Injeção translunar - Trans-lunar injection

Transferência lunar, vista em perspectiva. TLI ocorre no ponto vermelho perto da Terra.

Uma injeção translunar ( TLI ) é uma manobra de propulsão usada para definir uma espaçonave em uma trajetória que fará com que ela chegue à lua .

História

Animação de GRAIL-A da trajetória
  GRAIL-A  ·   Lua  ·   terra
Animação de Chandrayaan-2 's trajetória
  Terra  ·   Lua  ·   Chandrayaan-2
Animação da trajetória LRO
  Lunar Reconnaissance Orbiter  ·   Terra  ·   Lua

A primeira sonda espacial para tentar TLI foi a União Soviética 's Luna 1 em 02 de janeiro de 1959, que foi projetado para impactar a Lua. A queima, entretanto, não saiu exatamente como planejado e a espaçonave errou a Lua por mais de três vezes seu raio e foi enviada para uma órbita heliocêntrica. O Luna 2 realizou a mesma manobra com mais precisão em 12 de setembro de 1959 e caiu na Lua dois dias depois. Os soviéticos repetiram este sucesso com mais 22 missões Luna e 5 missões Zond viajando para a Lua entre 1959 e 1976.

Os Estados Unidos lançaram sua primeira tentativa de impactador lunar, Ranger 3 , em 26 de janeiro de 1962, que não conseguiu chegar à Lua. Isso foi seguido pelo primeiro sucesso dos EUA, Ranger 4 , em 23 de abril de 1962. Outras 27 missões dos EUA à Lua foram lançadas de 1962 a 1973, incluindo cinco soft landers Surveyor bem-sucedidos , cinco sondas de vigilância Lunar Orbiter e nove missões Apollo , que pousou os primeiros humanos na lua.

A primeira missão tripulada por humanos a realizar TLI foi a Apollo 8 em 21 de dezembro de 1968, tornando sua tripulação os primeiros humanos a deixar a órbita terrestre baixa .

Para as missões lunares Apollo, o TLI foi executado pelo motor J-2 reiniciável no terceiro estágio S-IVB do foguete Saturno V. Esta queima de TLI em particular durou aproximadamente 350 segundos, fornecendo 3,05 a 3,25 km / s (10.000 a 10.600 pés / s) de mudança na velocidade , ponto em que a espaçonave estava viajando a aproximadamente 10,4 km / s (34150 pés / s) em relação a a Terra. A Apollo 8 TLI foi espetacularmente observada nas ilhas havaianas no céu antes do amanhecer ao sul de Waikiki, fotografada e publicada nos jornais no dia seguinte. Em 1969, a Apollo 10 TLI antes do amanhecer era visível de Cloncurry , Austrália . Ele foi descrito como semelhante a faróis de um carro vindo de uma colina no meio do nevoeiro, com a espaçonave aparecendo como um cometa brilhante com uma coloração esverdeada.

Em 1990, o Japão lançou sua primeira missão lunar, usando o satélite Hiten para voar pela Lua e colocar o microssatélite Hagoromo em uma órbita lunar. Em seguida, explorou um novo método delta-v TLI novo com um tempo de transferência de 6 meses (em comparação com 3 dias para o Apollo).

A espaçonave US Clementine de 1994 , projetada para mostrar tecnologias leves, usou um TLI de 3 semanas com dois voos intermediários da terra antes de entrar em uma órbita lunar.

Em 1997, o Asiasat-3 se tornou o primeiro satélite comercial a alcançar a esfera de influência da Lua quando, após uma falha de lançamento, balançou pela Lua duas vezes em um baixo delta-v para alcançar sua órbita geoestacionária desejada. Ele passou a 6200 km da superfície da Lua.

O satélite demonstrador de tecnologia ESA SMART-1 2003 tornou-se o primeiro satélite europeu a orbitar a lua. Depois de ser lançado em uma órbita de transferência geoestacionária (GTO), ele usou motores de íons movidos a energia solar para propulsão. Como resultado de sua manobra delta-v TLI extremamente baixa, a espaçonave levou mais de 13 meses para atingir a órbita lunar e 17 meses para alcançar a órbita desejada.

A China lançou sua primeira missão à Lua em 2007, colocando a espaçonave Chang'e 1 em uma órbita lunar. Ele usou queimaduras múltiplas para aumentar lentamente seu apogeu e alcançar as proximidades da lua.

A Índia o seguiu em 2008, lançando o Chandrayaan-1 em um GTO e, como a espaçonave chinesa, aumentando seu apogeu em uma série de queimaduras.

O soft lander Beresheet da Israel Aerospace Industries usou esta manobra em 2019, mas caiu na lua.

Em 2011, os satélites GRAIL da NASA usaram uma rota de baixo delta-v para a Lua, passando pelo ponto L1 Sol-Terra e levando mais de 3 meses.

Teoria

As trajetórias de transferência lunar típicas se aproximam das transferências de Hohmann , embora as transferências de baixa energia também tenham sido usadas em alguns casos, como com a sonda Hiten . Para missões de curta duração sem perturbações significativas de fontes fora do sistema Terra-Lua, uma transferência Hohmann rápida é tipicamente mais prática.

Uma espaçonave realiza TLI para iniciar uma transferência lunar de uma órbita de estacionamento circular baixa ao redor da Terra . A grande queima de TLI , geralmente realizada por um motor de foguete químico , aumenta a velocidade da espaçonave, mudando sua órbita de uma órbita circular baixa da Terra para uma órbita altamente excêntrica . Conforme a espaçonave começa a girar no arco de transferência lunar, sua trajetória se aproxima de uma órbita elíptica em torno da Terra com um apogeu próximo ao raio da órbita lunar. A queima TLI é dimensionada e cronometrada para atingir com precisão a Lua enquanto ela gira em torno da Terra. A queima é cronometrada de modo que a espaçonave se aproxime do apogeu conforme a Lua se aproxima. Finalmente, a espaçonave entra na esfera de influência da Lua , fazendo um balanço lunar hiperbólico.

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Esboço de uma trajetória de retorno livre circunlunar (sem escala)

Em alguns casos, é possível projetar um TLI para visar uma trajetória de retorno livre , de modo que a espaçonave dê a volta por trás da Lua e retorne à Terra sem a necessidade de mais manobras de propulsão.

Essas trajetórias de retorno livre adicionam uma margem de segurança às missões de vôo espacial humano , uma vez que a espaçonave retornará à Terra "de graça" após a queima inicial do TLI. As Apollos 8, 10 e 11 começaram em uma trajetória de retorno livre, enquanto as missões posteriores usaram uma trajetória híbrida funcionalmente semelhante, na qual uma correção de curso intermediária é necessária para alcançar a lua.

Modelagem

Conceito artístico da pilha Constellation da NASA realizando a queima de injeção translunar

Cônicas corrigidas

A segmentação TLI e as transferências lunares são uma aplicação específica do problema de n corpos , que pode ser aproximada de várias maneiras. A maneira mais simples de explorar as trajetórias de transferência lunar é pelo método das cônicas corrigidas . Supõe-se que a espaçonave acelere apenas sob a dinâmica clássica de 2 corpos, sendo dominada pela Terra até atingir a esfera de influência lunar . O movimento em um sistema cônico remendado é determinístico e simples de calcular, sendo adequado para projetos de missão grosseiros e estudos "no verso do envelope ".

Três corpos circulares restritos (RC3B)

Mais realisticamente, no entanto, a espaçonave está sujeita a forças gravitacionais de muitos corpos. A gravitação da Terra e da Lua domina a aceleração da espaçonave e, uma vez que a própria massa da espaçonave é insignificante em comparação, a trajetória da espaçonave pode ser mais bem aproximada como um problema restrito de três corpos . Este modelo é uma aproximação mais próxima, mas carece de uma solução analítica, exigindo cálculo numérico.

Mais precisão

A simulação mais detalhada envolve modelar o verdadeiro movimento orbital da Lua; gravitação de outros corpos astronômicos; a não uniformidade da gravidade da Terra e da Lua ; incluindo pressão de radiação solar ; e assim por diante. A propagação do movimento da espaçonave em tal modelo é numericamente intensiva, mas necessária para a verdadeira precisão da missão.

Veja também

Referências

Domínio público Este artigo incorpora  material de domínio público de sites ou documentos da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço .