Una inyección translunar ( TLI ) es una maniobra propulsiva que se utiliza para enviar una nave espacial a la Luna . Las trayectorias típicas de transferencia lunar se aproximan a las transferencias de Hohmann , aunque también se han utilizado transferencias de baja energía en algunos casos, como con la sonda Hiten . [1] Para misiones de corta duración sin perturbaciones significativas de fuentes externas al sistema Tierra-Luna, una transferencia rápida de Hohmann suele ser más práctica.
Una nave espacial realiza una TLI para comenzar una transferencia lunar desde una órbita de estacionamiento circular baja alrededor de la Tierra . La gran quema de TLI , generalmente realizada por un motor de cohete químico , aumenta la velocidad de la nave espacial, cambiando su órbita de una órbita terrestre baja circular a una órbita altamente excéntrica . A medida que la nave espacial comienza a deslizarse en el arco de transferencia lunar, su trayectoria se aproxima a una órbita elíptica alrededor de la Tierra con un apogeo cercano al radio de la órbita de la Luna. La quema de TLI está dimensionada y sincronizada para apuntar con precisión a la Luna mientras gira alrededor de la Tierra. La quema está sincronizada de modo que la nave espacial se acerque al apogeo a medida que la Luna se acerca. Finalmente, la nave espacial ingresa a la esfera de influencia de la Luna , haciendo un sobrevuelo lunar hiperbólico.
En algunos casos es posible diseñar un TLI para apuntar a una trayectoria de retorno libre , de modo que la nave espacial gire detrás de la Luna y regrese a la Tierra sin necesidad de más maniobras de propulsión. [2]
Estas trayectorias de retorno libre añaden un margen de seguridad a las misiones espaciales tripuladas , ya que la nave espacial regresará a la Tierra "gratis" después del encendido inicial del TLI. Las misiones Apolo 8, 10 y 11 comenzaron con una trayectoria de retorno libre, [3] mientras que las misiones posteriores utilizaron una trayectoria híbrida funcionalmente similar, en la que se requiere una corrección del curso a mitad de camino para llegar a la Luna. [4] [5] [6]
La orientación TLI y las transferencias lunares son una aplicación específica del problema de n cuerpos , que puede aproximarse de varias maneras. La forma más sencilla de explorar las trayectorias de transferencia lunar es mediante el método de cónicas parcheadas . Se supone que la nave espacial acelera solo bajo la dinámica clásica de 2 cuerpos, siendo dominada por la Tierra hasta que alcanza la esfera de influencia de la Luna . El movimiento en un sistema cónico parcheado es determinista y fácil de calcular, lo que lo hace adecuado para el diseño aproximado de misiones y estudios " de cálculo aproximado ".
Sin embargo, de manera más realista, la nave espacial está sujeta a fuerzas gravitacionales de muchos cuerpos. La gravitación de la Tierra y la Luna domina la aceleración de la nave espacial, y dado que la masa de la nave espacial es insignificante en comparación, la trayectoria de la nave espacial puede aproximarse mejor como un problema restringido de tres cuerpos . Este modelo es una aproximación más cercana pero carece de una solución analítica, [7] requiriendo un cálculo numérico. [8]
Una simulación más detallada implica modelar el verdadero movimiento orbital de la Luna; la gravitación de otros cuerpos astronómicos; la falta de uniformidad de la gravedad de la Tierra y la Luna ; incluida la presión de la radiación solar ; etc. La propagación del movimiento de la nave espacial en un modelo de este tipo requiere un gran esfuerzo numérico, pero es necesaria para una verdadera precisión de la misión.
La primera sonda espacial que intentó realizar un TLI fue la Luna 1 de la Unión Soviética , el 2 de enero de 1959, que fue diseñada para impactar la Luna. Sin embargo, el lanzamiento no salió exactamente como estaba previsto y la nave espacial se perdió la Luna por más de tres veces su radio y fue enviada a una órbita heliocéntrica. [9] La Luna 2 realizó la misma maniobra con mayor precisión el 12 de septiembre de 1959 y se estrelló contra la Luna dos días después. [10] Los soviéticos repitieron este éxito con 22 misiones Luna más y 5 misiones Zond que viajaron a la Luna entre 1959 y 1976. [11]
Estados Unidos lanzó su primer intento de impactador lunar, el Ranger 3 , el 26 de enero de 1962, que no logró llegar a la Luna. A esto le siguió el primer éxito estadounidense, el Ranger 4 , el 23 de abril de 1962. [12] Otras 27 misiones estadounidenses a la Luna se lanzaron entre 1962 y 1973, incluidas cinco exitosas sondas de aterrizaje suave Surveyor , cinco sondas de vigilancia Lunar Orbiter , [13] : 166 y nueve misiones Apolo , que llevaron a los primeros humanos a la Luna.
En las misiones lunares Apolo, el TLI fue realizado por el motor reiniciable J-2 en la tercera etapa S-IVB del cohete Saturno V. Esta quema particular del TLI duró aproximadamente 350 segundos, proporcionando de 3,05 a 3,25 km/s (10 000 a 10 600 pies/s) de cambio en la velocidad , momento en el que la nave espacial viajaba a aproximadamente 10,4 km/s (34 150 pies/s) en relación con la Tierra. [14] El TLI del Apolo 8 fue observado espectacularmente desde las islas hawaianas en el cielo antes del amanecer al sur de Waikiki, fotografiado y reportado en los periódicos al día siguiente. [15] En 1969, el TLI antes del amanecer del Apolo 10 fue visible desde Cloncurry , Australia . [16] Se lo describió como parecido a los faros de un automóvil que se acercaban a una colina en la niebla, con la nave espacial apareciendo como un cometa brillante con un tinte verdoso. [16]
En 1990, Japón lanzó su primera misión lunar, utilizando el satélite Hiten para sobrevolar la Luna y colocar el microsatélite Hagoromo en una órbita lunar. Después de eso, exploró un novedoso método TLI de delta-v bajo con un tiempo de transferencia de 6 meses (en comparación con los 3 días de Apolo). [17] [13] : 179
La nave espacial estadounidense Clementine de 1994 , diseñada para mostrar tecnologías livianas, utilizó un TLI de 3 semanas de duración con dos sobrevuelos intermedios de la Tierra antes de ingresar en una órbita lunar. [17] [13] : 185
En 1997, Asiasat-3 se convirtió en el primer satélite comercial en alcanzar la esfera de influencia de la Luna cuando, tras un lanzamiento fallido, pasó dos veces por la Luna en una trayectoria de delta-v bajo para alcanzar su órbita geoestacionaria deseada. Pasó a 6200 km de la superficie de la Luna. [17] [13] : 203
El satélite demostrador de tecnología SMART-1 de la ESA de 2003 se convirtió en el primer satélite europeo en orbitar la Luna. Tras ser lanzado a una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), utilizó motores de iones alimentados por energía solar para su propulsión. Como resultado de su maniobra TLI delta-v extremadamente baja, la nave espacial tardó más de 13 meses en alcanzar una órbita lunar y 17 meses en alcanzar su órbita deseada. [13] : 229
China lanzó su primera misión a la Luna en 2007, colocando la sonda espacial Chang'e 1 en una órbita lunar. Utilizó múltiples encendidos para elevar lentamente su apogeo hasta llegar a las inmediaciones de la Luna. [13] : 257
India siguió su ejemplo en 2008, lanzando el Chandrayaan-1 a un GTO y, al igual que la nave espacial china, aumentando su apogeo a lo largo de una serie de encendidos. [13] : 259
El módulo de aterrizaje suave Beresheet, de Israel Aerospace Industries , utilizó esta maniobra en 2019, pero se estrelló en la Luna.
En 2011, los satélites GRAIL de la NASA utilizaron una ruta delta-v baja hacia la Luna, pasando por el punto L1 Sol-Tierra y demorando más de 3 meses. [13] : 278
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