수직 발사체 궤적의 역학

Question

나는 궤도로 상승 발사체 비행을위한 3 DoF 궤도 최적화 코드를 개발하기 위해 NASA의 Program to Optimize Simulated Trajectories (POST) 를 사용해 왔습니다 . 역학은 ECI (Earth-Centered Inertial) 프레임에 통합되어 추력 가속 벡터와 항력 가속 벡터가 몸체 (B) 프레임에서 모델링되고 ECI 프레임으로 변환되고 중력 가속 벡터는 ECI 프레임에 직접 제공됩니다. 내 이해는 B 프레임과 지리 (G) 프레임 (일반적으로 North-East-Down 프레임이라고 함)이 ECI와 대조적으로 회전하는 참조 프레임이라는 것입니다.

B 프레임과 G 프레임 사이의 변환은 명확하지만 G에서 ECI로 또는 그 반대로 이동하는 경우 특히 B 프레임에서 가속 벡터 변환 (ECI 프레임으로 이동) 및 ECI에서 상대 속도 벡터 변환 (까지)에 대해 식별되지 않은 문제가있었습니다. B 프레임으로 이동)

이 배경에서 내 질문은 다음과 같습니다.

1. 기존의 지식에 따르면 수직으로 발사 된 차량의 경우 상대 비행 경로 각도 (G 프레임)는 수직 비행 중에 90도 여야합니다. 즉, G 프레임의 상대 속도 벡터는 하나의 구성 요소에서만 null이 아니어야합니다. 그러나 위의 예선에 근거한 것이 아니라 그 원인은 무엇일까요?

2. G 프레임에서 ECI 프레임으로의 추력 가속도 벡터 변환에서 변환 매트릭스 자체 외에 누락 된 특정 구성 요소가 있습니까?

Answer 1

그러나 위의 예선에 근거한 것이 아니라 그 원인은 무엇일까요?

링크 된 논문은 다음과 같은 이유를 제시합니다. "이러한 특수 옵션은 운동 방정식에서 모델링되지 않은 특정 물리적 제약을 시뮬레이션하는 데 필요합니다." 수직 발사의 경우 물리적 제약은 매우 간단합니다. 발사체가 발사 탑과 충돌해서는 안됩니다.

많은 발사체는 엄격하게 수직으로 발사되지 않습니다. 대신 그들은 추력이 발사대에서 차량의 기수를 약간 밀도록 즉시 약간 뒤로 기울입니다. 조금 후에 꼬리가 발사대를 통과 할 수 있도록 지역 수직으로 다시 똑 바르게합니다.

POST와 같은 알고리즘에서 예측 된 최적 궤적에 대한 이러한 첫 번째 기동의 영향은 본질적으로 소음에 있습니다. POST와 같은 관점에서 가장 쉬운 방법은 로켓이 발사 후 처음 10 ~ 20 초 동안 수직으로 (지구 중심의 지구 고정 관점에서 수직으로) 발사된다고 가정하는 것입니다.

G 프레임에서 ECI 프레임으로의 추력 가속도 벡터 변환에서 변환 매트릭스 자체 외에 누락 된 특정 구성 요소가 있습니까?

아니요. 추력과 같은 실제 힘 (가상 힘과 반대)은 모든 뉴턴 기준 프레임에서 동일한 벡터입니다. 물론 이것은 뉴턴 역학이 유효하다고 가정합니다. 이것은 발사 중에 발생하는 빛의 속도에 비해 낮은 속도에 대한 유효한 가정입니다.