¿Podría una nave espacial existir para siempre en un lugar entre la Tierra y la Luna?

Lo que necesitas es un punto lagrangiano: Wikipedia. Citando Wikipedia;

“[Los puntos de lagrange] son ​​posiciones en una configuración orbital de dos cuerpos grandes donde un objeto pequeño afectado solo por la gravedad puede mantener una posición estable con respecto a los dos cuerpos grandes. Los puntos de Lagrange marcan posiciones donde la atracción gravitacional combinada de las dos grandes masas proporciona precisamente la fuerza centrípeta requerida para orbitar con ellas. Hay cinco de esos puntos, etiquetados de L1 a L5, todos en el plano orbital de los dos cuerpos grandes. Los primeros tres están en la línea que conecta los dos cuerpos grandes; Los dos últimos, L4 y L5, forman un triángulo equilátero con los dos cuerpos grandes. Los dos últimos puntos son estables, lo que implica que los objetos pueden orbitar a su alrededor en un sistema de coordenadas giratorio atado a los dos cuerpos grandes “.

Los puntos Lagrange Tierra-Luna se describen aquí. Puntos Lagrange del Sistema Tierra-Luna y muchos otros lugares. El TL; DR es que los puntos L4 y L5 son estables, pero no realmente entre la Tierra y la Luna. El punto L1 es exactamente donde desea que esté, pero es inestable. Una nave espacial colocada allí se alejaría a menos que hubiera una fuente de alimentación y algunos motores de mantenimiento de la estación. Eso significa que podría tener una nave espacial en posición mientras dure su combustible. No es posible permanecer allí para siempre.

Algunas de las otras respuestas mencionan el punto inestable L1 Lagrangiano entre la Tierra y la Luna; es inestable porque hay gradientes gravitacionales desiguales en diferentes direcciones lejos de él:

Punto lagrangiano – Wikipedia

(la imagen es del Sol y la Luna, pero es la misma situación para cualquier cuerpo pequeño que orbita un cuerpo grande)

Si te acercas un poco más a la Tierra o la Luna, te alejas del punto.

Sin embargo, observe que el gradiente apunta hacia el punto L1 en las direcciones perpendiculares a la línea Tierra-Mon. Traduzca eso a tres dimensiones y obtendrá lo que se ha llamado órbitas “halo” o “Lissajous” alrededor del punto L1:

Órbita de Lissajous – Wikipedia

(Órbita L2 pero también funciona en el punto L1)

Se llaman “cuasiperiódicos” porque no son perfectamente circulares y, por lo tanto, no se regresa al punto exacto después de una órbita completa. Sin embargo, son mucho más estables que tratar de mantenerse en el punto L1. Son utilizados por las misiones de la NASA y la ESA que salen del sistema Tierra-Luna como una especie de “lugar de estacionamiento”.

Una nave espacial en tal órbita podría usar una simple vela solar sin combustible para permanecer allí prácticamente para siempre, siempre y cuando no sufriera un mal funcionamiento.

“Por siempre” es mucho tiempo. Sin embargo, cualquier cosa que esté muy por encima de la atmósfera de la Tierra será estable durante un largo tiempo, ya que a nosotros los humanos probablemente nos importe.

Si eso no es lo suficientemente bueno, hay cinco Puntos Lagrange. La mayoría no son completamente estables, pero un objeto en el punto L4 o L5, 60 ° por delante o detrás de la Luna, en su órbita, será estable incluso en un marco de tiempo cósmico (miles de millones de años). Júpiter tiene toda una clase de asteroides en sus puntos L4 y L5, en relación con el sol.

Una nave espacial PODRÍA permanecer en existencia HABLANDO “para siempre” entre la Tierra y la Luna, pero necesitaría un suministro constante de combustible, y sería mágico. Esta sería una órbita que es demasiado LENTA para su ubicación … mira, si estás más cerca de la Tierra que la Luna, ¡necesitas estar más rápido que la órbita de la luna!

Pero quieres que sea siempre CORRECTO, eso es difícil.

Sin embargo, hay lugares donde las naves espaciales “normales” pueden sentarse para siempre, sin combustible, ¡no hay problema! Simplemente no entre la Luna y la Tierra, ya que esa órbita es demasiado lenta para ser estable.

¡Hay lugares para estacionar (suponiendo que una órbita que sea MÁS RÁPIDA que la luna, entre la Luna y la Tierra, no la cortará), están ahí fuera! Lagrange L5, etc.

Puntos Lagrange: lugares de estacionamiento en el espacio

NO. Pero podría por un tiempo. Hay micro fluctuaciones en la gravedad que requerirían algo de propelente para mantener su posición. Después de que se quedara sin propelente, se desplazaría de una manera u otra y golpearía la luna o la tierra.
Quizás sea mejor tener una órbita alta sobre la tierra, digamos más de 24,000 o 37,000K. ¡Esto durará por milenios!

Una nave espacial colocada en el punto L1 Lagrange entre la Tierra y la Luna tenderá a permanecer allí. Sin embargo, este punto no es perfectamente estable: durante largos períodos de tiempo puede desviarse de su posición, y la estabilidad es tal que una vez fuera de posición, se desviará más y más de su posición. Con el control activo, una nave espacial podría permanecer en el punto L1 durante mucho tiempo, utilizando una pequeña cantidad de combustible para mantenerse en el punto de estabilidad.

Supongo que eso depende de cuál sea tu definición de “para siempre”. Si siempre es para siempre, entonces la respuesta es No. Porque la Tierra y nuestro Sol así como nuestro sistema solar e incluso nuestra galaxia tendrán un final en algún momento. Por lo tanto, un objeto que orbita nuestro planeta no puede hacerlo para siempre.