Welche Möglichkeiten gibt es heute für Orbitalmechanik-Simulationssoftware?

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Welche Möglichkeiten gibt es heute für Orbitalmechanik-Simulationssoftware?

Früher war ich mit den verschiedenen Möglichkeiten für Orbitalmechanik-Simulationssoftware vertraut. Leider sind diese Zeiten vorbei. Welche Möglichkeiten gibt es heute, am besten sortiert nach Plattformen?

Diese Frage und andere auf dieser Website könnten von ihrer Verwendung profitieren, um die Antworten visueller zu gestalten.

Bitte beachten Sie, dass Listenfragen wie diese auf SE-Websites normalerweise nicht empfohlen werden. In diesem Fall wurde aufgrund seiner offensichtlichen Nützlichkeit und Relevanz eine Ausnahme gemacht.

Jerard Puckett

Zwei Fragen: 1) Welches dieser Softwarepakete (falls vorhanden) kann eine Flugbahnanalyse für Weltraumsonden durchführen, einschließlich der Berechnung von Schwerkraftunterstützungen? 2) Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Copernicus-Flugbahnanalysepaket der NASA vertraut sind, wie sehen diese im Vergleich aus?

MadTux

Kerbal Raumfahrtprogramm :)

Benutzer7073

Erwägen Sie, NEMO zu finden: bima.astro.umd.edu/nemo

Eismann

Kein Simulator, sondern eher ein Spielzeug, n-Körper in 2-D: nowykurier.com/toys/gravity/gravity.html . Es macht wirklich Spaß, damit herumzuspielen.

9 Umdrehungen, 5 Benutzer 66 % Benutzer29

Zur Liste von @Erik hinzufügen:

  • GMAT – Plattformübergreifend, kostenlos. Open-Source-Produkt der NASA.

  • FreeFlyer — PC, kommerziell. Wahrscheinlich der größte Konkurrent von AGI.

  • Das Java Astrodynamics Toolkit – plattformübergreifend, kostenlos. Ein weiteres Open-Source-Produkt, eher eine Softwarebibliothek als eine vollwertige Simulationsumgebung.

  • Orbit Designer – Android, kostenlos. Nicht einmal in der Nähe des gleichen Baseballstadions wie diese anderen Pakete, aber es könnte eine unterhaltsame Möglichkeit sein, mit verschiedenen Umlaufbahnen herumzuspielen. Edit: Ich habe das gerade heruntergeladen und bin absolut begeistert. Sehr empfehlenswert. (Vormerkung: Ich bin ein Nerd für solche Dinge, und für die meisten Leute mag es tatsächlich eine ziemlich langweilige App sein).

Lukas W

Orbit Designer scheint vom Spielemarkt gestrichen worden zu sein (ich habe den Link zur Entwicklerseite geändert, aber er ist nicht so hilfreich) – es gibt Links (von unbekannter Qualität) zu APK-Downloads, nach denen gesucht werden kann.

Ihr Mann

Verdammt noch mal, zuerst machst du mich total verrückt nach Orbit Designer und jetzt ist es weg. Ich kann nicht einmal etwas darüber finden; wie es erstellt wurde oder warum es gelöscht wurde. Hat jemand mehr Informationen?

Erik

Hier sind die Optionen, die mir aus dem Kopf bewusst sind:

Benutzer29

Es ist ein bisschen irreführend, STK kostenlos zu nennen - obwohl es eine kostenlose Version gibt, ist sie in ihrer Leistungsfähigkeit verdammt begrenzt. Außerdem heißt es jetzt aus irgendeinem Grund "Systems Toolkit".

Erik

@Chris wahr dat.

PearsonArtPhoto

Es stimmt zwar, dass das "kostenlose" STK begrenzt ist, aber Sie werden überrascht sein, was es kann, sogar kostenlos ... Ich benutze die kostenlose Version tatsächlich ziemlich häufig. Nur die wirklich lustigen Spielzeuge kosten Geld, das ist alles ...

Drux

+1 Wenn ich dem Link zu AGI/STK folge, bekomme ich den ersten Eindruck, dass dies hauptsächlich für die Führung von Militärdrohnen gedacht ist (muss ein Wachstumsmarkt sein). Ist dies tatsächlich sein Hauptaugenmerk oder gibt es auch/stattdessen einen starken Raum-Explorations-Winkel? (Ich bin ganz neu dabei.)

Benutzer3049

Ist die kostenlose Version von AGI/STK in Russland verfügbar? Wenn ich versuche, die obige URL ( agi.com/products/stk/modules/default.aspx/id/stk-free ) zu öffnen, lande ich auf einer Seite mit der Aufschrift „Aufgrund bestimmter Betriebsbeschränkungen können wir Ihre Anforderungen nicht erfüllen zu diesem Zeitpunkt über die Website anfordern.". Ich frage mich, ob die URL falsch ist, oder aus rechtlichen Gründen.

Erik

Ich vermute, Sie wohnen zu nah bei Putin Dmitri.

James Paul Mason

Dito. Die kostenlose Version von STK kann eine ganze Menge und ist für die meiste Zeit völlig ausreichend für das, was ich brauche.

Tomislav Muic

Abgesehen von dieser seriösen Software, die oben erwähnt wurde, gibt es ein interessantes Spiel mit ziemlich realistischen Umlaufbahnberechnungen, das sich gut eignet, um Kindern den Weltraum beizubringen: Kerbal Space Program .

Die nicht-freie Version von AGI ist viel leistungsfähiger.

Erik

Ich habe kein Problem mit der Verbindung, aber abgesehen vom Spielwinkel verwendet das Orbitalmechanikmodell den Einflussbereich. Es kann keine N-Körper-Simulation verarbeiten. Spaß, aber das war es auch schon.

Sarah Bailey

Kerbal Space Program ist ein erstaunliches Spiel, aber aufgrund von Schwerkraftvereinfachungen ist die Simulation unzureichend.

Russell Borogove

Nun, es hängt von Ihren Zielen ab, welche OP nicht wirklich erreicht hat. Wenn Sie die Orbitalmechanik unseres Sonnensystems genau simulieren wollen, ist KSP nicht ausreichend. Wenn Sie eine Intuition für die Allgemeinheiten der Orbitalmechanik entwickeln möchten, ist es fantastisch gut.

nsx

Ja, diese Empfehlung ist sehr schlecht. Für LLI-Einfügungen berücksichtigt KSP keine erforderlichen Ebenenänderungen, sodass die erforderliche Gesamtmenge an Delta-V überhaupt nicht korrekt ist. Es ist nur ein Spiel, verwenden Sie es nicht für etwas anderes als das Unterrichten von Konzepten für Kinder oder das Spielen.

SF.

Wie vergleicht sich Orbiter in Bezug auf die Simulation der Orbitalmechanik?

IT-Bär

Der neue Principia -Mod für KSP ermöglicht n-Körper-Physiksimulationen, ermöglicht Lagrange-Punkte, schwache Stabilitätsgrenzen usw. Vorwarnung, da Kerbin einen viel kleineren Radius als die Erde hat, aber eine Oberflächengravitation von 1 g hat (unmöglich dicht), wird es nicht realistisch genau sein ohne RSS (Real Solar System) Mod und vielleicht Realism Overhaul (RO). @Ricardo LLI oder TLI? Ich weiß mit Sicherheit, dass ich immer mehr Delta-V brauche, um in eine geneigte Umlaufbahn um den Mun zu gelangen oder von einer geneigten Umlaufbahn zurückzukehren. Denken Sie auch daran, dass Muns Neigung 0 ist, im Gegensatz zu Erde und Mond.

PHChilly

Orbiter ist viel genauer und entsprechend schwieriger zu beherrschen. Wenn Sie nur Konzepte visualisieren müssen, ist KSP bei weitem die beste Wahl. XKCD stimmt zu: google.com/…

Hirsch Jäger

Was Spiele/Simulationen betrifft, bin ich über Orbiter gestolpert . Scheint ziemlich viele Add-Ons und ein Forum zu haben . Funktioniert leider nur unter Windows.

NeugierigerInquirer

Ich stimme zu, Orbiter ist eine brillante Simulation, und mit seiner starken Community von Moddern sind einige erstaunliche Addons verfügbar.

Organischer Marmor

Ich habe es nicht ausgiebig getestet, aber Orbiter lässt sich auf Ubuntu 18.04 Linux unter wine-stable Version 3.0 ganz gut installieren und ausführen

kartikkumar

Schamloser Stecker für Tudat (TU Delft Astrodynamics Toolbox) ...

Wenn Sie nach etwas suchen, das Ihnen viel Freiheit beim Einrichten und Spielen mit Simulationen lässt, sollten Sie vielleicht ein Open-Source-C++-Projekt in Betracht ziehen, an dem ich in den letzten Jahren im Rahmen meiner Promotion gearbeitet habe. Die meisten Doktoranden in meiner Gruppe verwenden es, daher wurde viel Mühe darauf verwendet.

Benutzer29

Gibt es irgendwo eine Liste mit Features? Ich konnte keinen finden.

kartikkumar

Wir sind gerade dabei, die Dokumentation zu rationalisieren, also befindet sich die Feature-Liste noch im Aufbau. Eine Arbeitsliste der Features finden Sie hier: tudat.tudelft.nl/projects/tudat/wiki/Feature_documentation . Außerdem sind die Schnittstellen mit Doxygen dokumentiert: tudat.tudelft.nl/projects/tudat/wiki/Doxygen_API_documentation . Schließlich enthält das Paket, das heruntergeladen werden kann, zwei Beispielsimulatoren: einen, der die Umlaufbahnen von zwei verschiedenen Satelliten um die Erde propagiert, und einen, der eine vereinfachte Galileo-Konstellation propagiert.

Romain di Costanzo

Orekit ist das beste Weltraummechanik-Tool, das ich kenne. Orekit wurde in Java (plattformübergreifend) entwickelt und ist eine Open-Source-Bibliothek zur Weltraumdynamik , die auf Common Apache Math basiert.

Trotz der Tatsache, dass es bisher kein Visualisierungstool hat, machen es die unterschiedlichen Kraftmodelle, die es enthält, zu einer wirklich guten Wahl, wenn Sie vorhaben, ein Problem mit der genauen Flugdynamik zu lösen.

Orekit enthält alle verfügbaren IERS-Konventionen für die Rahmendefinition. Es umfasst Orbitpropagatoren von 3 Typen:
- Analytisch (Kepler, Eckstein-Heschler, SDP4/SGP4 mit 2006-Korrekturen)
- Numerisch (mit anpassbaren Kraftmodellen) -
Semianalytische Ausbreitung basierend auf Draper Semianalytic Satellite Theory (DSST) mit anpassbaren Kraftmodellen .

Informationen dazu finden Sie unter derselben Adresse oben beim Rugged-Add-on. Rugged ist ein Sensor-zu-Gelände-Mapping-Tool, das digitale Höhenmodelle (DEM) bei der Berechnung der Sichtlinie berücksichtigt. Es ist eine kostenlose Softwarebibliothek auf mittlerer Ebene, die in Java geschrieben und als Add-on für Orekit implementiert wurde.

Hier sind einige der Funktionen, die Orekit bietet:

Zeit

high accuracy absolute dates
time scales (TAI, UTC, UT1, GPS, TT, TCG, TDB, TCB, GMST, GST ...)
transparent handling of leap seconds

Geometrie

frames hierarchy supporting fixed and time-dependent (or telemetry-dependent) frames
predefined frames (EME2000/J2000, ICRF, GCRF, ITRF93, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005, ITRF2008 and intermediate frames, TOD, MOD, GTOD and TOD frames, Veis, topocentric, tnw and qsw local orbital frames, spacecraft body, Moon, Sun, planets, solar system barycenter, Earth-Moon barycenter)
user extensible (used operationally in real time with a set of about 60 frames on several spacecraft)
transparent handling of IERS Earth Orientation Parameters (for both new CIO-based frames following IERS 2010 conventions and old equinox-based frames)
transparent handling of JPL DE 4xx (405, 406 and more recent) and INPOP ephemerides
transforms including kinematic combination effects
composite transforms reduction and caching for efficiency
extensible central body shapes models (with predefined spherical and ellipsoidic shapes)
cartesian and geodesic coordinates, kinematics

Zustand des Raumfahrzeugs

Cartesian, Keplerian (including hyperbolic), circular and equinoctial parameters
Two-Line Elements
transparent conversion between all parameters
automatic binding with frames
attitude state and derivative
Jacobians
mass management
user-defined associated state (for example battery status, or higher order derivatives, or anything else)

Vermehrung

analytical propagation models:
    Kepler
    Eckstein-Heschler
    SDP4/SGP4 with 2006 corrections
numerical propagation with:
    customizable force models:
        central attraction
        gravity models (automatic reading of ICGEM (new Eigen models), SHM (old Eigen models), EGM and GRGS gravity field files formats, even compressed)
        atmospheric drag (DTM2000, Jacchia-Bowman 2006, Harris-Priester and simple exponential models) and Marshall solar Activity Future Estimation
        third body attraction (with data for Sun, Moon and all solar systems planets)
        radiation pressure with eclipses
        solid tides, with or without solid pole tide
        ocean tides, with or without ocean pole tide
        general relativity
        multiple maneuvers
    state of the art ODE integrators (adaptive stepsize with error control, continuous output, switching functions, G-stop, step normalization ...)
    computation of Jacobians with respect to orbital parameters and selected force models parameters
    serialization mechanism to store complete results on persistent storage for later use
semi-analytical propagation based on Draper Semianalytic Satellite Theory (DSST) with customizable force models:
    central body with full gravity model
    third body attraction
    atmospheric drag
    radiation pressure with eclipses
tabulated ephemerides:
    file based
    memory based
    integration based
unified interface above analytical/numerical/semianalytical/tabulated propagators for easy switch from coarse analysis to fine simulation with one line change
all propagators can be used in several different modes:
    slave mode: propagator is driven by calling application
    master mode: propagator drives application callback functions
    ephemeris generation mode: all intermediate results are stored during propagation and provided back to the application which can navigate at will through them, effectively using the propagated orbit as if it was an analytical model, even if it really is a numerically propagated one, which is ideal for search and iterative algorithms
handling of discrete events during integration (models changes, G-stop, simple notifications ...)
predefined discrete events:
    eclipse (both umbra and penumbra)
    ascending and descending node crossing
    apogee and perigee crossing
    alignment with some body in the orbital plane (with customizable threshold angle)
    raising/setting with respect to a ground location (with customizable triggering elevation)
    date
    altitude crossing
    target detection in sensor field of view (circular or dihedral)
    complex geographic zones traversal
    impulse maneuvers occurrence
possibility of slightly shifting events in time (for example to switch from solar pointing mode to something else a few minutes before eclipse entry and reverting to solar pointing mode a few minutes after eclipse exit)

Attitüde

extensible attitude evolution models
predefined laws:
    central body related attitude (nadir pointing, center pointing, target pointing, yaw compensation, yaw-steering)
    orbit referenced attitudes (LOF aligned, offset on all axes)
    space referenced attitudes (inertial, celestial body-pointed, spin-stabilized)
    tabulated attitudes

Umgang mit Orbit-Dateien

loading of SP3-a and SP3-c orbit files
loading of CCSDS orbit data messages

Atmosphärenmodelle

tropospheric delay (modified Saastamoinen)
geomagnetic field (WMM, IGRF)

Anpassbares Laden von Daten

loading from local disk
loading from classpath
loading from network (even through internet proxies)
support for zip archives
support from gzip compressed files
plugin mechanism to delegate loading to user defined database or data access library

Lokalisiert in mehreren Sprachen

English
French
Galician
German
Greek
Italian
Norwegian
Romanian
Spanish

rickhg12hs

PyEphem :

PyEphem bietet wissenschaftliche astronomische Berechnungen für die Programmiersprache Python. Anhand eines Datums und einer Position auf der Erdoberfläche kann es die Positionen von Sonne und Mond, der Planeten und ihrer Monde und aller Asteroiden, Kometen oder Erdsatelliten berechnen, deren Orbitalelemente der Benutzer bereitstellen kann. Zusätzliche Funktionen werden bereitgestellt, um den Winkelabstand zwischen zwei Objekten am Himmel zu berechnen, um die Konstellation zu bestimmen, in der ein Objekt liegt, und um die Zeiten zu finden, zu denen ein Objekt an einem bestimmten Tag aufgeht, durchgeht und untergeht.

Die numerischen Routinen, die hinter PyEphem liegen, stammen aus der wunderbaren Astronomie-Anwendung XEphem , deren Autor Elwood Downey uns großzügigerweise erlaubt hat, sie als Grundlage für PyEphem zu verwenden.

jovian_moon_chart.py

Dieses Skript druckt aus, wo sich die Jupitermonde in den nächsten Tagen um Jupiter befinden.

import ephem

moons = ((ephem.Io(), 'i'),
         (ephem.Europa(), 'e'),
         (ephem.Ganymede(), 'g'),
         (ephem.Callisto(), 'c'))

# How to place discrete characters on a line that actually represents
# the real numbers -maxradii to +maxradii.

linelen = 65
maxradii = 30.

def put(line, character, radii):
    if abs(radii) > maxradii:
        return
    offset = radii / maxradii * (linelen - 1) / 2
    i = int(linelen / 2 + offset)
    line[i] = character

interval = ephem.hour * 3
now = ephem.now()
now -= now % interval

t = now
while t < now + 2:
    line = [' '] * linelen
    put(line, 'J', 0)
    for moon, character in moons:
        moon.compute(t)
        put(line, character, moon.x)
    print str(ephem.date(t))[5:], ''.join(line).rstrip()
    t += interval

print 'East is to the right;',
print ', '.join([ '%s = %s' % (c, m.name) for m, c in moons ])
3/2 12:00:00                         g e     J   i                    c
3/2 15:00:00                        ge       J    i                    c
3/2 18:00:00                      g e        J     i                   c
3/2 21:00:00                     g e         J    i                    c
3/3 00:00:00                    g  e         J  i                       c
3/3 03:00:00                   g   e         Ji                         c
3/3 06:00:00                  g    e       i J                          c
3/3 09:00:00                  g     e   i    J                          c
3/3 12:00:00                 g       e i     J                          c
3/3 15:00:00                 g        ie     J                          c
3/3 18:00:00                 g         i e   J                          c
3/3 21:00:00                 g           i e J                          c
3/4 00:00:00                 g             i e                          c
3/4 03:00:00                  g              Jie                        c
3/4 06:00:00                  g              J  ie                      c
3/4 09:00:00                   g             J    ie                   c
East is to the right; i = Io, e = Europa, g = Ganymede, c = Callisto

Benutzer7073

PyEphem berechnet keine Umlaufbahnen für hypothetische Objekte, es sagt Ihnen nur, wo real existierende Objekte sind.

rickhg12hs

@barrycarter: Was hindert einen Benutzer daran, hypothetische Orbitalelemente einzugeben?

Benutzer7073

Du hast Recht, mein Fehler! rhodesmill.org/pyephem/quick.html#bodies-with-orbital-elements Hinweis : Sie können Körper mit Ihren eigenen Orbitalelementen erstellen. Ich weiß, dass Pyephem DE421 für Planetenpositionen verwendet und nur davon ausgegangen ist, dass es ähnliche Daten für Planetensatelliten verwendet. Eigentlich wusste ich, dass dies nicht der Fall ist, da ich es ausdrücklich als Feature für Skyfield, den Nachfolger von Pyephem, angefordert habe: github.com/brandon-rhodes/python-skyfield/issues/19

Leelo

@barrycarter Gibt es wirklich genaue Ergebnisse, wenn man die Effekte von Mond, Sonne und zonalen Harmonischen berücksichtigt? Wir können auch Jupiter und Venus in Betracht ziehen

Benutzer6972

Hier sind noch ein paar andere Dinge da draußen, je nachdem, wonach Sie suchen ...

NETZ

Obwohl es sich nicht um einen Simulator für Orbitalmechanik handelt, fand ich diesen Trajectory Browser von Nasa interessant.

Spielähnlicher ist die LEO Launcher App und der Launch Simulator .

Es gibt den JPL 3D-Simulator und den Near-Earth-Object Simulator (beide webbasiert). Es gibt auch einen JPL-SSD-Simulator und hier sind einige Schnellstartanweisungen . So:

System

*nix

Für *nix (linux, unix) Systeme gibt es auch das FERMI Toolset mit einer Übersicht hier .

Windows-PC

Beliebtes und kostenloses Spiel ist der von Deer Hunter erwähnte Orbitalsimulator in 3-D.

Benutzer1892541

iTraject könnte sehr nützlich sein, um Orbitalmechanik zu lernen. Sein numerischer Löser macht es sehr flexibel. Es verwendet auch sehr präzise astronomische Algorithmen für Himmelspositionen. Sie können tatsächlich Ihr Anfangsdatum festlegen, mit analytischen Berechnungen vorhersagen, wann sich Ihr Fahrzeug im SOI des Mondes befinden wird, und einen Vorbeiflug um den Mond herum machen. Darüber hinaus können Sie Bodenstations-, Epochen- und Kepler-Elemente-Parameter mit der aktuellen Zeit abrufen.

hier ein Video: http://www.youtube.com/watch?v=msCEdOq5WhI

Hirsch Jäger

Bitte beachten Sie, dass Sie, wenn Sie mit der Bewerbung verbunden sind, dies in der Post deutlich angeben müssen. Ansonsten danke für die Info.

Shortstheorie

Sie könnten Stellarium ausprobieren , um die meisten Himmelsobjekte aus dem Erdrahmen zu lokalisieren. AFAIK, es funktioniert sehr gut unter Linux und ist auch für OS X und Windows verfügbar.

Benutzer7073

Stellarium berechnet keine Umlaufbahnen für hypothetische Objekte, es sagt Ihnen nur, wo real existierende Objekte sind.

Ladestock

Eric Stoneking / NASA Goddard Space Flight Center teilen '42' als die (größtenteils harmlose) Simulation der Dynamik von Raumfahrzeugen

Es ist plattformübergreifend, hat verschiedene Funktionen und ist insgesamt ein nettes Werkzeug.

https://github.com/ericstoneking/42

James

Sehen Sie sich PIGI von Sabre Astronautics an. https://saberastro.com/

Bei weitem die beste Grafik und große Benutzerfreundlichkeit, großartig für die Visualisierung von Umlaufbahnen auf allen Planeten.

Ihre Gelegenheitslizenz beginnt bei nur 15 US-Dollar pro Monat, also einen Blick wert. PC und Mac.

https://saberastro.com/products/

David Adler

Chris

Dieser Link zeigt nicht an die richtige Stelle.