如何實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的地月軌道轉(zhuǎn)移

如何使探測(cè)器從地球軌道轉(zhuǎn)移至月球軌道，這的確是個(gè)難題。近日，美國(guó)宇航局使用探測(cè)器首次進(jìn)入月球振動(dòng)軌道。經(jīng)過半年的嘗試和超過90次的推演，對(duì)地球至月球間的轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行詳細(xì)的論證，證明了進(jìn)行這類軌道轉(zhuǎn)移需要的燃料比當(dāng)前值要少，就能將探測(cè)器從地球軌道轉(zhuǎn)移到月球軌道。一旦地球與月球間的軌道被成功開發(fā)，將是空間探測(cè)史上的一個(gè)重要里程碑。這項(xiàng)軌道優(yōu)化任務(wù)也為研究月球磁場(chǎng)提供了一個(gè)理想的空間環(huán)境。

ARTEMIS探測(cè)器的任務(wù)由2009年開始，旨在研究月球與太陽(yáng)間相互作用，具體包括軌道交錯(cuò)時(shí)的短距離加速、軌道轉(zhuǎn)移和天體的電動(dòng)力學(xué)。之前該探測(cè)器主要在進(jìn)行地球極光研究。隨著ARTEMIS任務(wù)的進(jìn)行，兩個(gè)探測(cè)器將進(jìn)行一次的空間飛躍，從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道。

（探測(cè)器進(jìn)入月球軌道的示意圖）

進(jìn)行地月軌道轉(zhuǎn)移的優(yōu)化，稱得上是一個(gè)壯舉。同時(shí)也需要模擬推演，其中包括探測(cè)器在月球左右兩面進(jìn)行數(shù)個(gè)月的飛行，飛行軌跡有些像兩個(gè)對(duì)稱的橢圓形。在此之前，從來沒有任何空間機(jī)構(gòu)嘗試過對(duì)這個(gè)軌道優(yōu)化的開發(fā)，這是一條存在于地球與月球間的振動(dòng)（平動(dòng)）軌道，而且這是一個(gè)非常不穩(wěn)定的軌道，必須每天進(jìn)行跟蹤和不斷地調(diào)整。

這些參與地月軌道優(yōu)化的探測(cè)器都由太陽(yáng)能供電，隨著地月位置的不斷變化，軌道間的細(xì)小變化在長(zhǎng)時(shí)間上的積累后，將導(dǎo)致巨大的位移。為了維持THEMIS探測(cè)器的軌道飛行，每天都在不間斷地對(duì)探測(cè)器進(jìn)行指令修正。但是傳感器的數(shù)據(jù)顯示，探測(cè)器所剩余的燃料頂多能維持變軌時(shí)的需要，而用于進(jìn)入月球軌道后再進(jìn)行方向調(diào)整以及速度等參數(shù)的軌道控制卻顯得力不從心。工程師們將進(jìn)行具體的軌道模型的建立，這也將是今后兩個(gè)進(jìn)入月球軌道的探測(cè)器的主要任務(wù)。

該任務(wù)的具體步驟是：第一步先拉長(zhǎng)軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)，向外擴(kuò)展至少一半的距離。在進(jìn)行軌道調(diào)整過程中，盡量使用較少的燃料，利用地球引力的作用，將探測(cè)器反作用彈射進(jìn)入月球軌道，達(dá)到節(jié)約燃料的目的。ARTEMIS探測(cè)器進(jìn)入P1點(diǎn)則相對(duì)簡(jiǎn)單一些，需要進(jìn)行5次類似的軌道控制，而要進(jìn)入地月軌道的P2點(diǎn)則需要進(jìn)行27次軌道機(jī)動(dòng)的控制。

第二步：實(shí)現(xiàn)探測(cè)器由地球軌道進(jìn)入地球與月球間的豎直橢圓軌道，這個(gè)軌道的中心點(diǎn)就是地月間的拉格朗日點(diǎn)，分別位月球的兩側(cè)，這個(gè)點(diǎn)是地球與月球間的引力平衡點(diǎn)。目前在這個(gè)點(diǎn)上的宇宙空間沒有任何物體存在。進(jìn)入地月間的拉格朗日點(diǎn)不僅需要精確的時(shí)間和速度，還需要精準(zhǔn)的方向，這些都建立在一些深空推演的基礎(chǔ)上。

（太陽(yáng)與地球間的拉格郎日點(diǎn)）