本文作者：天疆说

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TLI 概览

定义

TLI（Trans-Lunar Injection，地月转移轨道插入）是地月转移任务的第一次大机动，将航天器从近地停泊轨道送入地月转移轨道。TLI 机动通常在地球停泊轨道（LEO 或高椭圆轨道）上执行，利用火箭上面级或航天器主发动机提供所需的 $\Delta V$。

历史上，执行过 TLI 机动的任务包括：Apollo 月球载人任务、嫦娥系列月球探测器、SLIM 月球着陆器、以及多项深空探测任务。

发射窗口

TLI 的发射窗口由地月几何决定，主要考虑因素包括：

月球相位

最佳 TLI 发射窗口出现在月球处于近地点（Perigee）附近时，此时月球距地球最近，所需转移能量最低。月球相位（与太阳的夹角）也是重要参数——理想的发射时机是月球在天空中的位置有利于观测和通信时。

发射机会频率

由于地月系统的轨道周期关系，合适的 TLI 发射窗口约每 14-15 天出现一次（半个朔望月）。这是因为每次发射后需等待月球运行到合适位置才能以最优能量到达。

窗口偏离的代价

若发射时机偏离最佳窗口，则：

• 转移能量 $C_3$ 增加（可能达到 -0.3 km$^2$/s$^2$ 或更高）
• 转移时间变化（可能延长或缩短）
• 到达月球时的相位不利，影响交会对接或着陆

能量预算

TLI 的能量需求用双曲面超速 $C_3$ 表征：

从 LEO（185 km 圆轨道，$v \approx 7.8$ km/s）到达逃逸速度（$v_{escape} = \sqrt{2\mu_E/r} \approx 11.0$ km/s）所需的速度增量：

发射后路径

典型的 TLI 发射序列：

1. LEO 入轨：运载火箭将航天器送入停泊轨道
2. 检查与等待：在 LEO 执行系统检查，等待合适的发射窗口
3. TLI 机动：上面级或主发动机点火，提供 $\Delta V \approx 3.1$ km/s
4. 上面级分离：转移级与航天器分离
5. 中途修正（可选）：进行 1-2 次轨迹修正（$\Delta V \sim 1-50$ m/s）
6. 月球到达：到达月球影响球（约 64,000 km），准备轨道插入

发射窗口规划工具

现代任务规划中使用 GMAT、STK 等工具进行 TLI 发射窗口优化：

• GMAT：NASA 开源的轨道设计工具，支持 TLI 优化和 pork-chop 图生成
• STK（Satellite Tool Kit）：AGI 公司的专业轨道分析软件，提供高精度的窗口计算

仿真实验

可在 卫星轨道仿真实验室 中设计 TLI 机动，观察不同发射窗口下的转移轨道形态。