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天文学と宇宙飛行において、月の軌道（月心軌道とも呼ばれる）は、地球の月の周りを物体が回る軌道である。一般に、これらの軌道は円形ではない。宇宙船が月から最も遠いとき（遠点）は、遠月、遠星、または遠日点にあると言われている。月に最も近いとき（近点）は、近月、近星、または近日点にあると言われている。これらは、月の女神の名前または称号に由来している。
月周回軌道投入（LOI）は、月周回軌道に到達するために使用される軌道投入操作である。[1]
低月軌道（LLO）は高度100km（62マイル）以下の軌道である。周期は約2時間である。[2]月探査において特に興味深いが、重力摂動の影響を受け、ほとんどが不安定で、無限凍結軌道が可能な軌道軌道はわずかしかない。これらはLLOでの長期滞在に役立つだろう。[2]
摂動効果と低軌道
100km（60マイル）以下の月の低軌道のほとんどは不安定です。[2]
いくつかの月探査機の軌道をわずかに歪ませる重力異常により、遠い過去の大きな衝突物体によって月面下に生じた質量集中（マスコンと呼ばれる）が発見された。 [2] [3] これらの異常は、数日間で月の軌道を大幅に変えるほど大きい。これにより、下げ振りが垂直から約3分の1度ずれてマスコンの方を向き、重力が0.5パーセント増加する。[2] アポロ11号の最初の有人着陸ミッションでは、摂動効果を修正する最初の試みが採用された（当時は凍結軌道は知られていなかった）。駐機軌道は66海里（122 km; 76 mi）×54海里（100 km; 62 mi）の「円形化」され、LMがCSMと帰還ランデブーをしたときには、公称円形60海里（110 km; 69 mi）になると予想された。しかし、その効果は2倍も過大評価され、ランデブー時には、軌道は63.2海里（117.0 km; 72.7 mi）×56.8海里（105.2 km; 65.4 mi）と計算された。 [4]
安定した低軌道
月探査機に対するマスコンの影響を研究した結果、2001年に4つの軌道傾斜角（27°、50°、76°、86°）で凍結軌道が発生し、宇宙船が低軌道に無期限に留まることができることが発見されました。 [2]アポロ15号の補助衛星PFS-1とアポロ16号の補助衛星PFS-2は、どちらもアポロサービスモジュールから放出された小型衛星であり、この発見に貢献しました。PFS-1は最終的に28°の傾斜角で長期間の軌道を維持し、1年半後にミッションを無事完了しました。PFS-2は11°という特に不安定な軌道傾斜角に置かれ、月面に衝突するまでわずか35日間しか軌道上に留まりませんでした。[2]
月の高軌道
高度500～20,000 km（300～12,000 mi）の範囲の月の軌道では、地球の重力により軌道が乱れる。それより高い高度では、2体モデルでは不十分であり、3体モデルが必要となる。[5]
ムーンヒル球の半径は60,000 km（37,000マイル）に及ぶが、[6]地球の重力の影響で月の軌道は690 km（430マイル）の距離で不安定になる。[7]
地球-月系のラグランジュ点は、ハロー軌道や遠方逆行軌道など、月付近の安定した軌道を提供することができます。
月面の特定の領域には、ハロー軌道がいくつか残っています。これらは、月の裏側にある地上局と通信するために、月中継衛星によって使用されます。これを最初に実行したのは、2019 年の鵲橋中継衛星です。この衛星は、地球-月 L2 の周囲約 65,000 km (40,000 マイル) に配置されました。[要出典]
2022年（CAPSTONE）以降、ラグランジュ点も使用したほぼ直線のハロー軌道が使用されており、 Lunar Gatewayでも採用される予定です。
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軌道遷移
地球から月周回軌道に到達するには、直接転送、低推力転送、低エネルギー転送の3つの主な方法があります。これらはそれぞれ3〜4日、[単語欠落]か月、または2.5〜4か月かかります。[8]
月探査機 · 地球 ・ 月
月周回ミッションの歴史
最初の軌道衛星
ソ連は1959年1月4日、月（または地球外物体）付近に最初の宇宙船、ロボット宇宙船ルナ1号を送り込んだ。 [11]この宇宙船は月面から6,000キロメートル（3,200海里、3,700マイル）以内を通過したが、月周回軌道には到達しなかった。[11] 1959年10月4日に打ち上げられた ルナ3号は、月周回 自由帰還軌道を完了した最初のロボット宇宙船であった。これはまだ月周回軌道ではなく、月の裏側を回って地球に戻る8の字軌道であった。この宇宙船は、月面の裏側の最初の写真を提供した。[11]
ルナ10号は、1966年4月に実際に月と地球外天体を周回した最初の宇宙船となった。[ 12] 1966年5月30日まで、微小隕石のフラックスと月の環境を調査した。 [12]後継ミッションであるルナ11号は、 1966年8月24日に打ち上げられ、月の重力異常、放射線、太陽風の測定を調査した。
月を周回した最初の米国の宇宙船は、1966年8月14日のルナ・オービター1号でした。 [13]最初の軌道は楕円軌道で、遠月点は1,008海里（1,867 km）、近月点は102.1海里（189.1 km）でした。[14]その後、適切な画像を取得するために、軌道は約170海里（310 km）の円形になりました。13か月の間に5機の宇宙船が打ち上げられ、そのすべてが主にアポロ計画の適切な着陸地点を見つける目的で、月の地図作成に成功しました。[13]
有人宇宙船とその後の軌道船
アポロ計画の司令・機械船(CSM) は、月着陸船(LM) が着陸する間、月面駐機軌道に留まりました。結合された CSM/LM は、最初に名目上 170 海里 (310 km、200 mi) x 60 海里 (110 km、69 mi) の楕円軌道に入り、次に約 60 海里 (110 km、69 mi) の円形駐機軌道に変更されました。軌道周期は、遠点と近点の合計によって異なり、CSM の場合は約 2 時間でした。LM は、 20,000 フィート (6.1 km、3.3 nmi) の高さに達する月の山々への衝突を避けるために、近点を約 50,000 フィート (15 km、8.2 nmi) まで下げる降下軌道投入 (DOI) 噴射で着陸シーケンスを開始しました。 2回目の着陸ミッションの後、アポロ14号では着陸船の燃料を動力降下用にさらに節約するために手順が変更され、CSMの燃料を使用してDOI燃焼を実行し、着陸船が着陸した後に近点を円軌道に戻すようになりました。[15]
参照
参考文献
- ^ Woods, WD (2008)。「月周回軌道への進入 : LOI 操作」。アポロはいかにして月へ飛んだか。宇宙探査。Springer Praxis Books。pp. 189–210。doi : 10.1007 /978-0-387-74066-9_8。ISBN 978-0-387-71675-6。
- ^ abcdefg 「奇妙な月の軌道」。NASAサイエンス: サイエンスニュース。NASA。2006-11-06。2012-12-09に取得。月
のマスコンはほとんどの低月軌道を不安定にする... 衛星が頭上 50 マイルまたは 60 マイルを通過すると、マスコンは衛星を前後、左、右、または下に引っ張ります。引っ張る正確な方向と大きさは、衛星の軌道によって異なります。軌道を修正するための搭載ロケットによる定期的なブーストがなければ、低月軌道 (約 60 マイルまたは 100 km 未満) に放出されたほとんどの衛星は、最終的に月に衝突します。... [宇宙船が低月軌道に無期限に留まることができる「凍結軌道」がいくつかあります。それらは 27°、50°、76°、86° の 4 つの傾斜角で発生し、最後の 86° は月の極のほぼ上空にあります。比較的長寿命だった
アポロ 15
号のサブ衛星
PFS-1
の軌道傾斜角は 28° で、これは凍結軌道の 1 つの傾斜角に近いことが判明しましたが、かわいそうな PFS-2 の傾斜角はわずか 11° でした。
- ^ Konopliv, AS; Asmar, SW; Carranza, E.; Sjogren, WL; Yuan, DN (2001-03-01). 「ルナ・プロスペクター・ミッションの結果としての最近の重力モデル」. Icarus . 150 (1): 1–18. Bibcode :2001Icar..150....1K. doi :10.1006/icar.2000.6573. ISSN 0019-1035.
- ^ 「アポロ 11 号ミッションレポート」(PDF) . NASA。 4-3ページから4-4ページ。
- ^ Ely, Todd (2005 年7月)。「凍結した楕円傾斜月軌道の安定した星座」。The Journal of the Astronautical Sciences。53 ( 3): 301–316。Bibcode :2005JAnSc..53..301E。doi :10.1007/BF03546355。
- ^ Follows, Mike (2017年10月4日). 「Ever Decreasing Circles」. NewScientist.com . 2023年7月23日閲覧。
月のヒル球の半径は6万キロメートルで、地球と月の距離の約6分の1である。
天体の平均距離と質量データについては（前述の引用の検証のため）、Williams, David R.（2021年12月20日）「Moon Fact Sheet」を参照してください。NASA.gov。メリーランド州グリーンベルト：NASAゴダード宇宙飛行センター。2023年7月23日閲覧。 - ^ 「月軌道の新しいパラダイム」Phys.org 2006-12-01 . 2023-11-05閲覧。
- ^ The Aerospace Corporation (2023-07-20). 「国際月の日です！地球周回軌道の宇宙について話しましょう」。Medium 。2023年11月7日閲覧。
- ^ Stein, Ben P. (2011年8月23日). 「45年前：月から地球を撮影した最初の写真はいかにして撮影されたか」. Space.com . 2020年10月7日閲覧。
- ^ 「50年前、この写真は月から地球を初めて撮影したもの」。2016年8月23日。2016年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ abc Wade, Mark. 「ルナ」。Encyclopedia Astronautica。2012年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年2月17日閲覧。
- ^ ab Byers, Bruce K. (1976-12-14). 「付録 C [367-373] 無人月探査機の記録、1958-1968: ソビエト連邦」。DESTINATION MOON: 月探査機プログラムの歴史。 アメリカ航空宇宙局。 2021-01-26時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007-02-17に閲覧。
- ^ ab Wade, Mark. 「Lunar Orbiter」. Encyclopedia Astronautica. 2002年8月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年2月17日閲覧。
- ^ Byers, Bruce K. (1976-12-14). 「第9章: ミッションI、II、III: アポロ計画地の探索と検証、最初の打ち上げ」。DESTINATION MOON: 月周回衛星計画の歴史。アメリカ航空宇宙局。2020年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年2月17日閲覧。
- ^ ジョーンズ、エリック・M. (1976-12-14)。「最初の月面着陸」。アポロ11号月面ジャーナル。アメリカ航空宇宙局。 2014年11月9日閲覧。