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?
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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.
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).
Hier sind die Optionen, die mir aus dem Kopf bewusst sind:
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.
Was Spiele/Simulationen betrifft, bin ich über Orbiter gestolpert . Scheint ziemlich viele Add-Ons und ein Forum zu haben . Funktioniert leider nur unter Windows.
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.
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
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.
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
Hier sind noch ein paar andere Dinge da draußen, je nachdem, wonach Sie suchen ...
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:
Für *nix (linux, unix) Systeme gibt es auch das FERMI Toolset mit einer Übersicht hier .
Beliebtes und kostenloses Spiel ist der von Deer Hunter erwähnte Orbitalsimulator in 3-D.
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
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.
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.
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.
Orbitalmechanik mit MATLAB
https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/authors/my_fileexchange
Jerard Puckett
MadTux
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Eismann