En astronomía y vuelos espaciales , una órbita lunar (también conocida como órbita selenocéntrica ) es una órbita de un objeto alrededor de la Luna de la Tierra . En general estas órbitas no son circulares. Cuando está más alejada de la Luna (en apoapsis ), se dice que una nave espacial está en apolune , apocynthion o aposelene . Cuando está más cerca de la Luna (en el periapsis ), se dice que está en periluno , pericintión o periseleno . Estos derivan de nombres o epítetos de la diosa luna .
La inserción en la órbita lunar ( LOI ) es una maniobra de inserción en la órbita que se utiliza para alcanzar la órbita lunar. [1]
La órbita lunar baja ( LLO ) es una órbita por debajo de los 100 km (62 millas) de altitud. Estos tienen un periodo de unas 2 horas. [2] Son de particular interés en la exploración de la Luna , pero sufren perturbaciones gravitacionales que las hacen más inestables, y dejan sólo unas pocas trayectorias orbitales posibles para órbitas congeladas indefinidas . Serían útiles para estancias prolongadas en LLO. [2]
La mayoría de las órbitas bajas lunares, por debajo de los 100 km (62 millas), son inestables. [2]
Las anomalías gravitacionales que distorsionan ligeramente las órbitas de algunos orbitadores lunares llevaron al descubrimiento de concentraciones de masa (denominadas mascones ) debajo de la superficie lunar causadas por grandes cuerpos que impactaron en algún momento remoto del pasado. [2] [3] Estas anomalías son lo suficientemente grandes como para provocar que la órbita lunar cambie significativamente en el transcurso de varios días. Pueden hacer que una plomada cuelgue aproximadamente un tercio de grado de la vertical, apuntando hacia el mascón, y aumentar la fuerza de gravedad en un medio por ciento. [2] La primera misión de aterrizaje tripulada del Apolo 11 empleó el primer intento de corregir el efecto de perturbación (las órbitas congeladas no se conocían en ese momento). La órbita de estacionamiento se "circularizó" a 66 millas náuticas (122 km; 76 mi) por 54 millas náuticas (100 km; 62 mi), que se esperaba que se convirtiera en la circular nominal de 60 millas náuticas (110 km; 69 mi) cuando el LM volvió a reunirse con el CSM. Pero el efecto fue sobreestimado por un factor de dos; en el encuentro, se calculó que la órbita era de 63,2 millas náuticas (117,0 km; 72,7 millas) por 56,8 millas náuticas (105,2 km; 65,4 millas). [4]
El estudio del efecto de los mascons en las naves lunares llevó al descubrimiento en 2001 de órbitas congeladas que se producen con cuatro inclinaciones orbitales : 27°, 50°, 76° y 86°, en las que una nave espacial puede permanecer en una órbita baja indefinidamente. [2] El subsatélite PFS-1 del Apolo 15 y el subsatélite PFS-2 del Apolo 16 , ambos pequeños satélites liberados desde el Módulo de Servicio Apolo , contribuyeron a este descubrimiento. PFS-1 acabó en una órbita de larga duración, con una inclinación de 28° , y completó con éxito su misión después de un año y medio. PFS-2 se colocó en una inclinación orbital particularmente inestable de 11° y duró sólo 35 días en órbita antes de estrellarse contra la superficie lunar. [2]
Para órbitas lunares con altitudes en el rango de 500 a 20 000 km (310 a 12 430 millas), la gravedad de la Tierra provoca perturbaciones orbitales . En altitudes superiores a las perturbadas, los modelos astrodinámicos de dos cuerpos son insuficientes y se necesitan modelos de tres cuerpos . [5]
Aunque la esfera de la Colina de la Luna se extiende a un radio de 60.000 km (37.000 millas), [6] la gravedad de la Tierra interviene lo suficiente como para hacer que las órbitas lunares sean inestables a una distancia de 690 km (430 millas). [7]
Las órbitas alrededor de los puntos de Lagrange Tierra-Luna son opciones para órbitas lunares estables, al igual que las órbitas retrógradas distantes , utilizando dos puntos de Lagrange de oposición (L1 y L2), volando de uno a otro alrededor de la Luna.
Las órbitas relativamente estables sobre ubicaciones en la Luna son órbitas de halo alrededor o junto con uno de los puntos de Lagrange Tierra-Luna, tal como las emplean los satélites de retransmisión lunares en la cara oculta de la Luna ; el primero de este tipo fue el satélite Queqiao de 2019 colocado alrededor Tierra-Luna L2 a aproximadamente 65.000 km (40.000 millas).
Desde 2022 ( CAPSTONE ) se han utilizado órbitas de halo casi rectilíneas , utilizando también un punto de Lagrange, y se prevé que sean empleadas por Lunar Gateway .
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Hay tres formas principales de llegar a la órbita lunar desde la Tierra: transferencia directa, transferencia de bajo empuje y transferencia de baja energía . Estos tardan entre 3 y 4 días, [ falta palabra ] meses o entre 2,5 y 4 meses, respectivamente. [8]
La Unión Soviética envió la primera nave espacial a las proximidades de la Luna (o cualquier objeto extraterrestre), el vehículo robótico Luna 1 , el 4 de enero de 1959. [11] Pasó a 6.000 kilómetros (3.200 millas náuticas; 3.700 millas) de la Luna. superficie, pero no alcanzó la órbita lunar. [11] Luna 3 , lanzada el 4 de octubre de 1959, fue la primera nave espacial robótica que completó una trayectoria circunlunar de retorno libre , todavía no una órbita lunar, sino una trayectoria en forma de 8 que giró alrededor de la cara oculta de la Luna y regresó a la tierra. Esta nave proporcionó las primeras fotografías de la cara oculta de la superficie lunar. [11]
Luna 10 se convirtió en la primera nave espacial en orbitar la Luna y cualquier cuerpo extraterrestre en abril de 1966. [12] Estudió el flujo de micrometeoritos y el entorno lunar hasta el 30 de mayo de 1966. [12] Se lanzó una misión de seguimiento, Luna 11 . el 24 de agosto de 1966 y estudió anomalías gravitacionales lunares, mediciones de radiación y viento solar.
La primera nave espacial de los Estados Unidos en orbitar la Luna fue Lunar Orbiter 1 el 14 de agosto de 1966. [13] La primera órbita fue una órbita elíptica , con una apoluna de 1.008 millas náuticas (1.867 km; 1.160 millas) y una periluna de 102,1 millas náuticas. millas (189,1 km; 117,5 millas). [14] Luego, la órbita se circularizó a alrededor de 170 millas náuticas (310 km; 200 millas) para obtener imágenes adecuadas. Se lanzaron cinco naves espaciales de este tipo en un período de trece meses, y en todas ellas se cartografió con éxito la Luna, principalmente con el fin de encontrar lugares adecuados para el aterrizaje del programa Apolo . [13]
El Módulo de Comando/Servicio (CSM) del programa Apollo permaneció en una órbita de estacionamiento lunar mientras el Módulo Lunar (LM) aterrizó. El CSM/LM combinado entraría primero en una órbita elíptica, nominalmente de 170 millas náuticas (310 km; 200 mi) por 60 millas náuticas (110 km; 69 mi), que luego se cambió a una órbita de estacionamiento circular de aproximadamente 60 millas náuticas ( 110 kilómetros; 69 millas). Los periodos orbitales varían según la suma de apoapsis y periapsis , y para el CSM eran de unas dos horas. El LM comenzó su secuencia de aterrizaje con una quemadura de Inserción de Órbita de Descenso (DOI) para bajar su periapsis a aproximadamente 50.000 pies (15 km; 8,2 nmi), elegido para evitar chocar contra montañas lunares que alcanzan alturas de 20.000 pies (6,1 km; 3,3 nmi). Después de la segunda misión de aterrizaje, el procedimiento se cambió en el Apolo 14 para ahorrar más combustible del LM para su descenso motorizado, utilizando el combustible del CSM para realizar la combustión del DOI y luego elevando su periapsis a una órbita circular después de que el LM hubiera hizo su aterrizaje. [15]
Los mascons lunares hacen que la mayoría de las órbitas lunares bajas sean inestables... Cuando un satélite pasa a 50 o 60 millas por encima de su cabeza, los mascons lo empujan hacia adelante, hacia atrás, hacia la izquierda, hacia la derecha o hacia abajo; la dirección exacta y la magnitud del tirón dependen de la trayectoria del satélite. En ausencia de impulsos periódicos de los cohetes a bordo para corregir la órbita, la mayoría de los satélites lanzados a órbitas lunares bajas (menos de aproximadamente 60 millas o 100 km) eventualmente chocarán contra la Luna. ... [Existen] varias 'órbitas congeladas' en las que una nave espacial puede permanecer indefinidamente en una órbita lunar baja. Ocurren en cuatro inclinaciones: 27°, 50°, 76° y 86°; la última está casi sobre los polos lunares. La órbita del relativamente longevo
subsatélite
PFS-1
del Apolo 15
tenía una inclinación de 28°, lo que resultó ser cercano a la inclinación de una de las órbitas congeladas, pero el pobre PFS-2 sufrió una inclinación de sólo 11°. °.
La esfera Hill de la luna tiene un radio de 60.000 kilómetros, aproximadamente una sexta parte de la distancia entre ella y la Tierra.Para obtener datos de masa y distancia media de los cuerpos (para verificar la cita anterior), consulte Williams, David R. (20 de diciembre de 2021). "Hoja informativa sobre la luna". NASA.gov . Greenbelt, MD: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA . Consultado el 23 de julio de 2023 .