Non riuscirò a essere approfondito come per l’orbita NRHO, su cui ci sono centinaia di studi e ne abbiamo parlato qui L'orbita NRHO del Gateway ma provo a fare un riassunto semplificato di questo preprint del 2022:
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20220011365/downloads/AAS%2022-762.pdf
che parla della nuova orbita EPO/COLA che potrebbe diventare il target della missione Artemis IV.
L’acronimo sta per Elliptical Polar Orbit with Coplanar Line of Apsides, che vuol dire che l’orbita è polare, passa dai poli, quindi sul piano verticale quando la guardate normalmente nelle visualizzazioni solite che girano. Ellittica è facile. Linea degli apsidi coplanare, intanto vuol dire coplanare al piano dove giace l’orbita della Luna attorno alla Terra. La linea degli apsidi è quella che unisce apolunio e perilunio, quindi l’asse maggiore. Per essere coplanare, sia a questo piano che al piano orbitale della sonda attorno alla Luna, non ci sono altre scelte che essere l’intersezione di questi due piani. Infatti è così:
Cosa importante, il perilunio e l’apolunio sono sopra l’equatore, mentre nel NRHO erano sopra i poli, e questa era una funzionalità del NRHO che andrà a mancare. Vista la carenza di articoli in letteratura su questa orbita, i principali LLM che circolano non sono capaci di posizionare correttamente il perilunio, vi dicono ancora che è sopra il polo, il che sottolinea l’importanza fondamentale di un forum insostituibile come il nostro.
L’orbita EPO/COLA candidata per Artemis IV è una con perilunio a 100 km dalla superficie e apolunio a 6500 km. Questa è una vera orbita lunare, cioè completamente dentro la sfera di Hill della Luna, mentre NRHO 70.000 X 1.500 era decisamente fuori. Il periodo quindi è molto più piccolo, 9 ore contro 6,5 giorni circa.
Descrizione tecniche a parte, vediamo quali sono pro e contro. Il vantaggio principale è che è di strada, o quasi. Per arrivare in EPO COLA dalla Terra e scendere sulla Luna, il tragitto è più corto in termini energetici di arrivare in NRHO con traiettoria diretta e poi scendere sulla Luna. Il particolare, l’articolo cita per Artemis III e HLS di SpaceX (il lander preferito nel 2022) un risparmio di circa 3%-6%, 1-2 tonnellate di carburante.
Essendo il periodo più corto, ci sono più possibilità di rientro, il momento per il ritorno verso il docking con Orion dalla superficie della Luna avviene ogni orbita, essendo l’orbita più breve, avviene più spesso.
Ultimo vantaggio cosmetico, di cui ovviamente non si è tenuto conto, è molto più facile da visualizzare e divulgare al pubblico. NRHO è abbastanza indigesta per molti, diciamocelo.
Ci sono dei contro però, che è il motivo per cui non è stata scelta all’inizio. È più instabile, ha eclissi più frequenti, sia di Terra che di Luna, il che può portare a complesse gestioni termiche o energetiche. Inoltre NRHO è l’ideale per un Gateway nel vero senso della parola, non per una semplice stazione orbitante. NRHO è un punto di collegamento a metà strada tra Terra, Luna e il resto del sistema solare. Nel post su NRHO avevamo anche visto, ad esempio, il disposal di oggetti in eliocentrica avviene con delta v di qualche millimetro al secondo.
Che è successo per aver portato EPO COLA alla ribalta? Quel piccolo vantaggio energetico consentirebbe Artemis IV con Blue Origin senza rifornimento in orbita. Artemis IV avrà già il centaur V e riuscirebbe a portare Orion fino in EPO COLA. Blue Moon, se non deve passare da NRHO, ce la fa a compiere la missione senza rifornimento. Bingo. Win-win. Ci perde solo SpaceX, ma intando andiamo sulla Luna.
Questo permette di ottenere piccoli vantaggi subito, arrivare sulla Luna, senza pensare al lungo termine. Ho detto NRHO diretta, perché in realtà c’è un’altra traiettoria molto più conveniente, che farebbe risparmiare ancora di più, ma non è percorribile dai due HLS selezionati. La traiettoria balistica che hanno seguito alcune sonde ultimamente, lanciandosi a oltre un milione di km e poi cadendo piano piano sulla Luna, rilasciando un po’ di energia con un flyby, in traiettorie lunghe parecchi mesi.
Un Gateway in EPO COLA non ha assolutamente senso, è solo una base orbitale lunare, instabile, e con problemi di gestione termica.
Riassumendo, EPO COLA servirebbe ad arrivare prima sulla Luna, ma eseguire operazioni in NRHO darebbe molti più vantaggi a lungo termine.
Non sono in grado di dare ulteriori dettagli tecnici su EPO COLA, in particolare le cose immagino che non funzionino come le eliosincrone terrestri, dove la precessione è calcolabile praticamente solo con lo schiacciamento terrestre ai poli (il J2 che chiunque abbia studiato un po’ di meccanica orbitale conosce benissimo) con ottima approssimazione. Penso che il J2 lunare sia significativo ma non dominante, visto che la Luna è un po’ allungata verso la Terra, ci saranno altri fattori che dominano un’orbita polare, quindi immagino che la precessione del nodo ascendente sia molto più casuale che sulla Terra.