03.02 嫦娥四号中继卫星“鹊桥”将预定进入地月拉格朗日L2点。地月拉格朗日L2点是什么?

另一个时空的乐趣


先要弄清楚拉格朗日点是什么东西。拉格朗日点是天体力学中对于限制性三体问题的五个特殊解。简单点来说,这些特殊解所对应的位置可以让小物体在两个大物体的引力作用下而基本保持静止。而地月拉格朗日点就是地球和月球这两个大物体,对卫星这个小物体产生各种引力的特殊位置,而对于L2点则在如下图的位置,可以看到正好在月球的背面上空,地月连线的延长线上。



从上图也可以看出,实际上卫星是不可能直接停留在L2点上的,受力分析就可以知道这是不平衡的,所以鹊桥号中继卫星有一个绕着地月拉格朗日L2点运行的任务轨道——Halo轨道,而这个轨道可以尽可能的将卫星停留在月球背面的上空,从而保证嫦娥四号登陆月球背面时的实时通讯任务。具体计算过程,就超出侣意的能力范围了,不过,轨道设计真的很酷啊。


侣意


答:天文学上的拉格朗日点,是三体问题中的引力驻点。


自从牛顿提出万有引力定律以来,天文学家就有了强大的工具,来预测天体运行规律;在1767年,大数学家欧拉发现三体问题中的3个限制性特解L1、L2和L3;1772年,欧拉的学生拉格朗日,又发现三体问题中的两个限制性特解L4和L5。

这就是三体问题中,其中一个天体质量非常小的五个特解,也叫做拉格朗日点,属于限制性三体问题(普遍性三体问题没有通解)。


位于这五个点的小天体,会达到引力平衡状态,其中地月拉格朗日L2点,就是此次“鹊桥”中继卫星的放置点,在该位置处,鹊桥卫星可以和在月球背面登陆的嫦娥四号通讯,也可以和地面通讯,从而作为两者的桥接通讯卫星。

地月间的五个拉格朗日点,情况如下:

L1:位于月球和地球之间,距离月球6.5万公里,可以理解为月球引力和地球引力相互抵消的点,该处的飞行器无法在水平位置保持自平衡,稍受扰动就会偏向其中一方;

L2:位于月球背面一侧,距离月球6.5万公里,该处附近的飞行器无法保持自平衡,飞行器需要围绕L2点绕行,从而达到动态平衡;

L3:位于地球背向月球一侧,比月球轨道(38万公里)稍微小一点,该处的飞行器无法保持自平衡;

L4、L5:对称的两个点,每个点与地球、月球都构成等边三角形,这两个拉格朗日点属于自平衡点,该处的飞行器就算受到一定的扰动,也能主动回到平衡点;


探测器在拉格朗日点处,既能保持相对稳定的轨道,还能为探测器入轨减少燃料。

其实不止地球和月球间存在拉格朗日点,在地球和太阳间也存在五个拉格朗日点,它们都有着各自的应用,比如:

(1)此次嫦娥四号的通讯中继卫星,就位于地-月拉格朗日L2点;

(2)未来哈勃望远镜的接班者“詹姆斯·韦伯空间望远镜”,将位于日-地拉格朗日L2点。


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艾伯史密斯


拉格朗日2点如下图所示,最右边那个点。

具体的可以需要自行搜一下,因为证明过程有点多,这里就不复述了。我来简单介绍一些这些拉格朗日点的特性。

简单地说,三个天体的系统,存在五个拉格朗日点,通常来说,M2是围绕M1的天体,当另一个小天体,比如卫星,位于这五个点中任意一点时可以保持稳定,不会飘来飘去。

其中L1、L2、L3点不是很稳定,如果卫星在这里受到较大扰动,则会慢慢偏离。L4和L5比较稳定,这里的卫星或者其他天体受到扰动还会被拉回来,所以这个地方容易出现小行星带。



这次鹊桥去的是地月拉格朗日2点,在这个位置的月球背面上方环绕。虽然无法保持万年不变,但是仅仅需要一小部分燃料就可以让它维持轨道直至达到设计寿命。在这个点的鹊桥恰好可以和地球月球同时通信。


蛋科夫斯基



在宇宙中,两个天体之间的作用力可用万有引力描述,用牛顿理论很容易就能得到天体的运行轨道,而三个天体之间的作用力关系就比较复杂,称之为三体问题。在三个天体中,有一些点的位置很特殊,在这些点上,最小的天体相对于两个大天体基本保持静止。

瑞士科学家欧拉和法国科学家拉格朗日一共推导计算出了5个这样的点,分别是L1、L2、L3、L4和L5点,也称为拉格朗日点或平动点。简单来说,拉格朗日点就是一组天体力学的平衡点,这些点受到两大天体引力达到平衡,日地系统和地月系统均存在五个拉格朗日点。

其中,拉格朗日L2点在两个大天体的连线上,且在较小的天体一侧。在L2点放置信息中继探测器、卫星或者空间站等,消耗很少的燃料即可长期驻留,是探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置,在工程和科学上具有重要的实际应用和科学探索价值,是国际深空探测的热点。将来,可以通过拉格朗日点建立一个稳固的深空通信节点以此作为行星际互联网的骨干节点。


震长


简单的说就是卫星上的燃料少而宝贵,想让卫星在宇宙中长时间发辉作用就要找到星球间的引力平衡点来让卫星相对固定在星球上方,拉格朗日是法国科学家他通过引力计算发现了5个点L1,L2,L3,L4,L5可以实现这一目地L2只是其中的一个点。


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