Ay doğrultusuna giriş

Ay-Doğrultusuna giriş (İng: trans-lunar injection - TLI), bir uzay aracının Ay'a varmasına sebep olacak doğrultuya (İng::en:Trajectory) yerleştiren bir çeşit itkili manevradır (İng:Orbital_maneuver).

Tipik bir Ay'a geçiş doğrultusu/rotası Hohmann geçişlerine çok benzemektedir, ancak Hiten sondasında olduğu gibi bazı durumlarda düşük-enerjili geçiş rotası da (İng:low-energy transfer) kullanılmıştır. Dünya-Ay sistemi dışındaki kaynaklardan önemli ölçüde yer-çekimsel etkiye maruz kalmayan kısa süreli görevler için hızlı bir Hohmann geçiş rotası genellikle daha kullanışlıdır.

Bir uzay aracı, Dünya etrafındaki duraklama yörüngesinden (İng:parking orbit) Ay doğrultusuna geçişi başlatmak için TLI manevrasını gerçekleştirir. Genellik kimyasal yakıt kullanan bir roket motoru tarafından gerçekleştirilen büyük TLI ateşlemesi, uzay aracının hızını artırarak yörüngesini dairesel olan alçak Dünya yörüngesinden fazlaca dış-merkezli bir yörüngeye değiştirir. Uzay aracı Ay'a geçiş yayı (İng: Lunar transfer arc) üzerinde seyretmeye başladığında, aracın rotası/doğrultusu Dünya çevresinde en öte noktası Ay'ın yörüngesinin yarıçapına yakın olan bir eliptik yörüngeye yakınsar. TLI ateşlemesinin miktarı ve zamanlaması, Ay'ın Dünya çevresindeki dönüşü hesaba katılarak, tam olarak Ay'ı hedeflemek üzere yapılır. Ateşleme, Ay'a doğru ilerlenirken, uzay aracı yerleştiği eliptik yörüngedeki en öte noktasına yaklaşacak şekilde zamanlanır böylece uzay aracı Ay'a varacak şekilde rota ayarlanmış olur. Son olarak, uzay aracı Ay'ın etki alanına (İng:sphere of influence) girer hiperbolik Ay salınımı (İng:hyperbolic lunar swingby) yapar.

TLI hedeflemesi ve Ay doğrultusuna geçişler, çeşitli yöntemlerle ele alınabilecek olan n'li nesne sistemi sorunun özel uygulamalarıdır. Ay doğrultusuna geçiş rotalarını araştırmanın en basit yolu, Birleştirilmiş koniler yaklaşımı (İng:patched conics) yöntemidir. Uzay aracının genel 2'li nesne dinamikleri etkisinde hızlandığı kabul edilir, bu durumda Ay'ın etki alanına (İng:sphere of influence) girene kadar Dünya'nın etkisinde kalır. Birleştirilmiş-konik sistemde hareket çok belirgindir ve hesaplanması kolaydır, dolayısıyla zorlu görevlerin tasarımında ve de "zarf-arkası" (İng:back of the envelope) çalışmalarında kullanılır.

Daha gerçekçi bir yaklaşım bakıldığında, uzay aracının birden çok gök cisminin yer-çekimsel etkisine maruz kaldığı görülür. Dünya ve Ay'ın yer çekimi etkileri uzay aracının hızlanmasında baskındır, ve aracın kendi kütlesi Dünya ve Ay ile karşılaştırıldığında göz ardı edilebilir olduğundan, uzay aracının uçuş rotası kısıtlı üçlü-nesne problemi (İng:Euler's three-body problem) yardımıyla yaklaşık olarak hesaplanabilir. Bu model daha yakın bir sonuç üreten yaklaşımdır ancak but lacks an analitik bir çözüm içermemektedir, Runge-Kutta gibi yöntemler üzerinden sayısal hesaplama gerektirmektedir.

Daha ayrıntılı bir benzetim (simülasyon) kapsamında Ay'ın yörüngesel hareketi; diğer astronomik cisimlerin yerçekimleri, Dünya'nın ve Ay'ın bağdaşık (homojen) olmayan (İng:non-uniform) yerçekimi alanları ve güneş ışınımı baskısı gibi etkenler de eklenerek modellenir. Bu tür bir modeldeki uzay aracının yayılan hareketi sayısal olarak yoğundur ancak bu durum gerçek görev kesinliği için gereklidir.

Bazı durumlarda TLI, itkisiz dönüş rotası hedeflenerek tasarlanabilir, böylece uzayaracı fazladan itkili manevralara gerek duymadan, Ay'ın arkasından dolanarak Dünya'ya geri döner. Bu şekildeki itkisiz dönüş rotaları insalı uzay uçuşu görevlerine bir kat daha güvenlik eklemektedir; çünkü uzayaracı, ilk TLI ateşlemesinden sonra, Dünya'ya "bedava"ya dönebilecektir (İngilizce "Free return" terimindeki "free" sözcüğü, yakıt kullanılmadığını göstermek üzere bedava anlamında kullanılmıştır).

TLI manevrasını başarıyla gerçekleştiren ilk uzay sondası, Sovyetler Birliği'ne ait Luna 1 olmuştur (2 Ocak 1959). Bu manevrayı gerçekleştirerek Dünya'nın etkisi dışına çıkan ilk mürettebatlı görev, 21 Aralık 1968 tarihinde, Apollo 8 görevi olmuştur.

Apollo Ay görevleri sırasında, Saturn V roketinin üçüncü (İng viki:S-IVB) aşamasındaki tekrar-başlatılabilir özellikteki J-2 motoru, TLI manevrasını gerçekleştirmiştir. Yaklaşık olarak 350 saniye sürmüş olan bu TLI ateşlemesi, 3,05-3,25 km/s (10 bin-10 bin 600 ft/s) arası hız farkını (delta-v) sağlamıştır, bu noktada uzay aracı Dünya'ya göre yaklaşık 10,4 km/s (34 bin 150 ft/s) hızla (bkz: bağıl-hız) hareket ediyordu. Apollo 8 TLI manevrası, Hawaii Adalarından, Honolulu'nun Waikiki sahilinin güneyi doğrultusunda Güneş doğuşu öncesinde olağanüstü bir şekilde gözlemlendi, fotoğraflandı ve sonraki gün gazetelerde bildirildi. 1969 yılında, Apollo 10 aracının gerçekleştirdiği şafak vakti öncesi TLI manevrası, Avustralya'nın Cloncurry ilçesinden izlenebilmişti . Sisli bir tepenin ardından gelen bir arabanın farlarına benzetilen uzayaracı hafif yeşilimsi bir tona sahip parlak bir kuyrukluyıldız gibi görünmüştü.