Una órbita de halo es una órbita periódica tridimensional 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 simplemente 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. Estas pueden considerarse como el resultado de una interacción entre la atracción gravitatoria 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 entre el Sol y la Tierra o un sistema de satélites en órbita entre la Tierra y la Luna . Existen "familias" continuas de órbitas de halo tanto del norte como del sur en cada punto de Lagrange. Debido a que las órbitas de halo tienden a ser inestables, puede ser necesario mantener la posición mediante propulsores para mantener un satélite en la órbita.
La mayoría de los satélites en órbita de halo sirven para 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 hicieron periódicas utilizando propulsores. [1] Farquhar abogó por el uso de naves espaciales en una órbita de este tipo más allá de la Luna (Tierra-Luna L 2 ) como una estación de retransmisión de comunicaciones para una misión Apolo al otro lado de la Luna . Una nave espacial en una órbita de este tipo estaría a la vista continua tanto de la Tierra como del otro lado de la Luna, mientras que una órbita de Lissajous a veces haría que la nave espacial se situara detrás de la Luna. Al final, no se lanzó ningún satélite de retransmisión para Apolo, ya que todos los aterrizajes se produjeron en el lado cercano 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 y se convirtió aproximadamente en una elipse. [ cita requerida ] Utilizaron 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) había un rango de órbitas estables. [4]
La primera misión que utilizó una órbita de halo fue la ISEE-3 , una nave espacial conjunta de la ESA y la NASA lanzada en 1978. Viajó al 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 al punto L 1 Sol-Tierra en 1996. Utilizó una órbita similar a la ISEE-3. [5] Aunque varias otras misiones desde entonces han viajado a puntos de Lagrange, estas (por ejemplo, el observatorio espacial astrométrico Gaia ) normalmente 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 translunares 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 llamó 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 el lado lejano 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 entre el Sol y la 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), aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra . [12]
Este es el primer satélite lunar de retransmisión que ha llegado a esta ubicación.