ハロー軌道

ハロー軌道とは

ハロー軌道とは、ラグランジュ点（L1、L2、L3）の周りを周回するように見える軌道のことです。ラグランジュ点は、二つの天体の重力が釣り合う点で、質量を持たないため、厳密には探査機がラグランジュ点の周りを回っているわけではありません。実際には、ラグランジュ点の近くを閉じた軌道で周回している状態を指します。

ハロー軌道は、二つの天体の重力と探査機の向心加速度が複雑に関係し合うことによって実現します。この軌道は、太陽-地球系や地球-月系など、様々な三体問題系に存在し、各ラグランジュ点において北側と南側の二つの軌道が存在します。

ハロー軌道の不安定性

ハロー軌道は不安定であるため、探査機をこの軌道上に維持するためには、継続的な軌道制御が必要です。少しの誤差が大きなズレにつながるため、精密な制御が求められます。

歴史

ハロー軌道の概念は、天文学者ロバート・ファーカーが博士論文で「halo 3」と名付けたのが始まりです。彼は、アポロ計画において月の裏側への通信中継拠点として、地球-月系のL2点に宇宙機を配置することを提案しました。この提案はアポロ計画では実現しませんでしたが、後のコンステレーション計画で採用される可能性も残されていました。

最初にハロー軌道に投入された探査機は、1978年に打ち上げられたISEE-3/ICE|ISEE-3_ICEです。この探査機は太陽-地球系のL1点に向かい、数年間滞在しました。その後、アメリカ航空宇宙局と欧州宇宙機関が共同運用する太陽観測衛星SOHOが1996年に太陽-地球系のL1点に到達しました。SOHOの軌道は、ISEE-3の軌道によく似ています。

その後もいくつかの探査機がラグランジュ点に到達していますが、多くは周期的な軌道ではないリサジュー軌道を採用しており、厳密にはハロー軌道とは異なります。

解析的表現と数値計算

ファーカーはハロー軌道を記述するために解析的な表現を用いましたが、キャスリーン・ハウエルは数値計算によって、より厳密な軌道を示しました。この研究により、ハロー軌道のより詳細な理解が進みました。

ジェネシスミッション

2001年に打ち上げられたジェネシス探査機は、ハロー軌道への投入と脱出を効率的に行うための力学的な理論を初めて実践したミッションです。このミッションは、ハロー軌道を利用した探査における重要なマイルストーンとなりました。

ハロー軌道の利用

ハロー軌道は、常に太陽を観測したり、地球から見て月の裏側を観測したりするのに適しています。そのため、科学観測や通信中継など、様々な宇宙探査ミッションで利用されています。また、ハロー軌道は、天体の重力と探査機の運動が複雑に影響し合うため、宇宙力学の研究においても重要な役割を果たしています。

ハロー軌道は不安定な軌道であるため、維持には高度な軌道制御が必要になります。しかし、その特性から得られるメリットは大きく、今後の宇宙探査においても重要な軌道の一つであり続けるでしょう。

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