آموزش مکانیک مدارهای فضایی – هوافضا و المپیاد نجوم

تدریس خصوصی مکانیک مدارهای فضایی

در صورت نیاز به کلاس مشاوره تز و آموزش بهم پیام بدید. 09364166626     حل پروژه دانشجوها و حل تمرین و تکلیف قبول نمیشه، صرفاً آموزش و رفع اشکال انحام میشه.

پروژه مکانیک مدارهای فضایی

پروژه های صنعتی سازمانها و شرکتهای خصوصی، توسعه نرم افزار و خدماتی از این دست ارائه میشه.

کتاب مکانیک مدارهای فضایی

کتاب‌های زیر برای دانشجویان هوافضا در سطوح مختلف (مقدماتی، متوسط، پیشرفته و تخصصی) دسته‌بندی شده‌اند. هر کتاب با توضیح مختصر ویژگی‌ها و نقاط قوت آن معرفی شده است.

کتاب‌های مقدماتی (Introductory Texts)

این کتاب‌ها برای دانشجویان سال‌های اولیه مناسب‌اند و مفاهیم پایه‌ای را با زبانی ساده و مثال‌های عملی آموزش می‌دهند.

1. Fundamentals of Astrodynamics (Roger R. Bate, Donald D. Mueller, Jerry E. White)
   • کتاب کلاسیک (معروف به BMW) با توضیحات واضح و مشتق‌گیری‌های گام‌به‌گام، پایه‌های مکانیک مداری را بدون نیاز به ریاضیات پیشرفته آموزش می‌دهد.
   • تمرکز ویژه بر مدارهای دوجسمی و انتقال‌های مداری، با مثال‌های واقعی از مأموریت‌های ناسا.
   • ارزان و در دسترس (ویرایش Dover)، ایده‌آل برای دانشجویان تازه‌کار که به دنبال درک شهودی هستند.
   • شامل مسائل تمرینی فراوان برای تمرین عملی، بدون پیچیدگی‌های نرم‌افزاری.
2. Orbital Mechanics for Engineering Students (Howard D. Curtis)
   • ویرایش چهارم (2020) با گرافیک‌های مدرن و مثال‌های MATLAB، یادگیری را تعاملی می‌کند.
   • توضیح منحصربه‌فرد اختلالات مداری (perturbations) با تمرکز بر کاربردهای مهندسی هوافضا.
   • شامل ابزارهای محاسباتی یکپارچه و مثال‌های واقعی از ماهواره‌ها، بهتر از رقبا در ترکیب تئوری و عمل.
   • مناسب دانشجویان با تمرکز بر حل مسائل عملی، با واژه‌نامه و تمرین‌های به‌روز.
3. Introduction to Space Dynamics (William Tyrrell Thomson)
   • کتاب کلاسیک (1961) با تمرکز بر دینامیک فضایی پایه، ایده‌آل برای درک فیزیکی بدون فرمول‌های پیچیده.
   • توضیح بهتر از دیگران در مورد پایداری مدارها و اثرات گرانشی، با دیاگرام‌های ساده.
   • شامل مثال‌های تاریخی از پروازهای اولیه فضایی، که بقیه کتاب‌ها کمتر پوشش می‌دهند.
   • سبک نوشتاری روان و کوتاه، مناسب برای دانشجویان که زمان کمی دارند.

کتاب‌های متوسط (Intermediate Texts)

این کتاب‌ها برای دانشجویان متوسط مناسب‌اند و بر ریاضیات و کاربردهای متوسط با مثال‌های پیشرفته‌تر تمرکز دارند.

4. Orbital Mechanics (John E. Prussing, Bruce A. Conway)
   • تمرکز بر بهینه‌سازی مدارها و انتقال‌های چندجسمی، با روش‌های عددی منحصربه‌فرد.
   • توضیح عمیق‌تر از رقبا در مورد مدارهای نسبی و کنترل، ایده‌آل برای طراحی ماهواره.
   • شامل مسائل چالش‌برانگیز برای تمرین، با تأکید بر کاربردهای عملی هوافضا.
   • کتاب مرجع قوی برای دانشجویان متوسط، بدون نیاز به نرم‌افزار پیچیده.
5. Modern Orbital Mechanics (William E. Wiesel)
   • ویرایش 2006 با تمرکز بر روش‌های عددی مدرن برای شبیه‌سازی مدارها.
   • منحصربه‌فرد در پوشش مدارهای ناپایدار و اثرات جزر و مدی، بهتر توضیح داده شده.
   • شامل کدهای FORTRAN ساده برای دانشجویان، که بقیه کمتر دارند.
   • سبک مدرن و مختصر، مناسب برای کسانی که به شبیه‌سازی علاقه‌مندند.
6. An Introduction to the Mathematics and Methods of Astrodynamics (Richard H. Battin)
   • کتاب کلاسیک (1999) با ریاضیات دقیق برای روش‌های تحلیلی مداری.
   • توضیح برتر در مورد تقریب‌های کیپلری و مدارهای بیضوی، با مثال‌های ناسا.
   • تمرکز بر تاریخچه و توسعه روش‌ها، که عمق بیشتری به یادگیری می‌دهد.
   • مناسب دانشجویان متوسط با علاقه به ریاضیات، با مسائل پیشرفته.

کتاب‌های پیشرفته (Advanced Texts)

این دسته برای دانشجویان ارشد یا کارشناسی ارشد با تمرکز بر موضوعات پیچیده و محاسباتی مناسب است.

7. Fundamentals of Astrodynamics and Applications (David A. Vallado)
   • ویرایش چهارم (2013) مرجع جامع با نرم‌افزارهای کاربردی مانند STK.
   • منحصربه‌فرد در پوشش اختلالات پیشرفته و ناوبری فضایی، با داده‌های واقعی.
   • شامل مثال‌های از مأموریت‌های GPS و ISS، بهتر از دیگران در کاربردهای عملی.
   • ایده‌آل برای دانشجویان پیشرفته، با صدها مسئله و منابع اضافی.
8. Analytical Mechanics of Space Systems (Hanspeter Schaub, John L. Junkins)
   • تمرکز بر مکانیک تحلیلی برای سیستم‌های فضایی، با روش‌های لاگرانژی.
   • توضیح عمیق‌تر در مورد کنترل وضعیت و مدارهای نسبی، منحصربه‌فرد برای هوافضا.
   • شامل مدل‌های چندجسمی پیشرفته، که بقیه کمتر پوشش می‌دهند.
   • مناسب دانشجویان با زمینه ریاضی قوی، با مثال‌های شبیه‌سازی.
9. Spacecraft Dynamics and Control: An Introduction (Marcel J. Sidi)
   • کتاب 1997 با تمرکز بر دینامیک و کنترل فضاپیما در مدار.
   • منحصربه‌فرد در ترکیب کنترل خطی با مکانیک مداری، با مثال‌های پایداری.
   • توضیح بهتر از رقبا در اثرات آیرودینامیکی در مدارهای پایین.
   • شامل مسائل پیشرفته برای طراحی سیستم‌های کنترل.

کتاب‌های کاربردی و تخصصی (Applied and Specialized Texts)

این کتاب‌ها بر کاربردهای عملی، طراحی مأموریت و موضوعات خاص تمرکز دارند و برای پروژه‌های دانشجویی مناسب‌اند.

10. Orbital Mechanics and Astrodynamics: Techniques and Tools for Space Missions (Gerald R. Hintz)
    • ویرایش دوم (2021) با ابزارهای محاسباتی برای طراحی مأموریت.
    • تمرکز منحصربه‌فرد بر مدارهای خورشید-هم‌زمان و کمک گرانشی.
    • شامل مثال‌های از مأموریت‌های مریخ، با گرافیک‌های عالی.
    • ایده‌آل برای دانشجویان علاقه‌مند به طراحی، با تمرکز بر ابزارهای نرم‌افزاری.
11. Handbook of Satellite Orbits: From Kepler to GPS (Michel Capderou)
    • کتاب 2014 با تمرکز بر مدارهای ماهواره‌ای و GPS.
    • توضیح بهتر در مورد اختلالات ژئوپتانسیل، منحصربه‌فرد برای کاربردهای زمینی.
    • شامل جداول و فرمول‌های آماده، مناسب برای محاسبات سریع.
    • سبک مرجع‌مانند، با گرافیک‌های دقیق برای دانشجویان تخصصی.
12. Orbital Mechanics (Vladimir A. Chobotov)
    • ویرایش سوم (2002) با تمرکز بر ایمنی مدار و مدیریت زباله‌های فضایی.
    • منحصربه‌فرد در پوشش ریسک‌های مداری، که بقیه کمتر دارند.
    • مثال‌های از عملیات واقعی ماهواره، با مسائل عملی.
    • مناسب دانشجویان پیشرفته در مدیریت مأموریت.
13. Modern Astrodynamics: Fundamentals and Perturbation Methods (Victor R. Bond, Mark C. Allman)
    • کتاب 1996 با روش‌های اختلال پیشرفته.
    • توضیح عمیق‌تر در تقریب‌های همیلتونی، برای مدل‌سازی دقیق.
    • تمرکز بر انتقال‌های بین‌سیاره‌ای، با مثال‌های عددی.
    • ایده‌آل برای دانشجویان با علاقه به محاسبات پیشرفته.
14. Space Vehicle Dynamics and Control (Bong Wie)
    • ویرایش دوم (2008) با تمرکز بر دینامیک وسایل نقلیه فضایی.
    • منحصربه‌فرد در کنترل فعال مدارها با هوش مصنوعی.
    • شامل شبیه‌سازی‌های MATLAB، بهتر از رقبا در کاربردها.
    • مناسب برای پروژه‌های دانشجویی در کنترل.
15. Fundamentals of Space Systems (Vincent L. Pisacane)
    • کتاب 2005 با نگاهی جامع به سیستم‌های فضایی.
    • توضیح بهتر در ادغام مکانیک مداری با الکترونیک.
    • مثال‌های از سیستم‌های ماهواره‌ای واقعی، با گرافیک‌های خوب.
    • ایده‌آل برای دانشجویان هوافضا با تمرکز سیستمی.
16. Space Mission Analysis and Design (James R. Wertz)
    • ویرایش سوم (1999) مرجع طراحی مأموریت.
    • تمرکز منحصربه‌فرد بر تحلیل هزینه-فایده مدارها.
    • شامل چک‌لیست‌های عملی، که بقیه ندارند.
    • مناسب برای دانشجویان در مرحله طراحی.
17. Orbit and Constellation Design (James R. Wertz)
    • کتاب 2011 با تمرکز بر طراحی صورت‌های فلکی.
    • توضیح برتر در بهینه‌سازی مدارهای چندماهواره‌ای.
    • مثال‌های از Starlink، با ابزارهای محاسباتی.
    • ایده‌آل برای دانشجویان مدرن هوافضا.
18. An Introduction to Spaceflight (Eric Rogers)
    • کتاب کلاسیک با تمرکز بر پرواز فضایی و مدار.
    • منحصربه‌فرد در توضیح فیزیکی ساده مدارهای escape.
    • سبک روایی، مناسب برای درک مفهومی.
    • شامل مسائل تاریخی برای عمق بیشتر.
19. Rocket and Spacecraft Propulsion (Martin J. L. Turner)
    • ویرایش سوم (2008) با تمرکز بر پیشرانش در مدار.
    • توضیح بهتر در تأثیر پیشرانش بر تغییر مدار.
    • مثال‌های از موشک‌های مدرن، با گرافیک‌های عالی.
    • مناسب دانشجویان با علاقه به ادغام پیشرانش و مداری.
20. Human Spaceflight: Mission Analysis and Design (Larry D. James, Peter W. Young)
    • کتاب 2006 با تمرکز بر مأموریت‌های سرنشین‌دار.
    • منحصربه‌فرد در تحلیل مدارهای سرنشین‌دار و ایمنی.
    • شامل مطالعات موردی از آپولو، بهتر توضیح داده شده.
    • ایده‌آل برای دانشجویان علاقه‌مند به اکتشاف انسانی.

فصلهای درس مکانیک مدارهای فضایی برمبنای کتاب curtis

فهرست فصل‌های کتاب مکانیک مدارهای فضایی (Orbital Mechanics for Engineering Students)
نوشته هوارد دی. کرتیس (ویرایش چهارم، ۲۰۲۰)

1. دینامیک اجرام نقطه‌ای (Dynamics of Point Masses)
   – سینماتیک برداری در سه بعد (Vector kinematics in three dimensions)
   – قوانین حرکت نیوتن (Newton’s laws of motion)
   – قانون گرانش نیوتن (Newton’s law of gravitation)
   – معادلات دیفرانسیل حرکت (Equations of motion)
   – شتاب‌های نسبیتی (Relativistic effects)
   – بردارهای سرعت و شتاب (Velocity and acceleration vectors)
   – انرژی جنبشی و پتانسیل (Kinetic and potential energy)
   – سیستم‌های مرجع اینرسی (Inertial reference frames)
2. مسئله دو جسم (The Two-Body Problem)
   – قوانین کپلر (Kepler’s laws of planetary motion)
   – مدارهای بیضوی، هذلولوی و سهمی (Elliptical, hyperbolic, and parabolic orbits)
   – انرژی و تکانه زاویه‌ای (Energy and angular momentum)
   – عناصر مداری (Orbital elements)
   – معادله مدار (Equation of the orbit)
   – زمان‌بندی مداری (Orbital period)
   – موقعیت در مدار (Position in orbit)
   – تبدیل مختصات (Coordinate transformations)
3. موقعیت مداری به عنوان تابعی از زمان (Orbital Position as a Function of Time)
   – معادله کپلر (Kepler’s equation)
   – ناهنجاری‌های حقیقی و اگزانتریک (True and eccentric anomalies)
   – ناهنجاری متوسط (Mean anomaly)
   – روش‌های عددی حل معادله کپلر (Numerical solutions to Kepler’s equation)
   – تقریب‌های مداری (Orbital approximations)
   – زمان پرواز در مدار (Time of flight)
   – پیش‌بینی موقعیت (Position prediction)
4. مدارها در سه بعد (Orbits in Three Dimensions)
   – عناصر مداری سه‌بعدی (Three-dimensional orbital elements)
   – تبدیل مختصات مداری (Orbital coordinate transformations)
   – چرخش‌های زمین‌مرکزی (Geocentric rotations)
   – زوایای اویلر (Euler angles)
   – ژئومتری مدارهای مخروطی (Geometry of conic sections)
   – بردارهای حالت مداری (State vectors)
   – اثرات پیش‌روی گره (Nodal precession)
   – سیستم‌های مرجع مداری (Orbital reference frames)
5. تعیین مدار مقدماتی (Preliminary Orbit Determination)
   – روش گیبس (Gibbs method)
   – روش لاپلاس (Laplace method)
   – روش گاوس (Gauss method)
   – مشاهدات راداری (Radar observations)
   – تصحیح مدار (Orbit improvement)
   – تحلیل داده‌های ردیابی (Tracking data analysis)
   – تخمین خطا (Error estimation)
6. مانورهای مداری (Orbital Maneuvers)
   – مانور هافمن (Hohmann transfer)
   – تغییر صفحه مداری (Plane change maneuvers)
   – انتقال دو‌تکانه (Bi-elliptic transfer)
   – مانورهای تکانه‌ای (Impulsive maneuvers)
   – مانورهای پیوسته (Continuous thrust maneuvers)
   – بهینه‌سازی سوخت (Fuel optimization)
   – تغییر ارتفاع مداری (Altitude change)
   – تحلیل زمان‌بندی مانور (Maneuver timing)
7. حرکت نسبی و ملاقات مداری (Relative Motion and Rendezvous)
   – معادلات کلین-سمولر (Clohessy-Wiltshire equations)
   – معادلات هیل (Hill’s equations)
   – ملاقات مداری (Rendezvous maneuvers)
   – پروازهای نسبی (Relative motion trajectories)
   – کنترل مسیر ملاقات (Rendezvous path control)
   – تحلیل پایداری نسبی (Relative stability analysis)
   – بهینه‌سازی ملاقات (Rendezvous optimization)
8. مسیرهای بین‌سیاره‌ای (Interplanetary Trajectories)
   – انتقال هافمن بین‌سیاره‌ای (Interplanetary Hohmann transfer)
   – پنجره‌های پرتاب (Launch windows)
   – مدارهای هذلولوی (Hyperbolic trajectories)
   – اثر جاذبه سیارات (Gravitational assist)
   – تحلیل مسیرهای بین‌سیاره‌ای (Interplanetary trajectory analysis)
   – بهینه‌سازی مسیر (Trajectory optimization)
   – اثرات نیروی خورشیدی (Solar radiation effects)
   – زمان‌بندی پرواز بین‌سیاره‌ای (Interplanetary flight timing)
9. دینامیک جسم صلب (Rigid Body Dynamics)
   – ممان‌های اینرسی (Inertia tensor)
   – معادلات اویلر (Euler’s equations)
   – پایداری دوران (Rotational stability)
   – گشتاورهای خارجی (External torques)
   – دینامیک چرخش سه‌بعدی (Three-dimensional rotation)
   – تحلیل انرژی دورانی (Rotational energy analysis)
   – تبدیل‌های ماتریسی (Matrix transformations)
10. دینامیک وضعیت ماهواره (Satellite Attitude Dynamics)
    – کنترل وضعیت (Attitude control)
    – کواترنیون‌ها (Quaternions for rotation)
    – گجت‌های کنترل (Control moment gyros)
    – پایداری وضعیت (Attitude stability)
    – حسگرهای وضعیت (Attitude sensors)
    – دینامیک گشتاور (Torque dynamics)
    – روش‌های کنترل فعال (Active control methods)
11. دینامیک وسیله نقلیه موشکی (Rocket Vehicle Dynamics)
    – معادلات پرواز صعودی (Ascent trajectory)
    – نیروی رانش و جرم متغیر (Thrust and variable mass)
    – پایداری موشک (Rocket stability)
    – تحلیل مسیر پرواز (Flight path analysis)
    – اثرات آیرودینامیکی (Aerodynamic effects)
    – بهینه‌سازی رانش (Thrust optimization)
    – معادله موشک تسلیولوسکی (Tsiolkovsky rocket equation)
12. مقدمه‌ای بر اختلالات مداری (Introduction to Orbital Perturbations)
    – اختلالات گرانشی (Gravitational perturbations)
    – اختلالات جوی (Atmospheric drag)
    – اختلالات مغناطیسی (Magnetic perturbations)
    – روش‌های عددی برای اختلالات (Numerical perturbation methods)
    – اثر فشار تابش خورشیدی (Solar radiation pressure)
    – پیش‌روی گره و پیرامدار (Nodal and apsidal precession)
    – تحلیل پایداری مداری (Orbital stability analysis)