home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Shareware Grab Bag / Shareware Grab Bag.iso / 010 / orbit.arc / ORBIT.DOC next >
Encoding:
Text File  |  1980-01-01  |  11.7 KB  |  308 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.                           ORBIT
  9.                  A Spaceflight Simulator
  10.  
  11.  
  12.                      Charles Goldberg
  13.                        RD 2 Box 415
  14.                Titusville, New Jersey 08560
  15.  
  16.  
  17. ORBIT is a working orbital simulator similar to those used by
  18. NASA to plan and monitor spaceflights in near-earth and lunar
  19. trajectories.  Based on thrust and vector data which you pro-
  20. vide, the program calculates and displays the resulting orbital
  21. trajectory.
  22.  
  23.  
  24.  
  25. The program is based on a time-driven numerical integration
  26. of the Newtonian three-body problem (Euler's Method).  It pro-
  27. vides for the entry of an initial launch vector and any number
  28. of subsequent burns.  It is capable of reproducing a full range
  29. of orbital trajectories, including:
  30.  
  31.      o Suborbital flights
  32.      o Parking orbits
  33.      o Polar orbits
  34.      o Deburn & reentry
  35.      o Transfer trajectories
  36.      o Lunar bypasses
  37.      o Lunar orbits
  38.      o Lunar landings
  39.      o Geosynchronous orbits
  40.        and more.
  41.  
  42. In fact, the simulator will reproduce almost any real-life tra-
  43. jectory within a half-million miles of earth with sufficient 
  44. accuracy to permit serious research.
  45.  
  46. However, ...
  47.  
  48. BE PREPARED FOR A VERY SLOW PROGRAM!
  49.  
  50. Depending on the speed of your PC, ORBIT can take as much as two
  51. hours to complete a six-day lunar mission.  Longer missions
  52. (e.g. bisynchronous orbits) may take substantially longer.  For
  53. the sake of your monitor:
  54.  
  55. IF YOU PLAN TO LET ORBIT RUN FOR MORE THAN A FEW HOURS, REDUCE
  56. CONTRAST ON YOUR MONITOR OR EVEN SWITCH IT OFF TO PREVENT THE 
  57. IMAGE FROM BURNING IN.
  58.  
  59.  
  60.                       STARTUP SEQUENCE
  61.  
  62. At the end of this document, a number of "recipes" are given to
  63. get you started.  I recommend that you follow these recipes
  64. carefully, saving your launch files.  You will find that these
  65. launch files will save you an enormous amount of time in later
  66. simulations.
  67.  
  68. After following a recipe, you might want to repeat the recipe with
  69. slight differences in your vectors.  Observing the results of 
  70. minor variations will give you a feel for your spacecraft very
  71. quickly.
  72.  
  73. When you start the program, you will be asked for a launch file.
  74. If you enter a <Return>, the program will place you at Kennedy
  75. Space Flight Center in Florida.  Later, as you build your launch
  76. file library, you will be able to choose other places (and times)
  77. for your starting point.
  78.  
  79. Next, the program asks for a launch date.  If you enter <Return>
  80. it will set the launch date for July 1st at 00:00 UT.  Until
  81. you are fully familiar with the program, the default setting
  82. will be just fine.
  83.  
  84. Next, the program asks for a "Differential Velocity" in kilometers
  85. per second (i.e. the increase in the spacecraft's velocity
  86. as a result of the "burn").  Use your recipes initially, then
  87. modify this value to produce alternate trajectories.
  88.  
  89. When you are making a ground launch from KSFC, the program will ask
  90. for an azimuth (follow your recipes at first).  If you are executing 
  91. a "burn" in space, the program will ask for a polar vector and an 
  92. equatorial vector.  Once again, follow your recipes.
  93.  
  94. At this point, you are ready to launch.  Watch your telemetry (the data 
  95. printing out on the right hand side of your screen).  As you become
  96. more familiar with these readouts, you will begin to "feel" the
  97. spacecraft.  Also, in following the recipes, note your telemetry
  98. readings at each orbital maneuver.  Particularly watch for perigee
  99. and apogee, and keep an eye on your velocity.
  100.  
  101. When executing an orbital maneuver, check your telemetry to identify
  102. where some of the recipe values are coming from.  Learn to recognize
  103. direction-of-motion vectors, tangent vectors and compensating vec-
  104. tors.  Note how they are used.  
  105.  
  106.  
  107.                          IN FLIGHT
  108.  
  109. Your control keys will be displayed at the bottom of the screen.
  110.  
  111. F2   PLOT    This key switches your display to geocentric plot.
  112.              There are two plot options, polar or equatorial.
  113.              The polar plot will usually be more useful, but
  114.              you should get familiar with both.
  115.  
  116. F3   VIEW    Switches among the various geocentric plot options:
  117.  
  118.              E: earth-centered plotting
  119.              S: spacecraft-centered plotting
  120.              M: moon-centered plotting
  121.              +: zoom in
  122.              -: zoom out
  123.              D: data switch (for full screen graphics)
  124.  
  125. F4   MAP     This is the Mercator plot, showing the spacecraft's
  126.              position in latitude and longitude.  This is the
  127.              display shown at launch.
  128.  
  129. These keys can be used at your option, at any time, to change the
  130. display.  Changing these keys does not alter the simulation, only
  131. the display.
  132.  
  133. F5   EPHM    This key provides an on-line lunar ephemeris for use
  134.              in planning lunar trajectories.  When you finally
  135.              understand how to use this table, you will be ready
  136.              to select alternate dates for your launch!
  137.  
  138. F6   TIMER   This key works just like an alarm clock.  You set it
  139.              for a specific time.  When the simulation reaches 
  140.              the set time, the timer "beeps" and the simulation
  141.              pauses for a manual restart.  Use the timer for
  142.              wakeup calls on long, boring sections of your missions.
  143.  
  144. F7   LOAD    Use this key to read in a previously saved launch file.
  145.              After reading in your launch file, the program will
  146.              give you the option of entering a burn.  If you 
  147.              <<return>> through the vector inputs, the program
  148.              will pick up at the time and direction vector at which
  149.              the flight was initially saved.          
  150.  
  151. F8   SAVE    Use this key to save your current position in a launch
  152.              file.  The program will ask for a file name, which
  153.              can be any legal DOS name (including path and prefix
  154.              if you wish).
  155.  
  156. F9   SLEEP   This is an important key.  Use it to switch between 
  157.              the simulators two time modes:
  158.  
  159.              Regular time (40-100 simulation minutes per minute of
  160.                           real time)
  161.  
  162.              Sleep mode (150-400 simulation minutes per minute of
  163.                           real time)
  164.  
  165.              Use the regular mode for near-earth orbits or at other
  166.              times when you need minute-by-minute readouts.  Use
  167.              sleep mode during less critical periods.  In sleep mode
  168.              readouts are only displayed every 4 simulation hours.
  169.  
  170. F10   OMS    This is the orbital maneuvering system, the spacecraft
  171.              engines.  They can be engaged at any time.  The simu-
  172.              lation will pause, asking for differental velocity,
  173.              polar vector and equatorial vector.  It will then
  174.              execute the burn and continue the simulation.  Follow
  175.              your recipes to start.  Then add your own variations.
  176.  
  177. In addition to the program keys, the following keys can be used at
  178. any time:
  179.  
  180.             P: resets the perigee gauges
  181.             A: resets the apogeee gauges
  182.             +: zoom in
  183.             -: zoom out
  184.  
  185.  
  186.                           THE RECIPE BOOK
  187.  
  188. 1. SUBORBITAL FLIGHTS
  189.  
  190. Using a standard launch velocity of 4 km/sec, complete a variety of
  191. launches from Kennedy Space Flight Center, with varying azimuths 
  192. (0, 90, 180, and 270 degrees).  Observe the effects of earth rotation
  193. on apogee and flight duration.
  194.  
  195. 2. STANDARD ORBIT
  196.  
  197. Launch from KSFC at a launch velocity of 3 km/sec and 90 degree 
  198. azimuth.  At t-plus-5 minutes, tap F10 and enter a differential
  199. velocity of 5.7 km/sec, polar vector 6.8228 degrees, equatorial
  200. vector 95.5907 degrees (check your telemetry to see where these
  201. numbers are coming from).
  202.  
  203. SAVE (F8) this orbit at t-plus-15 minutes.
  204.  
  205. Observe the orbit for several revolutions in each of your display
  206. modes.
  207.  
  208. 3. POLAR ORBIT
  209.  
  210. Launch from KSFC at 4 km/sec and 0 degree azimuth.  At t-plus-5,
  211. enter a 5.5 km/sec burn at 127.7023 & 0.0000 vectors.
  212.  
  213. Observe how earth rotation (in Map mode) makes polar orbits use-
  214. ful for mapping projects.  Observe difference in energy require-
  215. ments as compared with a standard eastern launch.
  216.  
  217. 4. EQUATORIAL ORBIT
  218.  
  219. Start from your standard launch file at t-plus-15 minutes.  At
  220. t-plus-31 minutes, execute a 3 km/sec burn at 71 & 196.1490.
  221.  
  222. Save for later use in geosynchronous transfers and lunar 
  223. trajectories.
  224.  
  225. 5. GEOSYNCHRONOUS ORBIT & APOGEE KICK
  226.  
  227. From equatorial orbit, place the spacecraft into a Hohmann Transfer
  228. Orbit to Geosynchronous Apogee (at Radius Vector = 26270 miles).
  229. Find the correct velocity by trial and error, using direction
  230. of motion readouts for polar and equatorial vectors.
  231.  
  232. The objective of this part of the project is to use just enough
  233. thrust to get your spacecraft to the proper RV.  In the process
  234. you will be getting a feel for transfer orbital mechanics.
  235.  
  236. Once you have your spacecraft at the right RV, execute another
  237. burn at apogee to bring your spacecraft into uniform circular
  238. motion (UCM).  Calculate your velocity by comparing the UCM
  239. readout with your velocity readout.  Execute your burn in the
  240. direction of motion.
  241.  
  242. Confirm that you have achieved geosynchronous orbit by extended
  243. tracking in map format (the spacecraft should move in a small
  244. figure-8 VERY SLOWLY).
  245.  
  246. 6. LUNAR TRAJECTORY
  247.  
  248. By now, you should have learned that you produce a transfer 
  249. orbit by burning (usually in the direction of motion) at the
  250. point in the orbit where you want to place your perigee.  
  251. Apogee will then be located 180 degrees from perigee.  In other
  252. words, you go where you want to go by aiming your apogee.  Then,
  253. when you reach apogee, you kick your spacecraft into whatever
  254. local trajectory you want. 
  255.  
  256. Now, if you provide an additional 3.1 km/sec to your spacecraft
  257. from equatorial orbit, you will produce a transfer orbit with
  258. an apogee at about 238000 miles (i.e. at the distance of the
  259. lunar orbit).  It takes about three days for the spacecraft
  260. to make that journey.
  261.  
  262. Now all you have to do is aim your apogee at the place where 
  263. the moon will be in three days and you will get a close en-
  264. counter.  The lunar ephemerides should help you to pick your
  265. lunar window.
  266.  
  267. If at first you don't succeed...
  268.  
  269. 7. THE ADVANCED STUFF
  270.  
  271. If you have run enough lunar trajectories, you will have dis-
  272. covered rubber-banding, retrograde bypasses, lunar orbits
  273. and lunar landings.   Now, you're ready for the interesting
  274. stuff.
  275.  
  276. For example, in 1975, two Soviet astrophysicists, V. Ivashkin and N.
  277. Tupitsyn published an article pointing out that (especially at
  278. higher earth latitudes) a geosynchronous orbit could be achieved
  279. with less energy by using a lunar bypass as an accelerator into
  280. geosynchronous orbit.  In other words, instead
  281. of firing a standard transfer orbit and apogee kick (like you
  282. did in Project 5), they recommend a lunar trajectory which will
  283. loop behind the moon and fall back toward earth.  When the returning
  284. spacecraft reaches geosynchronous distance, you can execute a
  285. burn to change the orbit into geosynchronous uniform circular
  286. motion. They claim that such a procedure will require less energy
  287. than the more traditional method.
  288.  
  289. Are they right?
  290.  
  291.  
  292. Or try this one.
  293.  
  294. Suppose that we want to colonize the moon.  Large quantities of
  295. materials and manpower need to be shuttled to the moon.  Now,
  296. of course, we could transfer it all in individual spacecraft,
  297. but that's expensive and unnecessary.
  298.  
  299. Suppose instead that we placed a cargo transport in an elongated
  300. orbit with its perigee close to earth and its apogee at lunar
  301. distance.  Can we develop a trajectory which will shuttle back
  302. and forth between the earth and moon in a stable bisynchronous orbit?
  303.  
  304. If we could set up that type of trajectory, we could load the
  305. transport here and offload it there with minimum energy.
  306.  
  307.  
  308.