En astronomía y vuelos espaciales , una órbita lunar (también conocida como órbita selenocéntrica ) es una órbita que recorre un objeto alrededor de la Luna de la Tierra . En general, estas órbitas no son circulares. Cuando está más lejos de la Luna (en apoápside ), se dice que una nave espacial está en apoluna , apocinthion o aposeleno . Cuando está más cerca de la Luna (en periápside ), se dice que está en periluna , pericinthion o periseleno . Estos derivan de los nombres o epítetos de la diosa de la luna .
La inserción en órbita lunar ( LOI ) es una maniobra de inserción en órbita utilizada para lograr la órbita lunar. [1]
La órbita lunar baja ( LLO , por sus siglas en inglés) es una órbita por debajo de los 100 km (62 mi) de altitud. Estas tienen un período de aproximadamente 2 horas. [2] Son de particular interés en la exploración de la Luna , pero sufren perturbaciones gravitacionales que las hacen inestables en su mayoría y dejan solo unas pocas trayectorias orbitales posibles para órbitas congeladas indefinidas . Estas serían útiles para estadías prolongadas en LLO. [2]
La mayoría de las órbitas bajas lunares por debajo de los 100 km (60 mi) son inestables. [2]
Las anomalías gravitacionales que distorsionan ligeramente las órbitas de algunos orbitadores lunares llevaron al descubrimiento de concentraciones de masa (denominadas mascons ) debajo de la superficie lunar causadas por grandes cuerpos que impactaron en algún momento remoto en el pasado. [2] [3] Estas anomalías son lo suficientemente grandes como para hacer que una órbita lunar cambie significativamente en el transcurso de varios días. Pueden hacer que una plomada cuelgue aproximadamente un tercio de grado fuera de la vertical, apuntando hacia el mascon, y aumentar la fuerza de gravedad en un medio por ciento. [2] La primera misión de aterrizaje tripulado 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 hiciera su encuentro de regreso con el CSM. Pero el efecto se sobreestimó por un factor de dos; en el encuentro, se calculó que la órbita era de 63,2 millas náuticas (117,0 km; 72,7 mi) por 56,8 millas náuticas (105,2 km; 65,4 mi). [4]
El estudio del efecto de los mascons en las naves espaciales lunares condujo al descubrimiento en 2001 de órbitas congeladas que se producen en 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 del Módulo de Servicio Apolo , contribuyeron a este descubrimiento. El PFS-1 terminó en una órbita de larga duración, con una inclinación de 28° , y completó con éxito su misión después de un año y medio. El PFS-2 fue colocado en una inclinación orbital particularmente inestable de 11°, y duró solo 35 días en órbita antes de estrellarse contra la superficie lunar. [2]
En el caso de órbitas lunares con altitudes de entre 500 y 20 000 km (300 y 12 000 mi), la gravedad de la Tierra provoca perturbaciones en la órbita . A altitudes superiores a las perturbadas , los modelos astrodinámicos de dos cuerpos son insuficientes y se requieren modelos de tres cuerpos . [5]
Aunque la esfera lunar se extiende hasta un radio de 60.000 km (37.000 mi), [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 mi). [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 opuestos (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, como las que emplean los satélites de retransmisión lunar al otro lado de la Luna , siendo el primero de este tipo el satélite Queqiao 2019 colocado alrededor de L2 Tierra-Luna a aproximadamente 65.000 km (40.000 mi).
Desde 2022 ( CAPSTONE ), se han utilizado órbitas de halo casi rectilíneas , que también utilizan un punto de Lagrange, y está previsto que sean empleadas por el 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 . Estas demoran 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 6000 kilómetros (3200 millas náuticas; 3700 millas) de la superficie de la Luna, pero no alcanzó la órbita lunar. [11] Luna 3 , lanzada el 4 de octubre de 1959, fue la primera nave espacial robótica en completar una trayectoria de retorno libre circunlunar , todavía no una órbita lunar, sino una trayectoria en forma de 8 que giró alrededor del lado oculto de la Luna y regresó a la Tierra. Esta nave proporcionó las primeras imágenes del lado oculto 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 micrometeoroides y el entorno lunar hasta el 30 de mayo de 1966. [12] Una misión de seguimiento, Luna 11 , se lanzó el 24 de agosto de 1966 y estudió las anomalías gravitacionales lunares, la radiación y las mediciones del viento solar.
La primera nave espacial de los Estados Unidos en orbitar la Luna fue la Lunar Orbiter 1 el 14 de agosto de 1966. [13] La primera órbita fue una órbita elíptica , con un apolo de 1.008 millas náuticas (1.867 km; 1.160 mi) y un periluno de 102,1 millas náuticas (189,1 km; 117,5 mi). [14] Luego, la órbita se hizo circular a alrededor de 170 millas náuticas (310 km; 200 mi) para obtener imágenes adecuadas. Se lanzaron cinco naves espaciales de este tipo durante un período de trece meses, todas las cuales cartografiaron con éxito la Luna, principalmente con el propósito de encontrar sitios de aterrizaje adecuados para el programa Apolo . [13]
El módulo de mando y servicio (CSM) del programa Apolo permaneció en una órbita de estacionamiento lunar mientras el módulo lunar (LM) alunizaba. 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 km; 69 mi). Los períodos orbitales varían según la suma de apoapsis y periapsis , y para el CSM fueron de aproximadamente dos horas. El LM comenzó su secuencia de aterrizaje con un encendido de inserción en órbita de descenso (DOI) para bajar su periapsis a aproximadamente 50.000 pies (15 km; 8,2 nmi), elegido para evitar chocar con montañas lunares que alcanzan alturas de 20.000 pies (6,1 km; 3,3 nmi). Después de la segunda misión de aterrizaje, se cambió el procedimiento en el Apolo 14 para ahorrar más combustible del LM para su descenso propulsado, utilizando el combustible del CSM para realizar la quema DOI y luego elevando su periapsis nuevamente a una órbita circular después de que el LM hubiera realizado 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, 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 liberados en órbitas lunares bajas (por debajo de aproximadamente 60 millas o 100 km) eventualmente se estrellarán contra la Luna. ... [Hay] una serie de "órbitas congeladas" donde una nave espacial puede permanecer en una órbita lunar baja indefinidamente. Ocurren en cuatro inclinaciones: 27°, 50°, 76° y 86°, siendo la última casi sobre los polos lunares. La órbita del
subsatélite
PFS-1
del Apolo 15,
de vida relativamente larga , tenía una inclinación de 28°, que resultó ser cercana a la inclinación de una de las órbitas congeladas, pero el pobre PFS-2 tenía la maldición de una inclinación de solo 11°.
La esfera de Hill de la Luna tiene un radio de 60.000 kilómetros, aproximadamente una sexta parte de la distancia entre ella y la Tierra.Para conocer los datos de distancia media y masa 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 vuelo espacial Goddard de la NASA . Consultado el 23 de julio de 2023 .