Точки либрации (точки Лагранжа) - точки равновесия в межпланетном пространстве⁠⁠

Кроме орбит около различных небесных тел, в межпланетном пространстве существует ещё один вид областей, интересных для вывода туда космических аппаратов. Это так называемые точки либрации (точки Лагранжа).

Что это?

Точки либрации - 5 точек равновесия, существующие в системе из двух массивных тел, где тело с меньшей массой вращается вокруг тела с большей массой. Такими системами, к примеру, являются Солнце-Земля, Земля-Луна, Солнце-Юпитер, Марс-Фобос и так далее.

Если бы движение происходило по строго круговым орбитам, и тела не испытывали никакого внешнего воздействия, то в 5 точках притяжение двух тел уравновешивало бы друг друга, и космический аппарат, помещённый в любую из этих точек, оставался бы в состоянии покоя.

Расположение этих точек указано на рисунке выше. L1, L2 и L3 лежат на прямой, соединяющей тела, треугольные точки L4 и L5 расположены по бокам.

В реальности всё несколько сложнее: планеты вращаются не по круговым, а по эллиптическим орбитам; к тому же, они испытывают гравитационное возмущение от других небесных тел. Поэтому неподвижно зафиксировать космический аппарат в точках либрации не получится, необходимо постоянно поддерживать стабильность его орбиты. Однако поддерживать орбиту вокруг точки либрации не более затратно, чем орбиту вокруг одной из планет. В связи с этим эти точки вызывают интерес у проектировщиков космических миссий.

Зачем они нужны?

Целесообразность вывода космического аппарата на орбиту вокруг точек либрации в случае разных систем разная. Рассмотрим основные, наиболее близкие нам варианты.

Солнце-Земля

Точка L1 в этой системе интересна для постоянного наблюдения за Солнцем. Точка L2, напротив, интересна для наблюдений, которым солнечное излучение только мешает. (ведь в L2 космический аппарат всё время находится в тени Земли)

С точкой L3 связаны легенды об "Антиземле" - планете-двойнике Земли, спрятанной от нас по ту сторону Солнца. Эта область уже фотографировалась космическими аппаратами, кроме залётных астероидов там, конечно же, ничего нет. Однако в будущем, когда мы наконец начнём активно летать по Солнечной системе, оборудовать станцию в L3 будет очень удобно.

Земля-Луна

В этой системе больше всего интересна точка L2, поскольку она находится над обратной стороной Луны. Как известно, около половины лунной поверхности мы никогда с Земли не видим. Когда начнётся активное исследование обратной стороны Луны, это может вызвать значительные трудности для установления постоянной радиосвязи. Для решения этой проблемы предполагается оборудовать в L2 систему ретрансляторов.

Точка L1 является идеальным местом для строительства пилотируемой орбитальной станции, которая могла бы использоваться в процессе освоения нашего спутника.

Существующие проекты

Точки либрации постепенно начинают осваиваться мировыми космическими агентствами. Действующих и планируемых миссий довольно много, перечислю некоторые из них.

1) LISA Pathfinder. После открытия гравитационных волн в обсерватории LIGO, ESA объявила о планах построить в 2034 году в космосе огромный интерферометр, который будет в разы чувствительнее земного аналога. LISA Pathfinder должна протестировать необходимые для этого технологии. Этот аппарат начал свою научную деятельность в марте этого года, располагается он в точке L1 Солнце-Земля.

2) В октябре 2018 к точке L2 системы Солнце-Земля планируется запустить телескоп Джеймс Уэбб - наследника и приемника стремительно устаревающего Хаббла.

3) В 2017 году Россия планирует запустить в эту точку обсерваторию Спектр-РГ. Задачей этого аппарата является обзор всего неба в рентгеновском и гамма-диапазоне с чувствительностью, в 40 раз превышающей чувствительность предыдущего обзора, сделанного спутником ROSAT в 90-е годы.

4) В 2013 году в эту точку (L2 Солнце-Земля) был запущен европейский аппарат Gaia, который занят составлением подробной звёздной карты.

5) SOHO - совместный проект NASA и ESA, запущенный в 1995 году в точку L1 Солнце-Земля. Его основной задачей является изучение Солнца, однако также благодаря ему было открыто 2000 околосолнечных комет. Снимки, сделанные этим аппаратом, доступны всем желающим в Интернете.