Луна интересует человечество давно и в первую очередь. Великий философ и пропагандист космической идеи К.Э. Циолковский сказал:
«Человечество не останется вечно на Земле. Но в погоне за Солнцем и светом сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет все околосолнечное пространство».
Те полеты к Луне, которые уже состоялись – это как раз и есть первые робкие шаги. На повестке дня длительное пребывание человека на Луне и в окололунном пространстве. Создание Лунных орбитальных станций(ЛОС) - по аналогии с МКС, поселений на поверхности планеты, добывать там полезные ископаемые, которых мало или нет на Земле, совершать челночные перелеты между орбитами и планетой. Появляется потребность оценить затраты необходимых скоростей на эти операции.
Давайте ответим на вопрос - какая должна быть высота орбиты ЛОС, чтобы затраты необходимых скоростей были минимальные?
На рис. 11.1-11.3 показаны затраты потребных скоростей на типовые операции в окололунном пространстве.
Если просуммировать затраты потребных скоростей для орбиты на какой- либо высоте, то нетрудно увидеть, что для ОЛО высотой 50 км они составляют 8,633 км/с, а для ОЛО 10000 км - 9,872 км/с. Причем в промежутке этих высот затраты непрерывно возрастают от ОЛО_50 к ОЛО_10000. Это наводит на мысль, что низкие орбиты выгодней, чем высокие по затратам энергетики для их использования.
Вопрос выбора орбиты ЛОС активно обсуждается в профессиональном сообществе.
На высокие орбиты дешевле совершать перелет с НОО, а низкие обходятся дешевле в челночных операциях доставки лунных ископаемых на ЛОС. Поэтому для ЛОС предназначенной для обслуживания работ на поверхности Луны предпочтительней низкие орбиты.
Все зависит от целевой функции ЛОС.
Например, НАСА для своей лунной орбитальной платформы Gateway выбрала гало орбиту с параметрами: низшая точка орбиты – 2000 км, а наивысшая – 75000 км. Доставка грузов на эту орбиту с НОО оценивается значением dV 1=3,65 км/с, челночные операции с периселения на поверхность Луны dV 2=5,52 км/с, а возврат на Землю dV 3=0,5 км/с. Суммарные затраты потребных скоростей для гало орбиты находятся на уровне ОЛО_10000. Почему она рассматривается НАСА как кандидат на орбиту ЛОС?
Имеется еще один фактор, влияющий на выбор ОЛО. Это целевая функция ЛОС. В рассмотренном примере целевая функция лунной платформы Gateway – создание шлюза для отправки экспедиций в дальний космос и к астероидам. И в этом случае на первый план выходят затраты скорости на доставку КА на гало орбиту платформы Gateway(dV1) .
Что такое гало орбита?
В далеком 18 веке французский математик и механик Жозеф Лагранж чисто математически показал, что в случае, когда главное притягивающее тело не одно, а их два (например, Луна и Земля) в окрестности притягивающих центров появляются локальные точки равновесия, вокруг которых возможно образование космических орбит . Они были названы «точки Лагранжа». Их всего пять. Лунную орбитальную платформу Gateway предполагается запускать на гало орбиту вокруг точки Лагранжа №2, расположенной на линии Земля-Луна за Луной на удалении от Луны примерно равном радиусу сферы действия Луны относительно Земли.
Чтобы понять, какими свойствами обладают окололунные орбиты и как можно их использовать, рассмотрим в следующей статье вопросы их устойчивости.
___________________