الحقن عبر القمر

الحقن عبر القمر ( TLI ) هو مناورة دفعية ، تُستخدم لإرسال مركبة فضائية إلى القمر . تقترب مسارات النقل القمري النموذجية من عمليات نقل هوهمان ، على الرغم من استخدام عمليات نقل منخفضة الطاقة أيضًا في بعض الحالات، كما هو الحال مع مسبار هيتن . ^[1] بالنسبة للمهام قصيرة المدة دون اضطرابات كبيرة من مصادر خارج نظام الأرض والقمر، يكون نقل هوهمان السريع أكثر عملية عادةً.

تقوم المركبة الفضائية بتنفيذ عملية TLI لبدء انتقال قمري من مدار دائري منخفض حول الأرض . يؤدي حرق TLI الكبير ، الذي يتم إجراؤه عادةً بواسطة محرك صاروخي كيميائي ، إلى زيادة سرعة المركبة الفضائية، وتغيير مدارها من مدار أرضي دائري منخفض إلى مدار شديد الانحراف . عندما تبدأ المركبة الفضائية في التحرك على قوس الانتقال القمري، يقترب مسارها من مدار بيضاوي حول الأرض مع وجود أوج بالقرب من نصف قطر مدار القمر. يتم تحديد حجم حرق TLI وتوقيته لاستهداف القمر بدقة أثناء دورانه حول الأرض. يتم توقيت الحرق بحيث تقترب المركبة الفضائية من الأوج مع اقتراب القمر. أخيرًا، تدخل المركبة الفضائية مجال نفوذ القمر ، مما يؤدي إلى تأرجح قمري زائدي.

في بعض الحالات، من الممكن تصميم TLI لاستهداف مسار عودة حر ، بحيث تدور المركبة الفضائية خلف القمر وتعود إلى الأرض دون الحاجة إلى المزيد من المناورات الدفعية. ^[2]

تضيف مسارات العودة المجانية هذه هامشًا من الأمان إلى بعثات رحلات الفضاء البشرية ، حيث ستعود المركبة الفضائية إلى الأرض "مجانًا" بعد احتراق TLI الأولي. بدأت بعثات أبولو 8 و10 و11 على مسار عودة مجاني، ^[3] بينما استخدمت البعثات اللاحقة مسارًا هجينًا مشابهًا وظيفيًا، حيث يلزم تصحيح المسار في منتصف الطريق للوصول إلى القمر. ^{[4] [5] [6]}

إن استهداف TLI وعمليات النقل القمري هي تطبيق محدد لمشكلة الجسم n ، والتي يمكن تقريبها بطرق مختلفة. إن أبسط طريقة لاستكشاف مسارات النقل القمري هي طريقة المخروطيات المرقعة . يُفترض أن المركبة الفضائية تتسارع فقط تحت ديناميكيات الجسمين الكلاسيكية، حيث تهيمن عليها الأرض حتى تصل إلى مجال تأثير القمر . الحركة في نظام مخروطي مرقع حتمية وسهلة الحساب، مما يجعلها مناسبة لتصميم المهمة التقريبية والدراسات " الخلفية ".

ولكن بشكل أكثر واقعية، تخضع المركبة الفضائية لقوى الجاذبية من العديد من الأجسام. تسيطر جاذبية الأرض والقمر على تسارع المركبة الفضائية، ونظرًا لأن كتلة المركبة الفضائية نفسها لا تُذكر بالمقارنة، فقد يكون من الأفضل تقريب مسار المركبة الفضائية كمشكلة مقيدة بثلاثة أجسام . هذا النموذج هو تقريب أقرب ولكنه يفتقر إلى حل تحليلي، ^[7] ويتطلب حسابًا عدديًا. ^[8]

تتضمن المحاكاة الأكثر تفصيلاً نمذجة الحركة المدارية الحقيقية للقمر؛ والجاذبية من الأجرام الفلكية الأخرى؛ وعدم تجانس جاذبية الأرض والقمر ؛ بما في ذلك ضغط الإشعاع الشمسي ؛ وما إلى ذلك. إن نشر حركة المركبة الفضائية في مثل هذا النموذج يتطلب الكثير من البيانات العددية، ولكنه ضروري لتحقيق دقة حقيقية في المهمة.

كان أول مسبار فضائي يحاول تنفيذ TLI هو لونا 1 التابع للاتحاد السوفييتي في 2 يناير 1959 والذي صُمم للاصطدام بالقمر. ومع ذلك، لم تسير عملية الاحتراق كما هو مخطط لها تمامًا، وأخطأت المركبة الفضائية القمر بأكثر من ثلاثة أضعاف نصف قطره وأُرسلت إلى مدار مركزه الشمسي. ^{[9] قامت} لونا 2 بنفس المناورة بدقة أكبر في 12 سبتمبر 1959 وتحطمت على القمر بعد يومين. ^[10] كرر السوفييت هذا النجاح مع 22 مهمة لونا أخرى و 5 مهام زوند سافرت إلى القمر بين عامي 1959 و 1976. ^[11]

أطلقت الولايات المتحدة أول محاولة لها لضرب القمر، وهي رينجر 3 ، في 26 يناير 1962، والتي فشلت في الوصول إلى القمر. تبع ذلك أول نجاح أمريكي، رينجر 4 ، في 23 أبريل 1962. ^[12] تم إطلاق 27 مهمة أمريكية أخرى إلى القمر من عام 1962 إلى عام 1973، بما في ذلك خمس مركبات هبوط ناعمة ناجحة من نوع سيرفيور ، وخمسة مجسات مراقبة مدارية قمرية ، ^{[13] : 166} وتسع بعثات أبولو ، والتي هبطت فيها أول بشر على القمر.

بالنسبة لمهام أبولو القمرية، تم تنفيذ TLI بواسطة محرك J-2 القابل لإعادة التشغيل في المرحلة الثالثة S-IVB من صاروخ ساتورن V. استمر حرق TLI هذا لمدة 350 ثانية تقريبًا، مما وفر 3.05 إلى 3.25 كم/ثانية (10000 إلى 10600 قدم/ثانية) من التغيير في السرعة ، وعند هذه النقطة كانت المركبة الفضائية تسافر بسرعة تقارب 10.4 كم/ثانية (34150 قدم/ثانية) بالنسبة للأرض. ^[14] لوحظ TLI الخاص بأبولو 8 بشكل مذهل من جزر هاواي في سماء ما قبل الفجر جنوب وايكيكي، وتم تصويره والإبلاغ عنه في الصحف في اليوم التالي. ^[15] في عام 1969، كان TLI الخاص بأبولو 10 قبل الفجر مرئيًا من كلونكوري ، أستراليا . ^[16] تم وصفه بأنه يشبه المصابيح الأمامية للسيارة القادمة فوق تلة في الضباب، حيث ظهرت المركبة الفضائية كمذنب ساطع ذو مسحة خضراء. ^[16]

في عام 1990، أطلقت اليابان أول مهمة قمرية لها، باستخدام قمر هيتن للتحليق بالقرب من القمر ووضع قمر هاجورومو الصغير في مدار قمري. بعد ذلك، استكشفت طريقة جديدة لـ TLI منخفضة دلتا-v مع وقت نقل يبلغ 6 أشهر (مقارنة بثلاثة أيام لأبولو). ^{[17] [13] : 179}

استخدمت مركبة الفضاء الأمريكية كليمنتين عام 1994 ، والتي صُممت لعرض التقنيات خفيفة الوزن، رحلة TLI لمدة 3 أسابيع مع تحليقين متوسطين بالقرب من الأرض قبل الدخول في مدار قمري. ^{[17] [13] : 185}

في عام 1997، أصبح Asiasat-3 أول قمر صناعي تجاري يصل إلى مجال نفوذ القمر عندما مر بالقمر مرتين بعد فشل الإطلاق، في مسار دلتا منخفض للوصول إلى مداره الجغرافي الثابت المطلوب. مر على مسافة 6200 كيلومتر من سطح القمر. ^{[17] [13] : 203}

أصبح القمر الصناعي التجريبي لتكنولوجيا وكالة الفضاء الأوروبية SMART-1 عام 2003 أول قمر صناعي أوروبي يدور حول القمر. بعد إطلاقه في مدار انتقالي ثابت جغرافيًا (GTO)، استخدم محركات أيونية تعمل بالطاقة الشمسية للدفع. ونتيجة لمناورة دلتا-في TLI المنخفضة للغاية، استغرقت المركبة الفضائية أكثر من 13 شهرًا للوصول إلى مدار قمري و17 شهرًا للوصول إلى مدارها المطلوب. ^{[13] : 229}

أطلقت الصين أول مهمة لها إلى القمر في عام 2007، حيث وضعت مركبة الفضاء تشانغ إي 1 في مدار قمري. واستخدمت عمليات حرق متعددة لرفع ذروتها ببطء للوصول إلى محيط القمر. ^{[13] : 257}

وفي عام 2008، حذت الهند حذوها، فأطلقت المركبة تشاندرايان-1 في مدار جغرافي ثابت، ومثل المركبة الفضائية الصينية، زادت من ذروتها على مدار عدد من عمليات الحرق. ^{[13] : 259}

استخدمت مركبة الهبوط الناعمة "بيريشيت" من صناعات الفضاء الإسرائيلية هذه المناورة في عام 2019، لكنها تحطمت على القمر.

في عام 2011، استخدمت أقمار ناسا الصناعية GRAIL مسار دلتا-في المنخفض إلى القمر، مروراً بنقطة الشمس-الأرض L1، واستغرق الأمر أكثر من 3 أشهر. ^{[13] : 278}

• ديناميكا الفضاء
• مقارنة بين أنظمة الإطلاق للرفع الثقيل
• نقل الطاقة المنخفضة
• حقن ترانس إيرث
• حقنة ترانس مارس

 تتضمن هذه المقالة مواد من المجال العام من مواقع الويب أو وثائق الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء .