Päikesesüsteem ja positsioneerimine teiste kehade ümber

Kaks stsenaariumi liiki töötavad väljaspool Maa–Kuu süsteemi:

• solar-system raporteerib kataloogi iga keha ühel epohhil: asukoht ja kiirus, füüsikalised konstandid, valgusaeg ja kaugus vaatluskehast ning orbiiditrajektoor.
• body-pnt paigutab navigatsioonikasutaja (orbiidil olev kaaslane või pinnal olev maandur) mis tahes kataloogikeha ümber peale Päikese ja Maa, koos kohaliku navigatsioonikonstellatsiooni ja valikulise kaugkosmose kaugusega Maalt.

Liik constellation-design kasutab sama kataloogi konstellatsioonide ehitamiseks mis tahes nende kehade ümber (CONSTELLATION-DESIGN.md).

Kood: src/body.rs (kataloog ja selle konstandid), src/ephem.rs (analüütilised efemeriidid), src/ephem_provider.rs (AnalyticSolarSystem, pakkuja, mida mõlemad liigid loevad), src/solar_system.rs ja src/body_pnt.rs (liigid) ning src/radiometric.rs (valgusaeg, kahesuunaline kaugus ja Shapiro viivitus). Testid: tests/solar_system_horizons_reference.rs ja iga mooduli ühiktestid.

Kataloog#

Kaheksateist keha: Päike, kaheksa planeeti, Pluuto, Kuu, Phobos, Deimos, neli Galilei kuud (Io, Europa, Ganymedes, Callisto) ja Titan. Nimesid võrreldakse tõstutundlikkuseta. Iga keha kohta kannab src/body.rs gravitatsiooniparameetrit GM, ekvatoriaal- ja ruumalakeskmist raadiust, teist zonaalharmoonikut J2 ja selle etalonraadiust, kui see on avaldatud, ning Rahvusvahelise Astronoomialiidu (IAU) poolus- ja nullmeridiaani mudelit (tähtpäeva pöörlemisperiood, negatiivne tagurpidi pöörleja korral). Iga väärtus viitab koodis oma allikale.

Kust asukohad pärinevad#

table = "auto" (vaikimisi) võtab tabeli 1 vahemikus 1800 pKr kuni 2050 pKr ja tabelid 2a/2b sellest väljaspool; table1 ja table2 sunnivad ühe valima. Pluuto väljaspool oma tabelit on viga, mitte ekstrapolatsioon. Epohh on ISO 8601 kuupäev ja kellaaeg koordineeritud ülemaailmses ajas (UTC), teisendatud maise aja (TT) kaudu liigsekunditega baarütsentrilisse dünaamilisse aega (TDB), või väljaga epoch_jd_tdb otse antud TDB Juliuse kuupäev.

Sõltumatu etalon on JPL Horizons (https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons/, Development Ephemeris DE441), küsitud vektorid on kirjutatud sisse kataloogi tests/fixtures/solar_system/. Planeedi rida on VALIDATED seal, kus see jääb Standishi lehe enda nominaalvea kahekordse piiresse. Mõõdab cargo test --test solar_system_horizons_reference -- --nocapture:

• Tabel 1, Merkuurist Saturnini ja Maa–Kuu baarütsenter, 12 epohhi aastatel 1800 kuni 2049: halvim 1,87 korda nominaalviga (Saturni kaugus).
• Tabelid 2a/2b, kõik kaheksa planeeti, 15 epohhi umbes 1000 eKr kuni 2500 pKr: halvim 1,71 korda (Marsi kaugus).
• Tabeli 1 Uraan ja Neptuun ületavad DE441 vastu lehe näitajaid: 2,04 ja 5,16 korda nominaalset pikkusevea. Need on alla kuue korra kinnitatud ja jäävad MODELLED.
• Pluuto: 39,2 kaaresekundi piires pikkuses ja 1.14e9 m kauguses.
• Kuud, halvim planeedilt nähtav nurk aastatel 2000 kuni 2040: Phobos 5,65 kraadi, Deimos 0,38, Io 0,40, Europa 1,63, Ganymedes 0,22, Callisto 0,27, Titan 3,31. Geotsentriline Kuu: 0,046 kraadi.
• Planeetide kiirused: halvim suhteline viga 3.72e-3 kiirusest (MODELLED).

Kuud ja seitset kuud mõõdetakse kinnitatud lävedega, kuid nende kinnitamiseks puudub avaldatud piir, seega on need MODELLED.

Analüütilised efemeriidid ei vaja tuumafaili. JPL Development Ephemeris tuuma (DE-klassi asukohad) loevad ainult eraldi ristvalideerimise crate'id kataloogis xval/, sama EphemerisProvider trait'i kaudu; põhicrate neist ei sõltu.

solar-system#

kind = "solar-system"
epoch = "2030-01-01T00:00:00"
bodies = ["Earth", "Moon", "Mars", "Jupiter", "Europa"]
observer = "Mars"

[[links]]
from = "Europa"
to = "Earth"

Solar system at 2030-01-01T00:00:00 (JD 2462502.50080 TDB), 5 bodies, observer Mars
  Standish Table 1 (1800 AD to 2050 AD)
  Earth       0.9833 au  lon  100.18 deg  light time    1038.1 s  [VALIDATED]
  Moon        0.9815 au  lon  100.28 deg  light time    1037.8 s  [MODELLED]
  Mars        1.3814 au  lon  337.83 deg  observer  [VALIDATED]
  Jupiter     5.4235 au  lon  222.19 deg  light time    3068.4 s  [VALIDATED]
  Europa      5.4194 au  lon  222.17 deg  light time    3066.6 s  [MODELLED]
  link Europa -> Earth: one-way 2993.281 s, two-way 5986.612 s, Shapiro 33.7 us, Sun 50.0 deg

Sisendid: epoch (vaikimisi 2026-01-01T00:00:00) või epoch_jd_tdb; bodies (vaikimisi kõik kaheksateist); observer (vaikimisi Maa); track_points orbiidi kohta (8 kuni 2000, vaikimisi 120); table; ja suvaline arv [[links]], igaüks vastu võetud epohhil.

Iga keha kohta annab tulemus selle klassi ja vanema, NASA Navigation and Ancillary Information Facility (NAIF) identifikaatori, heliotsentrilise asukoha ja kiiruse Rahvusvahelises Taevaslikus Tugisüsteemis (ICRF, ekvatoriaalne J2000) meetrites ja meetrites sekundis, ekliptikaalse pikkuse, laiuse ja kauguse, asukoha oma vanema suhtes, orbiidiperioodi, ülaltoodud konstandid, pooluse ja nullmeridiaani epohhil, Standishi nominaalvea, kui see on olemas, selle sildi ja meetodisõne ning orbiiditrajektoori ühe tiiru jooksul (planeedi puhul heliotsentriline, kuu puhul vanema keskne; Päikese puhul üks punkt). Vaatleja link ja iga lisalink annavad:

• Newtoni ühesuunalise valgusaja, lahendatuna radiomeetrilise püsipunkti valgusaja lahendajaga, kus saatja on oma viivitatud asukohas, ja vastava ühesuunalise kauguse;
• kahesuunalise valgusaja ja kauguse;
• Päikese Shapiro viivituse, esitatud eraldi ja mitte liidetud;
• Päikese nurkkauguse.

Valgusaeg on VALIDATED Horizonsi raporteeritud ühesuunalise valgusaja vastu: Mars ja Jupiter Maa keskpunktini neljal epohhil aastatel 2000 kuni 2040, halvim viga 0,070 s Marsi puhul läve 0,207 s vastu ja 1,31 s Jupiteri puhul 4,04 s vastu. Lävi on sihtmärgi ja Maa–Kuu baarütsentri Standishi kaugusvigade summa kahekordne, jagatud valguse kiirusega: valgusaeg ei saa olla parem kui asukohad. See on Newtoni geomeetriline valgusaeg, mitte relativistlik ega plasmakorrigeeritud vaadeldav suurus.

Kaasasolev scenarios/solar-system-tour.toml raporteerib kõik kaheksateist keha hetkel 2026-09-28T00:00:00 180-punktiliste trajektooridega ning lisab lingid Marss–Jupiter (ühesuunaline 2193,539 s), Saturn–Maa (4212,176 s) ja Europa–Jupiter (2,218 s).

body-pnt#

Kasutaja navigeerib nime järgi valitud keha ümber (mis tahes kataloogikeha peale Päikese ja Maa, mille liik tagasi lükkab) kahe mõõtmisliigiga:

• ühesuunalised pseudovahemaad Walkeri delta navigatsioonikonstellatsioonist keha ümber (planes kaupa sats_per_plane, tasanditevaheline faasimine phasing_f), lennatud kahekeha orbiitidena keha enda sekulaarse triiviga J2; kasutaja kell on teadmata, seega kannavad need read kella nihke veergu;
• valikuliselt kahesuunaline kaugus Maa keskpunktist ([earth_link]), mis ei vaja kasutaja kella ja mida raporteeritakse ühesuunalise kaugusena oma müraga. Maa suund ja kaugus tulevad analüütilisest efemeriidist igal epohhil.

Vaatejoon on blokeeritud, kui see läbib keha keskmise raadiuse sisemust (liigi mars-pnt kõõlutest), ja pinnakasutaja vajab ka kõrgusnurga maski. Igal epohhil moodustab käivitus ainuüksi konstellatsiooni geomeetrilise ja positsiooni täpsuse halvenemise teguri (GDOP, PDOP), formaalse ühe sigma positsiooni ebakindluse koos Maa reata ja ilma, ning algväärtusega (seed) Gaussi–Newtoni vähimruutude lahendi mõlemal viisil, nii et aruanne näitab, mida kaugkosmose link lisab.

raan_deg on tõusva sõlme rektastsensioon keha ekvatoriaalsüsteemis ja u0_deg laiuskraadi argument epohhil.

Kaks kaasasolevat stsenaariumi, nagu need käivituvad kshana 0,36 all (portatiivne matemaatika, igal platvormil sama):

(RMS: ruutkeskmine.) Üks Europa epohh (t = 16 200 s) asub kättesaadavuse serval, kus arvutatud raadiuse viimane bitt otsustab, kas selle Maa kauguse lahend tehakse. Enne 0,36 otsustas selle hosti matemaatikateek, nii et sama stsenaarium trükkis kahe „koos Maa kaugusega“ näitaja jaoks 0,719 ja 86,147 m Linux x86-64 peal ning 0,725 ja 85,800 m macOS arm64 peal. Alates 0,36 arvutab iga transtsendentse funktsiooni portatiivne matemaatikateek, epohh laheneb igal platvormil ühtmoodi (natiivne ja WebAssembly annavad samad baidid) ning näitajad on 0,713 ja 86,499 m (docs/revisions/STUDIO15-portable-math-rebaseline.md). Europa ümber tõstab Maa kaugus kättesaadavuse väärtuselt 0,480 väärtusele 0,713 epohhidest. Seal, kus Maa ei tõuse kunagi limbusest kõrgemale, ei lisa link midagi: maandur kohal 89,5 kraadi S Kuul 12-satelliidilise, 5000 km releekihi all näeb Maad 0 epohhil 145-st ja selle vead on sama koos lingiga ja ilma.

MODELLED. Releeorbiidid ignoreerivad kolmandaid kehasid (Jupiteri tõmmet Europa ümber olevatele releedele ei modelleerita), müra on Gaussi esitatud tasemetel ja mõõtmismudel on hetkeline, mitte valgusajaga viivitatud. Mida kontrollitakse: releeperiood Kepleri kolmanda seaduse vastu keha jaoks, orbiidil olija hoiab oma raadiust ja maandur pinnal, Maa kaugus ei halvenda kunagi formaalset ebakindlust, algväärtusega (seed) lahendivead langevad kokku formaalse sigmaga (vea ruutkeskmine sigma suhtes vahemikus [0,6, 1,5]) ja deterministlik käivitus. Mitte midagi sellest ei ole missiooni navigatsiooniandmed.

Liik ephemeris#

Nimest hoolimata on ephemeris Maa satelliidi liik: üks satelliit kaherealisest elemendikomplektist (TLE) läbi Simplified General Perturbations 4 (SGP4) levitaja või analüütilisest orbiidist, üle ajaruudustiku. Igal sammul väljastab see inertsiaalse oleku (asukoht ja kiirus) tõelise ekvaatori, keskmise pööripunkti (TEME) süsteemis ja Geocentric Celestial Reference System (GCRS) süsteemis, Maa suhtes fikseeritud asukoha, World Geodetic System 1984 (WGS 84) satelliidialuse punkti ning valikulise maajaama puhul asimuudi, kõrgusnurga, kauguse ja kauguse muutumiskiiruse. eop_finals2000a võtab International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) finals2000A faili teksti iga epohhi UT1−UTC ja poolusliikumise jaoks. Kood: src/ephemeris.rs.

$ kshana scenarios/ephemeris.toml
scenario 0d4dd01b3160 | sgp4 (TLE) | 559 samples | alt 419–434 km | |lat| ≤ 51.8° | speed 7653–7661 m/s | max el 25.7° peak Doppler 34.3 kHz

Modelleerimata#

• Relativistlikud valgusaja liikmed peale eraldi raporteeritud Shapiro viivituse ning Päikese plasma viivitus.
• Asukohad, mis on paremad kui ülalnimetatud Standishi ja keskmiste elementide täpsus; põhicrate'is puudub tuumalugeja.
• Kolmanda keha häiringud body-pnt releedel ja constellation-design orbiitidel.
• Maastik mis tahes kehal: keha on selle keskmine sfäär.
• Koostalitlusvõime eksport: CZML, KML ja GeoJSON kirjeldavad asukohti Maa ümber, seega ei ekspordi stsenaariumid solar-system ja body-pnt midagi (INTEROP.md).

Viited#

• E. M. Standish ja J. G. Williams, „Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets“, JPL Solar System Dynamics, https://ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html.
• O. Montenbruck ja E. Gill, Satellite Orbits: Models, Methods and Applications, Springer, 2000, §3.3.2.
• B. A. Archinal et al., „Report of the IAU Working Group on Cartographic Coordinates and Rotational Elements: 2015“, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 130, 2018.
• JPL Horizons, https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons/.