1.1 Обзор миссий к точкам либрации

На протяжении нескольких столетий после открытия французским учёным Ж. Л. Лагранжем точкам либрации не уделялось особого внимания и их рассматривали только как частный случай решения ограниченной круговой задачи трех тел. В 1950 году впервые было предложено использовать одну из точек Лагранжа (L2 в системе Земля-Луна) как место для трансляции радиосигналов колониям, которые могли бы быть размещены на обратной стороне Луны. Начиная с того момента и вплоть до 1970-х годов было выдвинуто множество предложений использовать точки Лагранжа как места для проведения космических миссий, но по некоторым причинам ни одно из них не было принято и реализовано.

Первая космическая экспедиция к точке либрации была осуществлена в 1972 году как продолжение международной программы по изучению Солнца и Земли - International Sun-Earth Explorer (ISEE). Космический аппарат, разработанный агентством НАСА и названный ISEE-3 [1, 2] стартовал 12 августа 1978 года и спустя почти три месяца достиг расчётной гало-орбиты около точки либрации L1 системы Солнце-Земля. Основной целью, стоявшей перед ISEE-3, было изучение взаимодействия между магнитным полем Земли и солнечным ветром.

Гало-орбита (рис. 1), на которой находился ISEE-3 в ходе всей миссии, имела период 6 месяцев, с амплитудой 120000 км по Z и 666670 км по Y [1]. Выбранная для миссии траектория не пересекала зону солнечных радиопомех, что позволяло вести непрерывное наблюдение за аппаратом с Земли. В течение 4-х лет аппарат оставался на выбранной траектории. Каждый год для подержания гало-орбиты совершался корректирующий манёвр величиной примерно 10 м/с.

После окончания четырёхлетней миссии ISEE-3 был смещён с гало-орбиты около точки L1 системы Солнце-Земля и направлен на изучение комет. В ходе второй миссии ISEE-3, переименованный в ICE, совершил пролёт вокруг точки L2 в системе Солнце-Земля, тем самым став первым аппаратом, побывавшим в окрестности данной точки либрации.

Рис. 1. Траектория космического аппарата ISEE-3

После успеха миссии ISEE-3 точка либрации L1 в системе Солнце-Земля стала рассматриваться как место проведения космических экспедиций, основной целью которых было изучение Солнца и процессов, происходящих на нём. Спустя 18 лет после старта первой миссии к точкам либрации было успешно проведено несколько экспедиций к L1 - WIND (1994 г.) [1, 2], SOHO (1996 г.) [1, 2], ACE (1997 г.) [1, 2].

Первым аппаратом, вышедшим на ограниченную орбиту в окрестности точки либрации L2 системы Солнце-Земля стал спутник MAP (Microwave Anisotropy Probe), главной целью которого стояло измерение фоновой радиации, представленной фотонами, которые образовались во время Большого Взрыва. Проект профинансировало агентство NASA. Старт аппарата состоялся 30 июня 2001 года. Для перелёта на расчётную орбиту использовались фазовые орбиты и проход Луны. 1 октября 2001 года MAP вышел на орбиту Лиссажу точки L2, обладающей малой амплитудой.

За успешной миссией MAP последовали и другие космические экспедиции, местом осуществления которых стала точка L2 в системе Солнце-Земля. Вплоть до 2015 г. к L2 было запущено множество миссий (инфракрасный телескоп Herschel[1] в 2007 г., Plank [1] в 2007 г. с целью измерение реликтового излучения, Gaia [1] в 2013 г. для изучение структуры галактики), запущенные европейским космическим агентством ESA. В 2011 году китайское национальное космическое управление отправило свой аппарат Чанъэ-2 [1] в L2 с целью зондирования Луны, в 2015 стартовала миссия к той же точке либрации DSCOVR [1], задачей которой было наблюдение за Землёй, организованная NASA. Россия также собирается в будущем осуществить миссии в точку либрации L2 - в 2017 - ожидается запуск аппарата Спектр-РГ [1], в ходе которой будет проведён обзор всего неба в гамма- и рентгеновском диапазоне, более глубоко изучены черные дыры; после 2019 года планируется запуск экспедиции Миллиметрон [1], главной целью которой является размещение в L2 космической обсерватории для проведения широкого спектра исследований: изучение астероидов, комет, планет Солнечной Системы, всей Галактики в целом и т.д. В точку L1 системы Солнце-Земля в будущем индийским космическим агентством планируется миссия Aditya [5].

NASA и ESA готовят экспедиции в точку L2 - JWST [1] для изучения глубокого космоса, Euclid [1] и Wide Field Infrared Survey [1], перед которыми стоит цель - изучение тёмной материи и тёмной энергии.