Эфемериды, DE406, SPICE и т.д. Помогите разобраться.

[Dust Raider]

Здравствуйте.

Возникла потребность понять, как строятся и что в себе содержат эфемериды для софта, выполняющего астродинамические расчёты. Сталкиваюсь с этой тематикой впервые, поэтому, почитав интернет, несколько потерялся в полученной информации.

Есть некие математические модели DE403, DE406 и т.д. Они делаются в JPL, и доступны, например, через JPL HORIZONS Web Interface. Насколько я понял, где-то в JPL есть каталог известных небесных тел Солнечной Системы, в котором движение всех тел описывается каким-то особо хитрым образом (не с помощью обычных кеплеровых элементов орбиты), на основе которого HORIZONS формирует для пользователя какой-то файл с таблицей эфемерид в каком-то более-менее понятном человеку формате. Верно ли это, или я что-то упускаю?

Далее, есть программы для расчётов астродинамики, типа NASA GMAT или прочих подобных. В их инструкциях говорится что для расчётов они используют модели DE (403, 405, 406 и другие). При этом, если требуется, например, добавить новое небесное тело в симуляцию (или смоделировать другую планетную систему), то требуется набор SPICE-файлов. SPICE-файлы, как я понял из вот этого описания, это такой уложенный в несколько файлов сложный набор данных, содержащий в себе орбитальные параметры объекта (содержатся в файле SPK), его всякие физические параметры (в файле PCK), и много чего ещё.

Эти SPICE-файлы вызывают у меня наибольшее количество вопросов.
В инструкции к GMAT-у сказано что их надо брать на сайтах Solar System Dnamics или NAIF. Там действительно можно сгенерировать их. Насколько я понимаю, они генерируются из DE-модели для известных, реально существующих объектов. Но - могут ли они быть сгенерированы не на основе моделей DE, а, например, из обычной таблички с кеплеровыми параметрами орбит объектов? Могут ли они быть сгенерированы для не включённых в модель DE объектов (например, для вымышленных объектов)? Есть ли какие-нибудь утилиты или наборы библиотек для этого? (Я знаю что есть штатные утилиты SPICE но в них я не нашёл ничего подходящего.)

[Geen]

А какова цель?

[Toth]

Насколько я понял, где-то в JPL есть каталог известных небесных тел Солнечной Системы, в котором движение всех тел описывается каким-то особо хитрым образом (не с помощью обычных кеплеровых элементов орбиты),

Конечно, не с помощью кеплеровых элементов орбит. ЭО дают точное решение только для задачи 2-х тел ( если не учитывать эффекты ОТО при не очень больших массах и скоростях).

А для расчета движения тел Солнечной системы JPL хитрым образом использует законы Ньютона и ОТО . Возможно еще давление света учитывает для малых тел. Численным методом решает систему дифф. уравнений, это называется интегрирование движения.
И результат публикует в виде наборов коэффициентов для полиномов Чебышева. По 3 набора для X,Y,Z координат в экваториальной барицентрической системе.

Далее, есть программы для расчётов астродинамики

Астродинамика - это про движение искусственных космических тел. То есть, кроме вышеуказанного там еще реактивные двигатели.
Вам что надо - движение космических кораблей или движение планет ?

[SkyHoax]

Насколько я понял, где-то в JPL есть каталог известных небесных тел Солнечной Системы, в котором движение всех тел описывается каким-то особо хитрым образом (не с помощью обычных кеплеровых элементов орбиты),

А для расчета движения тел Солнечной системы JPL хитрым образом использует законы Ньютона и ОТО . Возможно еще давление света учитывает для малых тел. Численным методом решает систему дифф. уравнений, это называется интегрирование движения.
И результат публикует в виде наборов коэффициентов для полиномов Чебышева. По 3 набора для X,Y,Z координат в экваториальной барицентрической системе.

Разрешите несогласиться. Эфемерида, - это на самом деле обобщенный ряд Фурье. Т.е. некая функция  разложеная в ряд на основе ортогональных полиномов (Чебышева, Эрмита, Лагерра и пр.). Традиционно  принято использовать полиномы Чебышева. Ни о каком «хитром» использовании законов Ньютона, Кеплера или ОТО для определения коэффициентов многочлена речи быть не может. Каждый коэффициент (а их тысячи) вносит свой вес от самого максимального до настолько малого, что просто отбрасывается как порядок точности. Коэффициенты получаются ЭМПИРИЧЕСКИ на основе накопленых наблюдений. То что утверждается, что дескать эта гармоника давление света, а эта гармоника влияние нутации, а эта гармоника результат искривления пространства Солнцем, - так это полный бред! Орбиты тел, - это ограниченая на отрезке функция, циклически повторяющаяся во времени. Разложение ее на ряды Фурье с помощью полиномов, - чисто математический метод приведения ее к набору коэффициентов гармоник, которые никакого физического смысла не несут!
Вся эта ахинея с назначением физического смысла каким-то коэффициентам существует только для того, чтобы замылить тот факт, что никакие законы Кеплера, Ньютона и ОТО НЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ для расчета эфемерид! Есть база наблюдений как график трехмерной функции. Разложили, получили коэффициенты, - все! Можно использовать в софте, полагая, что в будущем функция повторится с той же точностью. Но спустя некоторое время, часто оказывается, что не совпадает. Тогда вновь раскладываем, «уточняем», называем это громким словом «теория» и ищем объяснялки, чтобы снова замылить тот факт, что понятия не имеем почему так происходит, что не можем до сих пор решить проблему трех тел, и даже нормальную теорию движения Луны выродить не способны. Поэтому, давайте лучше будем искать экзопланеты и черные дыры!, - там то уж точно все понятно, поскольку простор для фантазий равен простору космоса, и хрен кто проверит. А если будут сомнения, то Морган Фримен все расскажет о черных дырах.)))))

[Toth]

Ни о каком «хитром» использовании законов Ньютона, Кеплера или ОТО для определения коэффициентов

хитрым образом - это у меня шутка юмора такая. Это я так ТС передразнил.
И кстати , законы Ньютона используют не для определения коэффициентов , а для расчета положений ( X,Y,Z ) и скоростей (Vx,Vy,Vz). А в виде коэфф. Чебышева просто представляют результат. Можно было бы просто в виде таблиц координат с каким-то шагом , но удобнее в виде коэфф.

Можно конечно искать какой-то философский или физический смысл в этих коэффициентах, но мне кажется, для этого время уже прошло. Лет 400 назад было бы актуально.

[Dust Raider]

Конечно, не с помощью кеплеровых элементов орбит. ЭО дают точное решение только для задачи 2-х тел

Хм. Удивляюсь, как я сам об этом не подумал! Тогда всё становится понятнее. Спасибо.

Астродинамика - это про движение искусственных космических тел.

Знаю.

А какова цель?

Вам что надо - движение космических кораблей или движение планет ?

Хочется построить во "взрослой" астродинамической программе (например, в том же GMAT) модель другой планетной системы (не похожей на Солнечную - например, системы двойной звезды) и изучить траектории полётов в ней, используя инструментарий для их оптимизации.

[SkyHoax]

И кстати , законы Ньютона используют не для определения коэффициентов , а для расчета положений ( X,Y,Z ) и скоростей (Vx,Vy,Vz). А в виде коэфф. Чебышева просто представляют результат. Можно было бы просто в виде таблиц координат с каким-то шагом , но удобнее в виде коэфф.

В этом и есть ключевой момент. Законы Ньютона не используются для определения положений и скоростей небесных тел. Раскладываются и апроксимируется отдельно три функции в системах координат (X;t), (Y;t) и (Z;t), где t-время, на основе только базы данных наблюдений! Никаких расчетов положений и скорости не проводят, - чисто эмпирические данные. В результате и получают коэффициенты, которые простым преобразованием Фурье и дают непрерывные функции положения-скоростей, называемые эфемеридами.
PS: если бы мы могли на основе каких-то законов расчитать точные положения и скорости небесных тел, то просто так бы и поступали. И никакие полиномы Чебышева нам не нужны были бы по определению!

[Monstr]

Хочется построить во "взрослой" астродинамической программе (например, в том же GMAT) модель другой планетной системы (не похожей на Солнечную - например, системы двойной звезды) и изучить траектории полётов в ней, используя инструментарий для их оптимизации.

Тогда эфемериды DE вам не нужны. Да и может ли GMAT делать расчеты для другой звездной системы? Ведь наверняка в ней заложены все характеристики лишь Солнечной системы (в первую очередь массы тел).

[SkyHoax]

Да эфемериды ТС вообще не нужны для его задачи. Абсолютно. Как я уже сказал выше, эфемериды это преобразование дискретных данных наблюдений в непрерывную функцию. Для моделирования фантазийной системы достаточно сделать расчеты по Кеплеру-Ньютону для нескольких точек графика орбиты, и если нужно для удобства, то можно разложить обычным методом Фурье, получив апроксимированную непрерывную функцию - все равно модель на основе Кеплера-Ньютона будет грубой и похожей на реальность как микроскоп на лопату.

[Geen]

модель другой планетной системы

Берёте Ньютона, в первом приближении, и "строите"... Если надо точнее, берёте ППН, учитываете сплюснутости, влияние соседних звёзд или галактические приливы...

[Geen]

Коэффициенты получаются ЭМПИРИЧЕСКИ на основе накопленых наблюдений.

Дайте, пожалуйста, соответствующую цитату из статьи о построении соответствующих эфемерид.
Но можете начать с вопроса попроще - расскажите, пожалуйста, что такое динамическое время.

[Toth]

модель другой планетной системы

Да, как уже советовали - Ньютон в помощь. И численные методы . Это конечно дело не одного дня, муторное, но увлекательное.
Что-то подобное уже обсуждали, - Упрощенное моделирование движения в гравитационном поле

[SkyHoax]

Коэффициенты получаются ЭМПИРИЧЕСКИ на основе накопленых наблюдений.

Дайте, пожалуйста, соответствующую цитату из статьи о построении соответствующих эфемерид.
Но можете начать с вопроса попроще - расскажите, пожалуйста, что такое динамическое время.

Ага, щас! Я вас к стенке прижму, а вы мне бан влепите, как на этом форуме заведено. Лучше помолчу...
Имеющий уши да услышит. Имеющий ум да поймет...

[Geen]

как на этом форуме заведено.

Тогда я Вам настоятельно советую не ходить на этот форум.

Лучше помолчу...

Я настаиваю на ответе.

[SkyHoax]

как на этом форуме заведено.

Тогда я Вам настоятельно советую не ходить на этот форум.

Лучше помолчу...

Я настаиваю на ответе.

Вы меня в тупик ставите, - вы одновременно: настоятельно советуете не ходить на форум, и в то же время настаиваете на ответе. Вы определитесь. Так что выбираете: забанить или получить ответ? Мне все равно, только чур без подлости, - что-то одно.

[Geen]

Вы меня в тупик ставите

По делу ответ будет? Или только на троллинг хватает?

[SkyHoax]

Вы меня в тупик ставите

По делу ответ будет? Или только на троллинг хватает?

Я не троллю)) Ответ конечно будет, если вы гарантируете, что адекватно воспримите обоснованное мнение, которое отличается от вашего. А то у меня уже имеется негативный опыт.

[xd]

Комментарий модератора

SkyHoax 50% за флуд в этой и соседних темах