Die Bewegung von Körpern im Weltraum (wie Raumschiffen, Satelliten und Raumstationen) muss präzise vorhergesagt und gesteuert werden, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Die Kinematik ist ein Gebiet, das Beschreibungen und Vorhersagen der Bewegung dieser Körper im 3D-Raum entwickelt. Dieser Kurs in Kinematik deckt vier große Themenbereiche ab: eine Einführung in die Teilchenkinematik, ein tieferes Eintauchen in die Kinematik starrer Körper in zwei Teilen (beginnend mit klassischen Beschreibungen der Bewegung unter Verwendung der gerichteten Kosinusmatrix und der Euler-Winkel und abschließend mit einem Überblick über moderne Deskriptoren wie Quaternionen und klassische und modifizierte Rodrigues-Parameter). Der Kurs endet mit einem Blick auf die statische Lagebestimmung unter Verwendung moderner Algorithmen zur Vorhersage und Ausführung relativer Orientierungen von Körpern im Raum. Nach diesem Kurs werden Sie in der Lage sein... * einen Vektor aus der Sicht eines anderen rotierenden Rahmens zu differenzieren und rahmenabhängige Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvektoren abzuleiten * das Transporttheorem anzuwenden, um kinematische Teilchenprobleme zu lösen und zwischen verschiedenen Sets von Lagebeschreibungen zu übersetzen * relative Lagebeschreibungen zu addieren und zu subtrahieren und diese Beschreibungen numerisch zu integrieren, um Orientierungen über die Zeit vorherzusagen * die grundlegenden Lagekoordinateneigenschaften starrer Körper abzuleiten und die Lage aus einer Reihe von Kursmessungen zu bestimmen
Kinematik: Beschreiben der Bewegungen von Raumfahrzeugen
Dieser Kurs ist Teil von Spezialisierung Dynamik und Steuerung von Raumfahrzeugen
Dozent: Hanspeter Schaub
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Was Sie lernen werden
Differenzieren Sie einen Vektor aus der Sicht eines anderen rotierenden Rahmens und leiten Sie rahmenabhängige Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvektoren ab
Wenden Sie das Transporttheorem an, um kinematische Partikelprobleme zu lösen und zwischen verschiedenen Sets von Lagebeschreibungen zu übersetzen
Addieren und subtrahieren Sie relative Lagebeschreibungen und integrieren Sie diese Beschreibungen numerisch, um Orientierungen über die Zeit vorherzusagen
Ableitung der grundlegenden Lagekoordinateneigenschaften von starren Körpern und Bestimmung der Lage aus einer Reihe von Kursmessungen
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36 Aufgaben
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In diesem Kurs gibt es 4 Module
Dieses Modul behandelt die Teilchenkinematik. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf einer rahmenunabhängigen vektoriellen Notation. Die Position, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung von Teilchen werden mit Hilfe des Transporttheorems aus rotierenden Rahmen abgeleitet.
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13 Videos3 Aufgaben
Dieses Modul bietet einen Überblick über die Orientierungsbeschreibungen von Starrkörpern. Der 3D-Kurs wird hier entweder mit der Richtungskosinusmatrix (DCM) oder den Euler-Winkelsätzen beschrieben. Für jeden Satz werden die grundlegenden Lageadditionen und -subtraktionen besprochen sowie die differentielle kinematische Gleichung, die Koordinatensätze mit dem Winkelgeschwindigkeitsvektor des Körpers in Beziehung setzt.
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18 Videos1 Lektüre10 Aufgaben
Dieses Modul behandelt moderne Lagekoordinatensätze, darunter Euler-Parameter (Quaternionen), Hauptrotationsparameter, klassische Rodrigues-Parameter, modifizierte Rodrigues-Parameter sowie stereographische Orientierungsparameter. Für jeden Satz werden die Konzepte der Lageaddition und -subtraktion sowie die Zuordnungen zu anderen Koordinatensätzen entwickelt.
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29 Videos18 Aufgaben
In diesem Modul erfahren Sie, wie Sie aus einer Reihe von momentanen Beobachtungen (Sonnenkurs, Magnetfeldrichtung, Sternrichtung usw.) eine entsprechende 3D-Lagebestimmung berechnen können. Zu den behandelten Methoden zur Lagebestimmung gehören die TRIAD-Methode, die q-Methode von Devenport, QUEST sowie OLAE. Für jeden Algorithmus werden die Vorteile und die Herausforderungen bei der Berechnung besprochen.
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Dozent
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Geprüft am 18. Okt. 2017
Geprüft am 2. Juni 2019
Geprüft am 12. Sep. 2020
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