¿Cómo llegan las naves espaciales a los puntos de Lagrange?

¿Cómo llegan las naves espaciales a los puntos de Lagrange?

Lo primero es lo primero: las naves espaciales no van a los diversos puntos de interés de Lagrange. En cambio, entran en pseudoórbitas sobre esos puntos de Lagrange.

¿Cómo llegan las naves espaciales a los puntos de Lagrange?

Ya sea combustible de manera eficiente, pero lentamente, o por fuerza bruta.

Considere las órbitas de halo rectilíneas cercanas a la Tierra-Luna (NRHO) que son de gran interés para la NASA en los últimos tiempos. Hay caminos que pueden llevar una nave espacial a un NRHO con gastos de propulsor bastante pequeños. Desafortunadamente, puede tomar mucho tiempo (varias semanas o meses) seguir tales trayectorias. Estas rutas de larga duración podrían usarse para entregar vehículos automatizados a NRHO.

Pero ese largo tiempo de transferencia no será bueno si la tripulación está a bordo del vehículo. Ahí es cuando se necesita la fuerza bruta.

Según tengo entendido, para alcanzar un punto de Lagrange, la nave espacial tendría que reducir la velocidad.

Si se lanza desde la Tierra, no necesita usar propulsor para reducir la velocidad. La NASA explica esto en su artículo sobre el Telescopio Espacial James Webb que orbitará el punto Tierra-Luna L2.

Webb tardará aproximadamente 30 días en alcanzar el inicio de su órbita en L2, pero tardará menos de un día en alejarse de la Tierra y gran parte del camino hasta allí. Llevar a Webb a su órbita alrededor de L2 es como llegar a la cima de una colina pedaleando enérgicamente una bicicleta solo al comienzo de la subida, generando suficiente energía y velocidad para pasar la mayor parte del camino subiendo la colina para reducir la velocidad a un mínimo. detenerse y apenas llegar a la cima.

Después de ser lanzado a la órbita terrestre baja por la primera etapa de un Ariane V, la segunda etapa "pedaleará vigorosamente" para enviar el JWST "cuesta arriba" hacia L2. Solo 30 minutos después del lanzamiento, el JWST se separará de la segunda etapa y, aparte de las pequeñas correcciones a mitad de camino, se deslizará durante los próximos 30 días hasta que entre en órbita alrededor de L2 a 1 400 000 km de distancia. Hay una buena animación del vuelo . Después de 1 día está a 200 000 km de la Tierra. Día 3 son 400.000 km pasando la Luna. Día 5, 600.000 km. El día 6 pasará la mitad del camino con 24 días aún para el final.

L2 es metaestable y JWST tendrá que usar algún propulsor para mantener su órbita. Una vez que su propulsor se agote en (con suerte) 10 años, se alejará de L2 hacia su propia órbita alrededor del Sol.

¿Pueden las naves espaciales que pasan cerca de los puntos de Lagrange ser capturadas dentro del punto?

Sí, particularmente los puntos estables L4 y L5. Así es como obtenemos asteroides troyanos . Aunque estar "dentro de un punto" es una contradicción. En cambio, orbitan alrededor del punto en una especie de forma de frijol.

a medida que un cuerpo se aleja de la posición exacta de Lagrange, la aceleración de Coriolis curva la trayectoria en un camino alrededor (en lugar de alejarse) del punto.

Respuesta complementaria a la respuesta de @Schwern

El siguiente GIF muestra a SOHO viajando hacia su órbita de halo alrededor del Sol-Tierra L1. JWST hará algo similar, pero hacia Sun-Earth L2.

¿Por qué la trayectoria encaja perfectamente en la órbita del halo?

Esto es realmente interesante. Si primero pones la nave espacial en su órbita de halo, pero un poco demasiado cerca de la Tierra, digamos unos pocos kilómetros en comparación con una órbita de 200 000 o 400 000 km de diámetro, entonces comenzaría a derivar hacia la Tierra mientras orbitaba con un exponencialmente aumentando la distancia desde su órbita de halo ideal. Esa desviación se duplicaría cada pocas semanas (la órbita completa dura aproximadamente 6 meses), por lo que después de una órbita estaría 10 000 km más cerca de la Tierra, y en la segunda órbita se alejaría completamente del halo en una trayectoria que se parece a ¡este!

Lo bueno es que para problemas de dos cuerpos y para problemas circulares de tres cuerpos restringidos, puede ejecutarlos hacia atrás y hacia adelante en el tiempo igualmente bien.

Entonces, si coloca una nave espacial en una trayectoria cerca de la Tierra que coincida con esta trayectoria de escape, naturalmente seguirá este camino y deambulará hasta el halo y caerá en su lugar. Después de una o dos órbitas, se acurrucará en su halo y solo necesitará pequeñas maniobras de mantenimiento de la estación para permanecer allí.

Esto es de lo que se está hablando la gente de la NASA en las citas en bloque en la otra respuesta.

Los elementos a continuación son de esta respuesta .

Estos son datos trazados de Horizons de ¿Es así como se ven las maniobras de mantenimiento de la estación, o simplemente fallas en los datos? (SOHO a través de Horizons) usando un script como este: https://pastebin.com/7XULFDea escrito cuando estaba empezando a aprender Python. Imágenes fijas combinadas en un GIF usando ImageJ. Los datos de https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons los pequeños puntos negros son intervalos de 1 día, el punto rojo es Sol-Tierra L1 y la mancha azul representa los diversos lugares en los que la Tierra está en relación con L1.