Una órbita de halo es una órbita tridimensional periódica asociada con uno de los puntos de Lagrange L 1 , L 2 o L 3 en el problema de los tres cuerpos de la mecánica orbital . Aunque un punto de Lagrange es sólo un punto en el espacio vacío, su característica peculiar es que puede ser orbitado por una órbita de Lissajous o por una órbita de halo. Se puede considerar que estos son el resultado de una interacción entre la atracción gravitacional de los dos cuerpos planetarios y la fuerza de Coriolis y centrífuga en una nave espacial. Las órbitas de halo existen en cualquier sistema de tres cuerpos, por ejemplo, un sistema de satélites en órbita Sol - Tierra o un sistema de satélites en órbita Tierra- Luna . En cada punto de Lagrange existen "familias" continuas de órbitas de halo norte y sur. Debido a que las órbitas de halo tienden a ser inestables, es posible que sea necesario mantener la posición utilizando propulsores para mantener un satélite en órbita.
La mayoría de los satélites en órbita de halo tienen fines científicos, por ejemplo, los telescopios espaciales .
Robert W. Farquhar utilizó por primera vez el nombre "halo" en 1966 para las órbitas alrededor de L 2 que se hacían periódicas mediante propulsores. [1] Farquhar abogó por el uso de naves espaciales en dicha órbita más allá de la Luna (Tierra-Luna L 2 ) como estación de retransmisión de comunicaciones para una misión Apolo a la cara oculta de la Luna . Una nave espacial en tal órbita estaría a la vista continua tanto de la Tierra como de la cara oculta de la Luna, mientras que una órbita de Lissajous a veces haría que la nave espacial fuera detrás de la Luna. Al final, no se lanzó ningún satélite de retransmisión para el Apolo, ya que todos los alunizajes se realizaron en la cara visible de la Luna. [2]
En 1973, Farquhar y Ahmed Kamel descubrieron que cuando la amplitud en el plano de una órbita de Lissajous era lo suficientemente grande, habría una amplitud fuera del plano correspondiente que tendría el mismo período, [3] por lo que la órbita dejó de ser una órbita de Lissajous. órbita y se convirtió aproximadamente en una elipse. [ cita necesaria ] Usaron expresiones analíticas para representar estas órbitas de halo; En 1984, Kathleen Howell demostró que se podían calcular numéricamente trayectorias más precisas. Además, descubrió que para la mayoría de los valores de la relación entre las masas de los dos cuerpos (como la Tierra y la Luna) existía un rango de órbitas estables. [4]
La primera misión que utilizó una órbita de halo fue ISEE-3 , una nave espacial conjunta de la ESA y la NASA lanzada en 1978. Viajó hasta el punto L 1 Sol-Tierra y permaneció allí durante varios años. La siguiente misión que utilizó una órbita de halo fue el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO), también una misión conjunta de la ESA y la NASA para estudiar el Sol, que llegó a Sol-Tierra L 1 en 1996. Utilizaba una órbita similar a ISEE-3. [5] Aunque varias otras misiones desde entonces han viajado a puntos de Lagrange, ellas (por ejemplo, el observatorio espacial astrométrico Gaia ) generalmente han utilizado las variaciones no periódicas relacionadas llamadas órbitas de Lissajous en lugar de una órbita de halo real.
Aunque las órbitas de halo eran bien conocidas en el RTBP (Restricted Three Body Problem), era difícil obtener órbitas de halo para el sistema real Tierra-Luna. Las órbitas de halo translunar fueron calculadas por primera vez en 1998 por MA Andreu, quien introdujo un nuevo modelo para el movimiento de una nave espacial en el sistema Tierra-Luna-Sol, que se denominó Problema Cuasi-Bicircular (QBCP). [6]
En mayo de 2018, la idea original de Farquhar finalmente se hizo realidad cuando China colocó el primer satélite de retransmisión de comunicaciones, Queqiao , en una órbita de halo alrededor del punto L 2 Tierra-Luna . [7] El 3 de enero de 2019, la nave espacial Chang'e 4 aterrizó en el cráter Von Kármán en la cara oculta de la Luna, utilizando el satélite de retransmisión Queqiao para comunicarse con la Tierra. [8] [9]
El telescopio espacial James Webb entró en una órbita de halo alrededor del punto L 2 Sol-Tierra el 24 de enero de 2022. [10] Euclid entró en una órbita similar alrededor de este punto en agosto de 2023.
La agencia espacial india ISRO lanzó Aditya-L1 para estudiar el sol desde una órbita de halo alrededor del punto L 1 . [11] El 6 de enero de 2024, la nave espacial Aditya-L1 , la primera misión solar de la India, entró con éxito en su órbita final con un período de aproximadamente 180 días alrededor del primer punto Lagrangiano Sol-Tierra (L1), a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de la Tierra . [12]
Este es el primer satélite de retransmisión lunar en este lugar.