¿Qué es una órbita de halo casi rectilínea?

Existen familias de órbitas de halo cerca de los puntos de libración L1, L2 y L3. Este video se enfoca en las familias de halo L1 y L2. Hay familias del norte y del sur en cada uno de los puntos de libración. La familia del norte es idéntica a la familia del sur pero reflejada en el plano xy.

En cada punto, la familia se bifurca de la familia de órbitas planas de Lyapunov. Es decir, el primer halo de la familia es plano y también es miembro de la familia Lyapunov con forma de frijol. Puede avanzar en la dirección z y encontrar otro miembro de la familia halo. Y vuelve a subir para encontrar el siguiente. La familia evoluciona así fuera del plano, como se ve en el vídeo, y sigue creciendo y acercándose al primario más pequeño (la Luna si estamos trabajando en el sistema Tierra-Luna). Las órbitas de halo casi rectilíneas son las altas, casi polares, que se acercan mucho a la Luna. ¿Cómo se definen?

Hemos definido a los NRHO como aquellos miembros de las familias de halo cuyos índices de estabilidad están acotados. Es decir, son marginalmente estables, o casi, en un análisis lineal. Puede ver un gráfico de los índices de estabilidad de las familias de halo L1 y L2, un zoom de las porciones NRHO de las dos familias y las mariposas como bonificación, en la Figura 2 de este documento: https://engineering.purdue. edu/people/kathleen.howell.1/Publications/Conferences/2017_AAS_DavPhiHow.pdf

Echa un vistazo a la gráfica superior en la Figura 2b. ¿Ves cómo los índices de estabilidad están acotados (con un valor de 3 o menos) hasta que alcanzas un radio perilunero (rp) de 16 000 o 18 000 km, y luego los índices de estabilidad comienzan a crecer rápidamente? Hemos definido "NRHO" para que se encuentre a la izquierda de esa bifurcación, esos halos con propiedades de estabilidad limitada. Hay otra bifurcación en el extremo izquierdo de esos gráficos, donde el índice de estabilidad es igual a 1. Puede verlo en la línea roja L2; para la línea azul L1, ese punto está debajo de la superficie lunar y no está incluido en la gráfica. Esa bifurcación marca el límite inferior de la porción NRHO de las familias de halo.

¿Por qué son especiales? Como se discutió en el artículo de Ryan Whitley al que se vinculó, son favorables para la transferencia de entrada y salida, lo cual es bueno cuando su nave espacial está destinada a ser un escenario para la exploración, con otras naves yendo y viniendo. También brindan una excelente cobertura del polo sur lunar, ya que giran rápidamente alrededor del polo norte y pasan casi todo el tiempo en el hemisferio sur. Consulte: https://engineering.purdue.edu/people/kathleen.howell.1/Publications/Journals/2008_JSR_GreOziHowFol.pdf

Además, están cerca de ser estables. En un halo más plano y menos estable, si pierde una maniobra de mantenimiento de la posición o tiene una perturbación inesperada, puede escapar del halo en unas pocas semanas o menos. En un NRHO, el índice de estabilidad más bajo significa que una maniobra fallida o una perturbación afecta menos a su órbita y hay más tiempo para recuperarse antes de que la nave espacial escape de la órbita. Entonces, se requiere mantenimiento de la órbita (o mantenimiento de la estación), pero hay más tiempo de recuperación que en un halo Tierra-Luna más plano como el que voló Artemis.

Ilustración para mayor claridad:

Figura 2b de este artículo :