月経注射

月周回軌道投入（TLI ）は、宇宙船を月へ送るために使用される推進操作である。典型的な月面遷移軌道はホーマン遷移に近いが、ヒテン探査機のように低エネルギー遷移が使用されるケースもある。^{[1]地球-月系外からの大きな}摂動 のない短期間のミッションでは、通常、高速ホーマン遷移がより実用的である。

宇宙船は、地球を周回する低い円形の駐機軌道から月への移行を開始するために TLI を実行します。通常、化学ロケットエンジンによって実行される大規模な TLI噴射によって宇宙船の速度が上がり、その軌道が円状の低地球軌道から非常に偏心した軌道に変更されます。宇宙船が月移行アークで惰性走行を開始すると、その軌道は地球の周りの楕円軌道に近づき、遠地点は月の軌道半径に近くなります。TLI 噴射は、地球の周りを公転する月を正確にターゲットにするようにサイズとタイミングが調整されます。噴射は、月が近づくにつれて宇宙船が遠地点に近づくようにタイミングが調整されます。最後に、宇宙船は月の影響圏に入り、双曲的な月スイングバイを行います。

場合によっては、TLIを自由帰還軌道を目標として設計することが可能であり、その場合、宇宙船は月の裏側を周回し、さらなる推進操作を必要とせずに地球に帰還することになる。 ^[2]

このような自由帰還軌道は、最初のTLI燃焼後に宇宙船が「無料で」地球に帰還するため、有人宇宙飛行ミッションに安全余裕をもたらす。アポロ8号、10号、11号は自由帰還軌道で始まったが^[3] 、その後のミッションでは機能的に類似したハイブリッド軌道が使用され、月に到達するには途中で進路修正が必要となった。^{[4] [5] [6]}

TLI ターゲティングと月への移動は、さまざまな方法で近似できるn 体問題の特定の応用です。月への移動軌道を調べる最も簡単な方法は、パッチ円錐法です。宇宙船は、月の影響圏に到達するまで地球に支配され、古典的な 2 体力学の下でのみ加速すると想定されています。パッチ円錐システムの動きは決定論的で計算が簡単で、大まかなミッション設計や「大まかな」研究に適しています。

しかし、より現実的には、宇宙船は多くの物体からの重力の影響を受けます。地球と月からの重力が宇宙船の加速を支配し、宇宙船自身の質量はそれに比べて無視できるため、宇宙船の軌道は制限された三体問題として近似する方がよいでしょう。このモデルはより近い近似ですが、解析解がないため^[7] 、数値計算が必要です。^[8]

より詳細なシミュレーションには、月の実際の軌道運動、他の天体からの重力、地球と月の重力の不均一性、太陽放射圧など、さまざまな要素をモデル化することが含まれます。このようなモデルで宇宙船の運動を伝播するには、膨大な数値計算が必要ですが、ミッションの正確な実行には不可欠です。

TLIを試みた最初の宇宙探査機は、 1959年1月2日のソ連のルナ1号で、月への衝突を目的としていた。しかし、燃焼は計画通りには行かず、宇宙船は月の半径の3倍以上を逸れて太陽中心軌道に送られた。^[9] ルナ2号は、1959年9月12日に同じ操作をより正確に実行し、2日後に月に衝突した。^{[10]ソ連は、1959年から1976年の間にさらに22回の}ルナミッションと5回のゾンドミッションで月を飛行し、この成功を繰り返した。 ^[11]

1962年1月26日、米国は初の月面衝突機レンジャー3号を打ち上げたが、月面到達には失敗した。その後、1962年4月23日、米国初の月面着陸に成功したレンジャー4号が打ち上げられた。 ^[12] 1962年から1973年にかけて、さらに27回の米国の月探査ミッションが実施された。これには、成功した5回のサーベイヤー着陸機、5回の月周回衛星監視探査機、^{[13] : 166}、そして人類初の月面着陸を果たした9回のアポロ計画が含まれる。

アポロ月面ミッションでは、TLIはサターンVロケットの第三段S-IVBの再始動可能なJ-2エンジンによって実行されました。この特定のTLI燃焼は約350秒間続き、速度が3.05〜3.25 km/s（10,000〜10,600 ft/s）変化し、その時点で宇宙船は地球に対して約10.4 km/s（34150 ft/s）で移動していました。^[14]アポロ8号のTLIは、ワイキキ南方の夜明け前の空にハワイ諸島から壮観に観測され、翌日には写真に撮られて新聞で報道されました。^[15] 1969年、アポロ10号の夜明け前のTLIはオーストラリアのクロンカリーから見えました。^[16]それは霧の中の丘の上からやってくる車のヘッドライトに似ていて、宇宙船は緑がかった明るい彗星のように見えたと説明されました。^[16]

1990年、日本は初の月探査ミッションを開始し、ひてん 衛星を使って月を通過し、はごろも超小型衛星を月周回軌道に乗せた。その後、日本は6か月の転送時間（アポロでは3日間）で、新しい低デルタv TLI方式を研究した。 ^{[17] [13] : 179}

1994年の米国のクレメンタイン宇宙船は軽量化技術を披露するために設計され、月周回軌道に入る前に2回の地球フライバイを含む3週間のTLIを実施しました。^{[17] [13] : 185}

1997年、アジアサット3号は、打ち上げ失敗後、低デルタvで月を2回通過し、目的の静止軌道に到達し、月の影響圏に到達した最初の商用衛星となった。月の表面から6200km以内を通過した。^{[17] [13] : 203}

2003年、ESAのSMART-1技術実証衛星は、月を周回した最初のヨーロッパの衛星となった。静止トランスファー軌道（GTO）に打ち上げられた後、推進には太陽光発電イオンエンジンを使用した。非常に低いデルタvのTLI操作の結果、宇宙船は月周回軌道に到達するまでに13か月以上、目的の軌道に到達するまでに17か月を要した。^{[13] ：229}

中国は2007年に初の月探査ミッションを開始し、嫦娥1号宇宙船を月周回軌道に乗せた。嫦娥1号は複数回の噴射でゆっくりと遠地点を上昇させ、月の近くに到達した。^{[13] : 257}

インドは2008年にチャンドラヤーン1号をGTOに打ち上げ、中国の宇宙船と同様に複数回の燃焼で遠地点の高度を上げた。 ^{[13] : 259}

イスラエル航空宇宙産業の軟着陸機「ベレシート」は2019年にこの操作を行ったが、月面に墜落した。

2011年、NASAのGRAIL衛星は、太陽地球L1点を通過し、3ヶ月以上かけて月まで低デルタvルートを使用しました。^{[13] ：278}

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