VEHÍCULOS ESPACIALES Y MISILES. Práctica 1 de STK: Planetario. Videos. Maniobras.

Transcripción

1 VEHÍCULOS ESPACIALES Y MISILES Práctica 1 de STK: Planetario. Videos. Maniobras. NOMBRE DEL ALUMNO: En esta práctica se emplearán los conceptos de STK aprendidos en la asignatura de Astronáutica para demostrar algunas aplicaciones avanzadas, y se aprenderá el uso de Astrogator para simulación de maniobras. Evaluación: Se pide rellenar el boletín de prácticas con ciertos resultados analíticos u obtenidos de STK, realizando los pasos indicados en la práctica. 1. Planetario 3-D Una posibilidad de la ventana 3-D es usarla de "planetario". Para ello, comenzar un escenario. Cerrar la ventana 2-D. En el escenario añadir ahora algunos de los planetas del sistema solar, por ejemplo: La Tierra, Venus, Mercurio, Marte, Urano. También añadir Plutón. Para ello "insertar new", elegir planeta, hacer doble click en el objeto planeta que aparece y seleccionar el cuerpo central del que se trata (otra opción es insertar un planeta y copiar/pegar en el "object browser"; luego habrá que cambiar el cuerpo central uno a uno). En las propiedades del escenario, en 2-D graphics, elegir "Planets-show orbits" y desmarcar los dos apartados "Show Subplanets points" y "Show Subplanet labels". Luego, elegir en el icono "graphic windows's central body" (el botón a la derecha de zoom menos) el Sol. Finalmente, en las propiedades de la pantalla 3-D, en advanced, elegir "max. visible distance" 1e+020 km. Hacer zoom hacia atrás para poder contemplar los planetas en la eclíptica; observar la distancia de los planetas exteriores. 1. Cuál es el planeta más excéntrico? Existe algún planeta que se salga del plano de la eclíptica? El planetario nos será útil a la hora de diseñar/analizar misiones interplanetarias. En esta práctica no se utilizará más, por lo que se podrá cerrar este escenario una vez respondida la pregunta. 2. Maniobras

2 Crear un escenario, llamándolo "PRAC1_VEM". De momento se aceptarán los tiempos por defecto de simulación, pero ampliandolos a dos días. Crear un satélite manualmente, llamado "Hohmann" con una altitud de 250km y órbita circular inclinada a 30 grados. Los otros parámetros se pueden fijar a cero. En primer lugar vamos a generar una transferencia de Hohmann a la órbita geosíncrona. Para ello en las propiedades del satélite elegir "Astrogator" como el propagador. Esto abrirá la ventana de "Mission Control Sequence" (MCS). Obsérvese que ya existen dos estados en el MCS: "Initial state" y "Propagate". En primer lugar elegimos "Initial state" y lo renombramos como "orbita de aparcamiento". Elegir sistema coordenadas kepleriano, sistema de referencia "Earth MOJ2000" y elegir una órbita inicial circular de inclinación 30 grados, altitud de 250 kilómetros, y el resto de parámetros a cero. En propiedades del satélite elegir una masa de combustible de 5000 kilos (aumentar el máximo) y una masa seca de 500 kilos. 2. Cuál es el periodo del satélite? Elegir ahora "propagate", seleccionando como propagador el "earth point mass" (modelo de los dos cuerpos). Elegir un tiempo de viaje que permita al menos una revolución. Insertar un nuevo segmento de tipo "maniobra", y llamarlo "Delta V1". Elegir los siguientes valores: Attitude Control: Thrust Vector Thrust Axes: VNC Vector Type: Spherical Az=0 grados, El= 0 grados Magnitude: km/s Update Mass Based on Fuel Usage=ON Insertar un nuevo segmento de tipo "propagate" y llamarlo "Elipse de Hohmann". Elegir "earth point mass" como propagador y la condición de parada como "apoapsis". Cambiar el color de este segmento (en propiedades). Insertar otro segmento de maniobra, llamarlo "Delta V2", y elegir ahora una magnitud de km/s Insertar un último segmento "propagate", llamarlo "GEO" y elegir un tiempo de viaje de al menos 24 horas. Cambiar el color de este segmento (en propiedades). Correr ahora Astrogator usando la flecha verde. Observar los resultados 2D y 3D y animarlos. Observar que se puede generar un informe de cada segmento (en el MCS pinchar con el botón derecho y elegir "summary"). 3. Cuánto combustible consume cada impulso? Cómo cambia el combustible consumido si se modifica la masa seca del satélite a 50 kg?

3 3. Grabar un video Se pretende grabar un video que muestre como Hohmann realiza la maniobra. La forma de hacer esto es, en primer lugar poner el tamaño de la ventana 3D o 2D en su tamaño original pulsando el botón a la derecha de maximizar (es como se grabará). Luego, en las propiedades de la visualización 3-D o 2-D, seleccionar el apartado "Soft VTR", y elegir "record every animation time step", y como file format "AVI" y luego como codec "Microsoft 1". Seleccionar como directorio el escritorio y un nombre adecuado. Una vez se le de a "Apply", y se pulse el play en la ventana 3-D, todo se grabará en el archivo; no cerrar durante la grabación la ventana de propiedades 3-D. Para finalizar la grabación, pausar el display 3-D y seleccionar off en el apartado "Soft VTR". Mostrar el video al profesor. 4. Cálculo automático de maniobras Repetimos ahora la maniobra, pero haciendo que STK calcule las maniobras por nosotros, usando un calculador interno (el proceso se denomina "targeting"). Crear para ello un nuevo satélite que denominamos "Hohmann2". De nuevo elegimos astrogator como propagador, con los mismos dos segmentos iniciales, excepto la anomalía verdadera inicial que cambiamos a 90 grados (para poder diferenciar los dos satélites). Ahora como tercer segmento elegimos un "target sequence", que llamamos "Transferencia Inicial". Anidamos en el target una nueva secuencia de maniobra impulsiva, que llamamos "DeltaV1". Elegir: Attitude Control: Thrust Vector Thrust Axes: VNC Vector Type: Spherical Az=0 grados, El= 0 grados Magnitude: elegirla como control (eligiendo el icono a la derecha). Update Mass Based on Fuel Usage=ON Pinchar en results y elegir dentro de keplerian elements "radius of apoapse". Esto permitirá a STK buscar la maniobra que nos permita alcanzar un radio de apoapsis a especificar (restricción). Dentro del targeting elegir propiedades (bajo profile) y elegir "use" tanto para el parámetro de control como para la restricción. Fijar el radio de apoapsis deseado como km y la tolerancia a 0.1 km, así como el máximo de iteraciones a 50. En targeting elegir como acción "run active profiles" y abajo "run to return and continue". Añadir ahora (fuera del targeting) el propagador "elipse de Hohmann" como antes. Añadir después un nuevo targeting, "transferencia final", y definirlo como el anterior, pero ahora elegir como excentricidad la restricción (objetivo: excentricidad cero), con una tolerancia pequeña. Finalmente añadir un último propagador "GEO" como el anterior. Correr la maniobra y examinar los resultados de la velocidad de las transferencias. 4. Comparar las maniobras realizadas con targeting y las realizadas manualmente (comparar Delta V y consumo de combustible).

4 5. Ejercicios a realizar por los alumnos Si es necesario se pueden consultar los apuntes de astronáutica directamente en la red: También se pide grabar un video con el apartado más avanzado que se haya podido realizar en el tiempo de duración de la práctica y mandarlo al profesor por WebCT. 5. Usando el targeting, realizar una transferencia de Hohmann con cambio de plano desde las mismas condiciones iniciales que en los primeros apartados (altitud inicial 250 kilómetros, órbita circular) pero con una inclinación inicial igual al número de alumno (1-10) multiplicado por 5 grados. Realizar el cambio de plano en la última maniobra. Anotar los Delta V y los consumos de combustible (tal vez sea necesario incrementar la cantidad de combustible disponible). PISTAS: Recordar la condición geográfica necesaria para que sea posible hacer el cambio de plano! Permitir que el Delta V2 tenga otro grado de control (El) para permitir el cambio de plano. 6. Repetir el caso anterior con una maniobra bielíptica (con el targeting), aumentando el tiempo de simulación si es necesario y con el radio intermedio (y el momento de cambio de plano) a elección del alumno. Anotar los Delta V y los consumos de combustible. Se mejora el Delta V? 7. (Difícil) Añadir una maniobra extra con el targeting para que el satélite del apartado 6 se sitúe en órbita geoestacionaria sobre Brasil (en una longitud exacta de -56 grados). Comentar el tipo de maniobra utilizado. Anotar los Delta V y los consumos de combustible.

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