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¿Existe un software de dominio público para calcular la órbita de una nave espacial?

¿Existe un software de dominio público que pueda calcular la trayectoria de una nave espacial utilizando un modelo del sistema solar (incluidos planetas y lunas)?

¿Es factible que un grupo de estudiantes de secundaria desarrolle un modelo de este tipo para un proyecto divertido (no escolar, sin calificaciones)? La idea es desarrollar un modelo que determine las características de lanzamiento para que la nave espacial visite múltiples planetas / lunas.

Primero responderé tu segunda pregunta: Dependiendo de la precisión con la que quieras que sea tu pista, ¡este es un proyecto muy capaz! Se puede crear una simulación simple pero precisa de la trayectoria de una nave espacial utilizando los llamados «conos de mosaico» y «aproximación del cuerpo». La aproximación de los dos objetos supone que en cualquier punto dado, un objeto grande (un planeta o el sol) controla el campo gravitacional en el que se encuentra la nave espacial. El método Patched Conics nos permite agrupar estos orbitales juntos. Los caminos para aproximar los dos objetos toman la forma de cónicas: círculos, una elipse, hipérbolas y parábolas. Usando este método, asumimos que a cierta distancia, la gravedad de la Tierra en la nave espacial es débil, por lo que pasamos al marco de referencia del Sol.

Una vez que expiren estos dos términos, analicemos los recursos que necesitaría para dicho proyecto. Sugeriría que lo primero que debe hacer es obtener un libro de texto sobre la dinámica de las naves espaciales. El texto de referencia, que yo sepa, es «Fundamentos de la astrodinámicaEscrito por Pat, Muller y White. El libro es accesible y ha ganado muchos ingenieros aeronáuticos a través de cursos introductorios. Este libro le guiará sobre cómo modelar las aproximaciones de los dos cuerpos y cómo «corregir» correctamente las formas cónicas a partir de un marco de referencia a otro.

Una vez finalizado el proceso de modelado, deberá crear el sistema solar como realmente es. Para hacer esto, necesitará la masa física de cada objeto, más los llamados «elementos orbitales». Estas son las variables en las que programará. Cada objeto orbital necesitará 6 elementos orbitales; con estas seis variables, puede calcular exactamente dónde está cada planeta en un momento dado. Las tablas de estos elementos para los cuerpos de nuestro sistema solar se pueden encontrar aquí: Datos del sistema solar.

Armado con un buen libro de texto y tablas de elementos correctas, ¡debería poder modelar el sistema solar e insertar su nave espacial en la posición que desee! Suponiendo que ya sabe cómo codificar, este proyecto debería tomar entre unas pocas semanas y un mes o dos, dependiendo de cuánto tiempo le dedique. ¡Definitivamente sería un buen proyecto grupal!

La primera parte de su pregunta era preguntar si realmente existen tales proyectos de propiedad pública. Aunque mis investigaciones no han mostrado ninguna calculadora de caminos de dominio público, hay varios modelos planetarios gratuitos disponibles. He vinculado uno llamado «Dominio del Sistema Solar» en la sección de la parte inferior, aunque hay muchos por ahí. Si proyectos como este te interesan, y quieres desarrollar una mejor intuición para las órbitas, hay algunos programas excelentes que te recomiendo, aunque no son gratuitos. La primera parte del programa que recomiendo es Caja de arena del universo (O tal vez una secuela más avanzada, 2 Universe Sandbox2). Universe Sandbox te permite simular cualquier dinámica orbital en el espacio, desde colisiones galácticas hasta bolas de boliche que giran unas alrededor de otras. Utiliza modelos más avanzados que aproximar los dos objetos para representar mejor la forma en que funciona la física. También viene con una serie de escenarios prefabricados, incluido nuestro propio sistema solar, completo con todos los objetos grandes y sus lunas. Universe Sandbox es exactamente lo que sugiere su nombre: una pizarra en blanco para probar diferentes ideas.

La segunda parte del programa que recomiendo es un juego llamado Programa espacial Kerbal. Aunque está ambientado en un sistema solar ficticio, es una excelente herramienta para explorar ideas de navegación del sistema solar. El programa Kerbal Space usa conos corregidos y aproxima los dos objetos, lo que puede darle una idea de cómo construir su propio modelo del sistema solar. Hay muchos recursos para ayudarlo a comenzar con Kerbal, así como a la comunidad activa de Reddit que generalmente desea ayudar a los recién llegados o aquellos que buscan beneficios educativos.

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