軌道投入

宇宙飛行において、軌道投入とは宇宙船の軌道を調整し、惑星、月、その他の天体の周りの軌道に投入できるようにする軌道操作である。 ^{[1]軌道投入操作には、それぞれの天体の}脱出速度を超える速度からの減速、またはより低速からその速度までの加速が含まれる。

結果がトランスファー軌道、例えば降下軌道投入である場合、その操作は軌道投入となる。

軌道は、通常、地球や太陽などの中心天体の周りを回る周期的または準周期的な軌道です。また、地球-月系のような多体系内のラグランジュ点の位置の周りの軌道である場合もあります。(たとえば、NASA はCAPSTONEミッションにハロー軌道を使用しました。)

低軌道は、中心天体の「重力井戸」の奥深くを通る軌道です。例としては、低地球軌道や低月軌道などがあります。低軌道への投入には、中心天体に対して大幅な減速が必要になる場合があり、惑星表面からの打ち上げの場合は、軌道速度に達するまでに大幅な加速が必要になる場合があります。

静止軌道のような高エネルギー軌道には、楕円形のトランスファー軌道を経由して到達することが多い。

軌道投入の 1 つのタイプは、天体の周りの軌道に捕捉するときに使用されます。

ロケット推進

惑星間トランスファー軌道の超過速度は、通常、軌道投入燃焼と呼ばれるロケットの噴射によって削減されます。このような操作では、宇宙船のエンジンを使用して、目標天体に対する速度を低下させます。 ^[2]たとえば、成功したアポロ計画の各月面着陸ミッションでは、まずアポロサービスモジュールの推進力を使用して低月軌道に入りました。

低推力挿入

いくつかの到着軌道では、低推力推進で軌道投入を達成できます。このアプローチは、1991 年に Hiten宇宙船で初めて使用されました。

その他のテクニック

目的の天体に実体のある大気がある場合に使用される別の技術はエアロキャプチャーと呼ばれ、大気の抵抗を利用して宇宙船を減速させ、軌道に乗せることができる。しかしながら、これは非常にリスクが高く、軌道投入のためにテストされたことはない。一般的に、軌道投入の減速はメインエンジンで行われ、宇宙船は高度に楕円形の「捕捉軌道」に入り、その後でさらに減速して遠心点を下げることができる。あるいは、エアロブレーキングと呼ばれる、大気の抵抗を制御された方法で使用して遠心点を下げ、搭載燃料の使用を最小限に抑えながら軌道を円形にすることもできる。現在までに、NASAとESAのミッションのうち、エアロブレーキングを実行したのはほんの一握りである（マゼラン、マーズ・リコネッサンス・オービター、トレース・ガス・オービター、ビーナス・エクスプレス、...）。^[3]

2 つ目のタイプの軌道投入は、新しく打ち上げられた衛星やその他の宇宙船に使用されます。現在使用されている宇宙打ち上げ機のほとんどは、非常に狭い範囲の軌道にしかペイロードを打ち上げることができません。これらの軌道の赤道に対する角度と最大高度は、使用するロケットと打ち上げ場所によって制限されます。この制限があるため、ほとんどのペイロードは最初にトランスファー軌道に打ち上げられ、そこでは最初の宇宙打ち上げでできた楕円軌道を円形にするために追加の推力操作が必要になります。この種の操作と動力による惑星間軌道投入の主な違いは、既存の惑星軌道を上昇または円形にするために必要な速度の変化が著しく少ないのに対し、惑星間巡航のかなりの速度を相殺する点です。

現在の軌道投入操作には、従来の化学ロケットを正確にタイミングよく燃焼させる必要があるが、イオンスラスタやプラズマ推進エンジンなど、軌道を安定させる代替手段を使用して、より少ない燃料でより長い期間にわたって同じ結果を達成するという方向で、ある程度の進歩が遂げられている。さらに、地球の磁場を磁気的に反発する導電性の宇宙テザーの使用に関する研究は、ある程度の見込みを示しており、事実上燃料の必要性を完全に排除することになる。

• 弾道捕捉