Гало-орбита

Гало-орбита^[1] (от др.-греч. ἅλως «круг, диск») — периодическая трёхмерная орбита возле точек Лагранжа L₁, L₂ или L₃ в задаче трёх тел орбитальной механики^[2]. Хотя точки Лагранжа — это не более чем некоторые точки во вращающейся вместе с двумя массивными телами системе отсчёта, вокруг них может осуществляться орбитальное движение под действием гравитационного притяжения со стороны двух массивных тел, а также силы Кориолиса и центробежной силы, обусловленных неинерциальностью системы отсчёта. Гало-орбиты существуют во многих системах двух массивных тел, таких, например, как Солнце — Земля или Земля — Луна. Для каждой точки Лагранжа существует бесконечное множество пар гало-орбит, симметричных относительно плоскости вращения системы двух массивных тел^[3]. Чтобы удержать спутник на такой орбите, требуются применение стабилизирующих воздействий, поскольку гало-орбиты обычно неустойчивы.

Определение и история

Роберт У. Фаркуар^[англ.] впервые использовал название «гало» для этих орбит в 1968 своей диссертации на степень доктора философии^[4]. Фаркуар выступал за использование космического корабля на гало-орбите близ точки Лагранжа L₂ системы Земля — Луна (61 500 км за орбитой Луны и неподвижно над ней) в качестве ретрансляционной станции для связи с «Аполлоном» в миссии к обратной стороне Луны. Космический корабль на такой гало-орбите может быть в непрерывной видимости как с Земли, так и с обратной стороны Луны. В конце концов, ни запуск спутника связи, расположенного в точке Лагранжа L₂ системы Земля — Луна, ни старт миссии «Аполлона» к обратной стороне Луны так и не состоялись^[5].

Фаркуар использовал аналитические выражения для представления гало-орбит. Более точно эти орбиты были найдены численно в работах Кэйтлин Хауэлл^{[англ.][6]}.

Космический аппарат на гало-орбите

Впервые гало-орбита была использована спутником ISEE-3, который был запущен в 1978 году. Он проследовал к точке Лагранжа L₁ системы Солнце — Земля и оставался в её окрестности в течение нескольких лет.
Следующей миссией, в которой была использована гало-орбита, стал совместный проект ЕКА и НАСА по изучению Солнца — космический аппарат SOHO, который прибыл в окрестность точки Лагранжа L₁ системы Солнце — Земля в 1996 году. Этот аппарат использовал орбиту, напоминающую орбиту аппарата ISEE-3^[7].

С тех пор в окрестность точек Лагранжа был отправлен ряд космических аппаратов. Однако, как правило, они совершали движение скорее по близким^[8] непериодическим орбитам, известным как орбиты Лиссажу, нежели по настоящим гало-орбитам.

Траектория космического аппарата Genesis и план полёта, который включает 4 оборота по гало-орбите вокруг точки либрации; основаны на работе Кэйтлин Хауэлл. Упрощенное представление траектории — показана двумерная проекция сложной трехмерной траектории.

Космический аппарат Genesis, созданный в 2001 году, был выведен на ляпуновскую гало-орбиту около точки Лагранжа L₁ системы Солнце — Земля. За три года аппарат совершил четыре оборота по этой орбите, после чего был осуществлён пятимесячный перелет дальностью более трёх миллионов километров к точке L₂, её облёт и выход на посадочную траекторию после гравитационного манёвра около Луны^[9]. Расчёт этой низкоэнергетической траектории потребовал около трёх лет работы и применения современных методов теории динамических систем.

Ретрансляционный спутник Цюэцяо, выведенный на орбиту 20 мая 2018 года^[10], циркулирует по гало-орбите вокруг точки Лагранжа L2 системы Земля-Луна.

Также по галоорбите около точки либрации L₁ движется спутник Deep Space Climate Observatory (2015).

См. также

• Орбиты Лиссажу, другие орбиты около точек Лагранжа
• Категория:Космические аппараты с использованием гало-орбит
• Межпланетная транспортная сеть