Halo-orbita

Halo-orbita

Polarni pogled

Ekvatorski pogled

• Trajektorija Esinega plovila SOHO – halo orbita okrog Lagrangeeve točke L₁ sistema Sonce-Zemlja
•        Zemlja ·        SOHO

Polarni pogled na Lagrangeeve točke sistema Sonce-Zemlja. Halo-orbita poteka okrog točk L₁, L₂ ali L₃ (orbite na diagramu niso prikazane).

Halo-orbita je periodična, neravninska orbita, povezana z eno od Lagrangeevih točk L₁, L₂ ali L₃ v problemu treh teles astrodinamike (orbitalne mehanike). Čeprav je Lagrangeeva točka le točka v praznem vesoljskem prostoru, je njena posebna značilnost, da jo lahko obkroži Lisajousova orbita ali halo-orbita. Te prostorske krivulje je mogoče obravnavati kot posledico interakcije med gravitacijskim privlakom dveh planetarnih teles in Coriolisovo silo ter centrifugalno silo na vesoljskem plovilu. Halo-orbite obstajajo v poljubnem sistemu treh teles, na primer v orbitalnem satelitskem sistemu Sonce-Zemlja ali orbitalnem satelitskem sistemu, ki kroži okrog sistema Zemlja-Luna. Zvezne »družine« tako severnih kot južnih halo-orbit obstajajo na vsaki Lagrangeevi točki. Ker so halo orbite ponavadi nestabilne, se lahko zahteva ohranjanje postaj z rabo potisnikov, da se satelit ohranja na orbiti. Večina satelitov v halo-orbiti služi znanstvenim namenom, na primer vesoljskim teleskopom.

Definicija in zgodovina

Ameriški strokovnjak odprav (misij) Robert Willard Farquhar je prvič uporabil ime »halo« leta 1966 za orbite okrog L₂, ki so bile narejene periodično z rabo potisnikov. Zagovarjal je rabo vesoljskega plovila v takšni orbiti za Luno (L₂ sistema Zemlja-Luna) kot komunikacijsko relejno postajo za odpravo Programa Apollo na oddaljeni strani Lune. Vesoljsko plovilo v takšni orbiti bi bilo v neprekinjenem pogledu na Zemljo in drugo stran Lune, medtem ko bi Lisajousova orbita včasih povzročila, da bi vesoljsko plovilo šlo za Luno. Na koncu ni bil izstreljen noben relejni satelit za Apollo, saj so bili vsi pristanki na bližnji strani Lune.

Leta 1973 sta Farquhar in Ahmed Kamel ugotovila, da ko je bila amplituda v ravnini Lisajousove orbite dovolj velika, je obstajala ustrezna amplituda, ki je imela enako periodo, tako da je orbita prenehala biti Lisajousova orbita in postala približno elipsa. Uporabili so analitične izraze, ki predstavljajo te halo-orbite – leta 1984 je ameriška vesoljska inženirka Kathleen Howell pokazala, da je točnejše trajektorije mogoče izračunati numerično. Poleg tega je ugotovila, da je za večino vrednosti razmerja med masami obeh teles (kot sta Zemlja in Luna) obstajal razpon stabilnih orbit.

Prva odprava za rabo halo-orbite je bila odprava Mednarodnega raziskovalecka kometov (International Cometary Explorer, ISEE-3), skupno vesoljsko plovilo Ese in Nase, izstreljeno leta 1978. Potovala je do točke L₁ sistema Sonce-Zemlja in tam ostala več let. Naslednja odprava za rabo halo-orbite je bil SOHO (Solarni in heliosferni observatorij (Solar in Heliospheric Observatory)), tudi skupna odprava Ese in Nase za preučevanje Sonca, ki je prispela v L₁ sistema Sonce-Zemlja leta 1996. Uporabil je orbito, podobno ISEE-3. Čeprav je od tedaj več drugih odprav potovalo v Lagrangeeve točke, so (na primer Esin astrometrični vesoljski observatorij Gaia) običajno rabili povezane neperiodične različice – Lissajousove orbite, namesto dejanske halo-orbite.

Čeprav so bile halo-orbite dobro znane v RTBP (omejenem problemu treh teles), je bilo težko pridobiti halo-orbite za pravi sistem Zemlja-Luna. Translunarne halo-orbite je prvič izračunal leta 1998 M. A. Andreu. Uvedel je uvedel nov model za gibanje vesoljskega plovila v sistemu Zemlja-Luna-Sonce, ki se je imenoval kvazibicirkularni problem (quasi-bicircular problem, QBCP).

Maja 2018 je bila Farquharjeva prvotna zamisel končno uresničena, ko je Kitajska postavila prvi komunikacijski relejni satelit Čuečiao-1 (Queqiao) v halo-orbito okrog točke L₂ sistema Zemlja-Luna. 3. januarja 2019 je vesoljsko plovilo Čange 4 (Chang'e 4) pristalo v kraterju Von Kármán na oddaljeni strani Lune, pri čemer je uporabilo relejni satelit Čuečiao za komunikacijo z Zemljo.

Vesoljski teleskop Jamesa Webba je 24. januarja 2022 vstopil v halo-orbito okrog točke L₂ sistema Sonce-Zemlja Esin vesoljski teleskop Euklid je vstopil v podobno orbito okrog te točke avgusta 2023.

Indijska organizacija za vesoljske raziskave (ISRO) je izstrelila koronografsko plovilo Aditja-L1 (Aditya-L1), da bi preučevala Sonce iz halo-orbite okrog točke L₁ sistema Sonca-Zemlja. Januarja 2024 je vesoljsko plovilo, prva indijska solarna odprava, uspešno vstopilo v halo-orbito s približno 178 dnevi, na razdalji približno 1,5 milijona kilometrov od Zemlje.

Viri

• Farquhar, Robert Willard (1966), »Station-Keeping in the Vicinity of Collinear Libration Points with an Application to a Lunar Communications Problem«, AAS Science and Technology Series: Space Flight Mechanics Specialist Symposium, 11: 519–535, glej Farquhar, R. W. (Robert Willard) (1968). The Control and Use of Libration-Point Satellites (doktorska disertacija). Stanford, Kalifornija: Oddelek za aeronavtiko in astronavtiko, Univerza Stanford. str. 103, 107–108.