地月空间（Cislunar Space）
本文作者：天疆说
定义
地月空间（Cislunar Space）是指地球与月球之间的广阔空间区域，通常包括近地轨道（LEO，高度约 2000 km 以下）、月球轨道及其附近区域，以及两者之间的全部空间。从动力学角度看，地月空间是以地球和月球为两大主天体的限制性三体问题（CR3BP）所支配的引力场范围，其边界远比简单的几何空间更为复杂。
在更宽泛的定义中，地月空间还延伸至月球引力影响球（Hill 球，半径约 66,000 km）以内的全部区域，涵盖五个拉格朗日平动点（L1–L5）附近的周期与拟周期轨道族，以及月球表面和月球低轨道。
核心要素
资源特征
地月空间蕴含丰富的资源，可归纳为三大类：
位置资源：地月空间中的特定位置具有独特的动力学特性。例如，地月 L1 和 L2 平动点是地月往返的天然"门户"，远距离逆行轨道（DRO）具有长期稳定性，是理想的中转站和空间站轨道。这些位置资源为深空探测任务提供了关键的轨道基础设施。
物质资源：月球表面蕴含丰富的氦-3、稀土元素和水冰（月球极区永久阴影坑内）。月球南极附近的沙克尔顿坑（Shackleton Crater）等区域已被确认含有大量水冰，可作为未来月球基地的水资源和火箭燃料原料。
轨道资源：地月空间中存在大量稳定或近稳定轨道族，包括 DRO、晕轨道（Halo Orbit）、李萨如轨道（Lissajous Orbit）和李雅普诺夫轨道（Lyapunov Orbit）。这些轨道在通信覆盖、观测中继和空间站部署等方面具有重要应用价值。
动力学复杂性
地月空间的动力学由地球和月球的共同引力场主导，本质上是一个限制性三体问题。与二体问题（如单纯的地球轨道）不同，三体系统不存在一般性的解析解，其相空间结构极为复杂，包含五个平动点、大量周期轨道族以及混沌区域。这些复杂的动力学特性既是挑战也是机遇——挑战在于任务设计和轨道控制的难度大幅增加，机遇在于可以利用三体动力学实现低能量转移。
战略意义
地月空间是人类迈向深空的第一站，具有重大的战略意义：
- 深空探测跳板：月球可作为火星及更远目的地的燃料补给和中转基地。
- 科学研究平台：月球背面是射电天文学的绝佳场所，地月 L2 点可作为深空通信中继。
- 资源开发前沿：月球资源的原位利用（ISRU）将大幅降低深空探索成本。
- 空间安全高地：地月空间态势感知能力是未来空间安全的重要组成部分。
应用价值
地月空间的研究和开发已成为各航天大国的战略重点。中国的嫦娥工程、美国的阿尔忒弥斯计划（Artemis）、以及国际月球科研站（ILRS）等重大计划都以地月空间为核心活动区域。
从轨道设计角度看，地月空间任务通常需要解决从近地轨道到目标轨道（如 DRO、月球轨道或平动点轨道）的转移问题。常用的转移方式包括霍曼转移、弱稳定边界（WSB）转移、月球借力（LGA）转移等。其中，基于有动力月球借力（PLF）的转移方案因其在转移时间和能量消耗之间的良好平衡而受到广泛关注。
相关概念
参考文献
- 魏赞等, "地月远距离逆行轨道族月球借力转移入轨研究", 2026.
- Whitley R J, Martinez R, "Options for Staging Orbits in Cislunar Space", AAS 16-507, 2016.
- McCarthy B, Howell K, "Leveraging Invariant Manifolds to Generate Low-Thrust Transfer Trajectories in the Earth-Moon System", AAS 21-658, 2021.