derecha|miniaturadeimagen|250x250px|La Luna desde la órbita lunar, con el planeta Tierra elevándose en el horizonte, fotografía tomada durante la misión Apolo 8 por el astronauta Frank Borman el 24 de diciembre de 1968.
Una órbita lunar, también conocida como órbita selenocéntrica, es la órbita de un objeto alrededor de la Luna. El estudio y la utilización de estas órbitas son fundamentales para la exploración espacial, tanto para misiones robóticas como tripuladas, y presentan desafíos únicos debido a la irregular distribución de masa de la Luna.
Terminología La altitud en el apoapsis (punto más alejado de la superficie lunar) recibe distintos nombres según la fuente: Apolunio (del griego Apollon, dios asociado a la Luna) Apocintión (de Cintia, un epíteto de la diosa Artemisa/Diana, asociada a la Luna) Aposelene (de Selene, la diosa griega de la Luna)
De manera análoga, el periapsis (punto más cercano a la superficie) se denomina: Perilunio Pericintión Periselenio
Estos términos se utilizan indistintamente en la literatura astronómica y de ingeniería aeroespacial.
Características generales La altitud de una órbita lunar se mide desde la superficie lunar (que tiene un radio medio de 1,737 km). Las órbitas lunares se clasifican según su altitud:
Órbita lunar alta (ALO): altitudes superiores a 1,000 km. Son menos perturbadas por las irregularidades gravitacionales lunares. Órbita lunar media (MLO): altitudes entre 100 y 1,000 km. Órbita lunar baja (LLO): altitudes inferiores a 100 km. Tienen un período orbital de aproximadamente 2 horas.
Órbita lunar baja (LLO) Las órbitas lunares bajas son de particular interés para la exploración de la Luna porque permiten un estudio detallado de la superficie, comunicaciones de baja latencia y un menor consumo de combustible para el descenso y ascenso. Sin embargo, sufren los efectos de perturbaciones gravitacionales significativas debido a la distribución irregular de la masa lunar (mascones). Estas perturbaciones hacen que la mayoría de las LLO sean inestables, desviando la trayectoria de la nave espacial y eventualmente provocando un impacto contra la superficie lunar en escalas de tiempo de semanas o meses.
Existen solo unas pocas inclinaciones orbitales que permiten órbitas congeladas (frozen orbits) en LLO, donde los efectos de las perturbaciones se cancelan entre sí, permitiendo una órbita estable a largo plazo sin necesidad de correcciones frecuentes.
Historia de la exploración orbital lunar
Primeras misiones robóticas La Unión Soviética envió la primera nave espacial a la vecindad de la Luna, el vehículo robótico Luna 1, el 4 de enero de 1959. Pasó a 6,000 km de la superficie lunar, pero no alcanzó la órbita. Luna 3, lanzada el 4 de octubre de 1959, fue la primera nave en completar una trayectoria de retorno libre circunlunar (una trayectoria en forma de "8" que rodeó la cara oculta de la Luna y regresó a la Tierra), proporcionando las primeras imágenes de la cara oculta lunar.
La Luna 10 soviética se convirtió en la primera nave espacial en orbitar la Luna el 3 de abril de 1966. Estudió el flujo de micrometeoroides y el entorno lunar hasta el 30 de mayo de 1966. Le siguió Luna 11 el 24 de agosto de 1966, que estudió las anomalías gravitacionales lunares, la radiación y el viento solar.
La primera nave espacial de los Estados Unidos en orbitar la Luna fue el Lunar Orbiter 1 el 14 de agosto de 1966. Inicialmente entró en una órbita elíptica de aproximadamente 1,008 millas náuticas (1,867 km) de apolunio y 116 millas náuticas (215 km) de perilunio, que luego se circularizó para obtener imágenes adecuadas. Se lanzaron cinco naves Lunar Orbiter en trece meses, todas las cuales cartografiaron con éxito la Luna, principalmente para identificar sitios de aterrizaje seguros para el programa Apolo.
Misiones tripuladas Durante el programa Apolo, el Módulo de Comando y Servicio (CSM) permanecía en una órbita de estacionamiento lunar mientras el Módulo Lunar (LM) descendía a la superficie. El procedimiento típico era el siguiente:
El conjunto CSM+LM entraba en una órbita elíptica de inserción lunar (aproximadamente 310 km × 110 km). Posteriormente se circularizaba a una órbita de estacionamiento de aproximadamente 110 km de altitud (período orbital de unas 2 horas). El LM iniciaba su secuencia de aterrizaje con una maniobra de inserción en órbita de descenso (DOI) para reducir su perilunio a unos 15 km. Después de Apolo 14, se modificó el procedimiento para ahorrar combustible del LM, utilizando el CSM para realizar la maniobra DOI y luego elevando su propia órbita tras el aterrizaje del LM.
Misiones recientes y futuras En el siglo XXI, múltiples agencias espaciales han enviado orbitadores lunares: SMART-1 (ESA, 2004-2006) – primera misión europea a la Luna. Kaguya (SELENE) (JAXA, 2007-2009) – misión japonesa de cartografía detallada. Chang'e 1, 2, 5-T1 y 5 (CNSA, desde 2007) – programa chino de exploración lunar. Chandrayaan-1 y 2 (ISRO, 2008 y 2019) – misiones indias. Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) (NASA, desde 2009) – todavía en activo, proporciona imágenes de alta resolución. LADEE (NASA, 2013-2014) – estudió la exosfera lunar y finalizó con un impacto controlado. Korea Pathfinder Lunar Orbiter (Danuri) (KARI, 2022) – primera misión lunar de Corea del Sur. Programa Artemis (NASA, planeado) – incluirá la estación espacial Gateway en una órbita de halo casi rectilínea (NRHO) alrededor de la Luna.
Efectos de perturbación: los mascones Las anomalías gravitacionales que distorsionan las órbitas lunares llevaron al descubrimiento de las concentraciones de masa o mascones (mass concentrations). Estas regiones de mayor densidad se encuentran bajo la superficie lunar, causadas por el impacto de grandes asteroides en el pasado remoto.
Los mascones alteran el campo gravitatorio lunar de forma significativa: Pueden desviar una plomada hasta un tercio de grado de la vertical. Aumentan la fuerza de gravedad local en aproximadamente un 0.5%. Provocan que las órbitas bajas sean inestables, cambiando sus elementos orbitales en cuestión de días.
La lección del Apolo La primera misión tripulada, Apolo 11, intentó compensar el efecto de los mascones circularizando su órbita de estacionamiento a 122 km × 100 km, esperando que se convirtiera en la nominal de 110 km circular para el encuentro. Sin embargo, el efecto fue sobreestimado por un factor de dos; en el momento del encuentro, la órbite era de 117 km × 105 km.
Órbitas congeladas (frozen orbits) El estudio de los mascones condujo al descubrimiento en 2001 de órbitas congeladas en cuatro inclinaciones específicas: 27°, 50°, 76° y 86° (esta última casi polar). En estas órbitas, los efectos de las perturbaciones gravitacionales se cancelan mutuamente, permitiendo que una nave espacial permanezca en una órbita baja de manera indefinida sin necesidad de correcciones frecuentes.
Este descubrimiento se basó en parte en la observación de dos subsatélites liberados durante las misiones Apolo: El subsatélite PFS-1 (Apolo 15), colocado en una inclinación de 28° (cercana a una órbita congelada), completó con éxito su misión de un año y medio. El subsatélite PFS-2 (Apolo 16), colocado en una inclinación de 11° (muy inestable), duró solo 35 días antes de estrellarse contra la Luna.
Tipos especiales de órbitas lunares Además de las órbitas circulares y elípticas convencionales, existen órbitas diseñadas específicamente para aprovechar la dinámica del sistema Tierra-Luna:
Órbita de halo casi rectilínea (NRHO): una órbita muy elíptica y casi rectilínea que pasa cerca de la Luna y se aleja mucho de ella. Es la órbita elegida para la estación espacial Gateway del programa Artemis. Ofrece estabilidad, comunicación constante con la Tierra y acceso fácil a la superficie lunar. Órbita de retorno libre: una trayectoria que utiliza la gravedad lunar para regresar a la Tierra sin necesidad de encender motores. Fue utilizada por las primeras misiones Apolo como respaldo en caso de fallo del motor de inserción lunar. Órbita de distancia media (DRO): una órbita distante y estable alrededor de la Luna que se encuentra bajo la influencia combinada de la Tierra y la Luna. Útil para estaciones de comunicación o almacenamiento de naves.
Véase también Órbita Mascon (concentración de masa) Astrodinámica Órbita congelada Programa Apolo Gateway Punto de Lagrange
Referencias
Enlaces externos NASA Lunar Reconnaissance Orbiter – Misión activa de cartografía lunar (en inglés) Understanding Lunar Orbits – Artículo de la NASA sobre órbitas lunares (en inglés) ESA SMART-1 – Primera misión lunar de la Agencia Espacial Europea (en inglés)
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