Сколько delta-v я использовал здесь? Каково «официальное» уравнение для дельта-v от параметрической тяги?

Я сделал перерыв в Stack Exchange, прыгнул в свою космическую машину и написал следующую закорючку:

а Икс "=" потому что ( 10   т )
а у "=" грех ( 5   т )
а г "=" потому что ( 2   т )

начиная с xyz = [-0.01, 0, -0.05]и v_xyz = [0, -0.2, 0]с общим временем полета 2 π .

Когда я вернулся домой, мне сказали: «О, это была прекрасная закорючка Лиссажу, но сколько дельта-V вы нанесли на машину? »

Я сказал: «О, не так уж много» и направился к своему компьютеру, чтобы вернуться на Stack Exchange.

Вопрос: Сколько delta-v я использовал?

  1. Если у меня есть вектор ускорения (такой же, как вектор тяги; допустим, масса не меняется) как функция времени Ф ( т ) какое общее интегральное выражение для общей дельты-v следует использовать?
  2. Если бы кто-нибудь просмотрел мою поездку в Horizons и получил мои векторы состояния Икс ( т ) и в ( т ) и имели числовой интегратор и интерполятор, какое общее интегральное выражение для общего дельта-v они должны использовать?

«бонусные баллы» за включение скрипта Python в ваш ответ

волнистая траектория волнистая траектория

Трехмерный график положения (возврат в исходное положение) и графики компонентов скорости

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from scipy.integrate import odeint as ODEint

def deriv(X, t):
    x, v = X.reshape(2, -1)
    ax = np.cos(10*t)
    ay = np.sin(5*t)
    az = np.cos(2* t)
    return np.hstack((v, [ax, ay, az])) 

times = np.linspace(0, 2*np.pi, 1001)

X0 = np.hstack(([-0.01, 0, -0.05], [0, -0.2, 0]))

answer, info = ODEint(deriv, X0, times, full_output=True)

xyz, vxyz = answer.T.reshape(2, 3, -1)

fig = plt.figure()
ax  = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection='3d', proj_type = 'ortho')
x, y, z = xyz
ax.plot(x, y, z)
ax.plot(x[:1], y[:1], z[:1], 'ok')
ax.plot(x[-1:], y[-1:], z[-1:], 'or')
plt.show()

for thing in vxyz:
    plt.plot(thing)
plt.show()
Это больше похоже на игру в гольф, чем на настоящий космический вопрос... в лучшем случае это математический вопрос об основах исчисления. В любом случае, я не думаю, что это хорошо подходит здесь. Это написано как домашнее задание. Это вопросы и ответы, а не механический турок.
@J ... насколько я знаю, концепция «дельта-v» специфична для космических полетов. Если вы можете показать обратное, я был бы рад узнать.
Не в этом дело.
Именно в этом суть. "написано как домашнее задание" просто означает, что оно стилизовано. После того, как вы написали здесь более 2001 вопроса, вам нужно немного перепутать, чтобы оставаться свежим :-)
@J ... Когда вопрос слишком большой или сложный, чтобы поместиться в один пост с вопросами SE, мы разбиваем его на более мелкие части, на которые можно ответить. В настоящее время мне все еще не нравится этот махающий рукой ответ с использованием необъяснимого уравнения без источника, поэтому я сначала задал этот вопрос , чтобы уравнение могло иметь основу. Затем я сделал этот график , чтобы начать думать об извлечении дельта-v после запуска для космического корабля в дальний космос, используя его векторы состояния.
@J ... Как только мы создадим основу для этого, нам придется иметь дело с потенциалами гравитационного градиента реального мира. Все это восходит к этому вопросу , когда я впервые попытался отличить движущие маневры от векторов состояния. Может быть, все вместе мы, наконец, сможем получить ответ на этот старый вопрос , один из пунктов моего списка желаний, наряду с выворачиванием сферы .
Ты пытаешься бежать раньше, чем можешь ходить. Этот вопрос пока не по теме.
Вряд ли этот устойчивый, методичный подход к решению задач является « примером » Градатима Фероцитера , а «Как рассчитать дельта-v?» всегда был прямо в теме Space Exploration SE и всегда будет.

Ответы (1)

Как Δ в это просто изменение скорости, мы можем просто проинтегрировать норму функции ускорения по времени:

Δ в "=" | а ( т ) | д т

Однако вам не повезло получить закрытую форму этого интеграла.

Что касается аналитических решений, то можно отметить, что при т "=" π 2 , все а Икс , а у и а г исчерпаны, и, следовательно, Δ в < 2 π 3 .

Точно так же ускорение всегда будет больше или равно одному из компонентов, и, поскольку они являются тригонометрическими функциями, их интегралы тривиальны.

4 < Δ в < 2 π 3

Я не вижу, что здесь есть что-то большее, чем просто помещение функции ускорения в числовой интегратор. Это плавная кривая, так что они хороши в этом.

Integral(sqrt(cos(10*x)^2 + sin(5*x)^2 + cos(2*x)^2),0,2*pi)
-> 7.5279

Или, по определению ускорения, если у вас есть данные о скорости:

Δ в "=" | д в д т | д т

Что, если у вас есть табличные данные и вы не беспокоитесь об интерполяции, просто:

Δ в "=" | д в |

Что просто суммирует все различия скоростей между дискретными точками данных.

Отличный ответ. Аналитическое решение линейного интеграла кажется эллиптическим интегралом, верно?