Моделирование управляемого движения орбитального полёта

Дипломная работа. Тема: Моделирование управляемого движения орбитального полёта.

Дипломная работа включает в себя: 77 страниц с большим количеством расчётов, 3 раздела, 14 рисунков, 10 источников литературы.

Дополнительные материалы: Презентация, речь, код программы в Python, посадка ракеты на луну в 3D WFP XAML, видео посадки ракеты на луну, рабочая программа exe

ВВЕДЕНИЕ. 4

РАЗДЕЛ 1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ РАКЕТЫ АПОЛЛОН-1 НА ЛУНУ В ПЛОСКОСТИ.. 12

A. Аналитическое решение. 12

1. Вывод уравнения движения ракеты на Луне с учетом реактивного двигателя и упрощения движения до двумерного случая. 12

2. Поиск аналитического решения для оптимального использования топлива при посадке на Луну. 18

B. Численное решение. 26

1. Описание выбранного численного метода для решения уравнения движения. 26

2. Разработка численной модели движения ракеты на Луну. 27

3. Реализация численного метода и проведение вычислений. 31

4. Сравнение результатов численного решения с аналитическим решением.. 36

РАЗДЕЛ 2 ОПТИМИЗАЦИЯ ПО ТОПЛИВУ ПРИ ПОСАДКЕ НА ЛУНУ, РАССМАТРИВАЯ ЕЁ КАК ШАР С ПОСТОЯННЫМ УСКОРЕНИЕМ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ.. 38

A. Постановка задачи оптимизации. 38

1. Описание модели движения ракеты на Луну как шара с учетом постоянного ускорения свободного падения. 38

2. Формулировка целевой функции для оптимизации по топливу. 41

3. Учет ограничений на движение ракеты (например, остановка при достижении высоты h = 0 и скорости v <= 7.75 м/с) 46

B. Численное решение задачи оптимизации. 48

1. Описание выбранного численного метода для оптимизации. 48

2. Разработка численной модели и реализация численного метода. 50

3. Вычисление оптимального профиля работы двигателя и расхода топлива для минимизации функции стоимости. 52

Раздел 3 Оптимизация по топливу при посадке на Луну, рассматривая её как шар с не постоянным ускорением свободного падения. 53

A. Постановка задачи оптимизации с учетом не постоянного ускорения свободного падения. 53

1. Описание модели движения ракеты на Луну как шара с учетом изменяющегося ускорения свободного падения. 53

2. Формулировка целевой функции для оптимизации по топливу с учетом не постоянного ускорения. 56

3. Учет ограничений на движение ракеты.. 60

B. Численное решение задачи оптимизации. 62

1.  Описание выбранного численного метода для оптимизации с учетом не постоянного ускорения. 62

2.  Разработка численной модели и реализация численного метода. 63

3. Вычисление оптимального профиля работы двигателя и расхода топлива для минимизации функции стоимости. 65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 67

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 69

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 71

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 74

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 77

1.      P. K. Seidelmann (Chair), V. K. Abalakin, M. Bursa, M. E. Davies, C. de Bergh, J. H. Lieske, J. Oberst, J. L. Simon, E. M. Standish, P. Stooke, P. C. Thomas : Report of the IAU/IAG Working Group on Cartographic Coordinates and Rotational Elements of the Planets and Satellites: 2000.

2.      Joshua B. Hopkins, Lockheed Martin Corporation, United States: William Pratt, Caley Buxton, Selena Hall, Andrew Scott, Lockheed Martin Corporation, United States: Robert Farquhar, David Dunham, KinetX, Inc, United States: Proposed orbits and trajectories for human missions to the Earth-Moon L2 region.

3.      Dunham, D.W., Farquhar, R.W., Eismont, N., Chumachenko, E.N., Aksenov, S.A., Genova A., Horsewood J., Furfaro R., Kidd J: Using lunar swingbys and libration-point orbits to extend human exploration to interplanetary destinations, in: Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC, 2013, 64th International Astronautical Congress 2013, IAC 2013; Beijing; China; 23 September 2013 through 27 September 2013 Vol. 2. International Astronautical Federation, 2013. P. 1932-1941.

4.      Иванов А.М., Малашкин А.В. Система поддержки принятия решений и анализа мест посадки лунных космических аппаратов на основе геоинформационных технологий // В кн.: Авиакосмические технологии (АКТ-2012): Труды XIII Всероссийской научно-технической конференции и школы молодых учёных, аспирантов и студентов. Воронеж: Элит, 2012.

5.      Подбельский В.В. Практикум по программированию на языке Си: Учебное пособие. М.: Финансы и Статистика, 2004.

6.      Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии: Учебник для студентов высших учебных заведений специальности «Астрономия». 4-е изд. М.: Наука, 1977.-544 с.

7.      Абалакин В.К., Аксенов Е.П., Гребеников Е.А., Демин В.Г., Рябов Ю.А., Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука, 1976.

8.      Выгодский М.Я., Справочник по высшей математике. М.: Астрель, 2006.

9.      Себехей В., Теория орбит: Ограниченная задача трех тел. М.: Наука, 1982.

10.    Левантовский В.И., Механика космического полета. М.: Наука, 1980.