрокосмическая промышленность, использовал этот маневр в 2019 году, но потерпел крушение на Луне.

В 2011 году НАСА ГРААЛЬ Спутники использовали маршрут с низкой дельта-v на Луну, проходя через точку L1 Солнце-Земля, и это заняло более 3 месяцев.[5]:278

Теория

Типичные траектории перехода Луны приблизительно Hohmann ТРАНСФЕРЫ, несмотря на то что низкоэнергетические передачи также использовались в некоторых случаях, например, Hiten зонд.[11] Для краткосрочных миссий без значительных возмущения от источников за пределами системы Земля-Луна, как правило, более практичным является быстрый перенос Хомана.

Космический аппарат выполняет TLI, чтобы начать переход на Луну из низкого кругового парковочная орбита вокруг земной шар. Большой TLI гореть, обычно выполняется химическим ракета двигатель, увеличивает скорость космического корабля, меняя его орбиту с круговой низкая околоземная орбита очень эксцентрическая орбита. Когда космический аппарат начинает движение по дуге перехода Луны, его траектория приближается к эллиптической орбите вокруг Земли с апогей около радиуса 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 зону Луны. сфера влияния, совершая гиперболический лунный прыжок.

Бесплатный возврат

Основная статья: Траектория свободного возврата
Набросок окололунной траектории свободного возврата (без масштаба)

В некоторых случаях можно разработать TLI для траектория свободного возврата, так что космический корабль облетит Луну и вернется на Землю без дальнейших маневров.[12]

Такие траектории свободного возврата добавляют запас прочности. полет человека в космос миссии, так как космический корабль вернется на Землю «бесплатно» после первоначального сжигания 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 среднего курса.[14][15][16]

Моделирование

Художественная концепция НАСА Созвездие стек, выполняющий транслунный инъекционный ожог

Залатанные коники

Таргетинг на TLI и лунные переходы являются частным применением проблема тела, которые можно аппроксимировать различными способами. Самый простой способ исследовать траектории перелетов на Луну - это метод залатанные коники. Предполагается, что космический аппарат ускоряется только при классической динамике двух тел, когда Земля доминирует, пока не достигнет точки Луны. сфера влияния. Движение в конической системе с заплатами детерминировано и легко рассчитывается, что позволяет использовать его для приблизительного проектирования миссии и "обратная сторона конверта "учеба.

Ограниченный круговой трехкорпусный (RC3B)

Однако более реалистично космический корабль подвергается воздействию гравитационных сил 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 ограниченная задача трех тел. Эта модель является более близким приближением, но не имеет аналитического решения,[17] требующие численного расчета.[18]

Дальнейшая точность

Более детальное моделирование включает моделирование истинного орбитального движения Луны; гравитация от других астрономических тел; неоднородность земного и лунного сила тяжести; 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

Рекомендации

  1. ^ "Луна 01". НАСА.
  2. ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали». nssdc.gsfc.nasa.gov.
  3. ^ "Советские миссии на Луну". nssdc.gsfc.nasa.gov.
  4. ^ "Рейнджер 4". НАСА.
  5. ^ а б c d е ж грамм час "За пределами Земли" (PDF). НАСА.
  6. ^ Марс, Келли (20 декабря 2018 г.). "50 лет назад: Аполлон 8, вы идете на TLI!". НАСА.
  7. ^ "Аполлон в цифрах". НАСА. Архивировано из оригинал 18 ноября 2004 г.
  8. ^ "Independent Star News, воскресенье, 22 декабря 1968 г.". «Обстрел TLI был начат в тихоокеанское время, когда корабль находился над Гавайями, и там было сообщено, что ожог был виден с земли».
  9. ^ а б Френч, Фрэнсис; Колин Берджесс (2007). В тени луны. Университет Небраски Press. п.372. ISBN  978-0-8032-1128-5.
  10. ^ а б 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 | журнал = (помощь)
  11. ^ «Хитен». НАСА.
  12. ^ Шванингер, Артур Дж. (1963). Траектории в пространстве Земля-Луна с симметричными свойствами свободного возврата (PDF). Техническая записка D-1833. Хантсвилл, Алабама: НАСА / Центр космических полетов Маршалла.
  13. ^ Мэнсфилд, Шерил Л. (18 мая 2017 г.). «Аполлон 10». НАСА.
  14. ^ "АПОЛЛОН 12". history.nasa.gov.
  15. ^ Пути на Луну (PDF) (Отчет). п. 93.
  16. ^ "Запустить Windows Essay". history.nasa.gov.
  17. ^ Анри Пуанкаре, Les Méthodes Nouvelles de Mécanique Céleste, Париж, Gauthier-Villars et fils, 1892-99.
  18. ^ Виктор Себехели, Теория орбит, ограниченная задача трех тел, Йельский университет, Academic Press, 1967.

Эта статья включаетматериалы общественного достояния с веб-сайтов или документов Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.