Dieser Kurs ist Teil der Spezialisierung Spezialisierung Spacecraft Dynamics and Control

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Hanspeter Schaub

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von

Spezialisierung Spacecraft Dynamics and ControlUniversity of Colorado Boulder

Über diesen Kurs

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As they tumble through space, objects like spacecraft move in dynamical ways. Understanding and predicting the equations that represent that motion is critical to the safety and efficacy of spacecraft mission development. Kinetics: Modeling the Motions of Spacecraft trains your skills in topics like rigid body angular momentum and kinetic energy expression shown in a coordinate frame agnostic manner, single and dual rigid body systems tumbling without the forces of external torque, how differential gravity across a rigid body is approximated to the first order to study disturbances in both the attitude and orbital motion, and how these systems change when general momentum exchange devices are introduced.
After this course, you will be able to...

*Derive from basic angular momentum formulation the rotational equations of motion and predict and determine torque-free motion equilibria and associated stabilities
* Develop equations of motion for a rigid body with multiple spinning components and derive and apply the gravity gradient torque
* Apply the static stability conditions of a dual-spinner configuration and predict changes as momentum exchange devices are introduced
* Derive equations of motion for systems in which various momentum exchange devices are present

Please note: this is an advanced course, best suited for working engineers or students with college-level knowledge in mathematics and physics.

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Spezialisierung Spacecraft Dynamics and Control

Stufe „Fortgeschritten“

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Englisch

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Dozent

Dozentenbewertung

4,88/5 (25 Bewertungen)

Hanspeter Schaub

Glenn L. Murphy Chair in Engineering, Professor

Department of Aerospace Engineering Sciences

27.855 Lernende

7 Kurse

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University of Colorado Boulder

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Lehrplan - Was Sie in diesem Kurs lernen werden

Woche

Woche 1

6 Stunden zum Abschließen

Continuous Systems and Rigid Bodies

6 Stunden zum Abschließen

19 Videos (Gesamt 158 min)

19 Videos

Kinetics: Course Introduction1m

Module 1 Introduction53

Overview of Kinetics2m

1: Continuous System Super Particle Theorem13m

2: Continuous System Kinetic Energy9m

3: Continuous System Linear Momentum2m

4: Continuous System Angular Momentum7m

Optional Review: Continuous Momentum and Energy Properties19m

5: Rigid Body Angular Momentum6m

6: Rigid Body Inertia Tensor3m

6.1: Rigid Body Inertia about Alternate Points3m

6.2: Rigid Body Inertia about Alternate Body Axes6m

7: Rigid Body Kinetic Energy6m

8: Rigid Body Equations of Motion13m

8.1: Integrating Rigid Body Equations of Motion1m

8.2 Example: Slender Rod Falling19m

(Tips for Solving Spring Particle Systems)5m

Optional Review: Rigid Body Properties14m

Optional Review: Rigid Body Equations of Motion19m

9 praktische Übungen

Concept Check 1 - Super Particle Theorem30m

Concept Check 2 - Kinetic Energy40m

Concept Check 3 - Linear Momentum5m

Concept Check 4 - Angular Momentum5m

Concept Check 5 - Rigid Body Angular Momentum10m

Concept Check 6 - Parallel Axis Theorem6m

Concept Check 6.1 - Coordinate Transformation30m

Concept Check 7 - Kinetic Energy8m

Concept Check 8 - Equations of Motion40m

Woche

Woche 2

7 Stunden zum Abschließen

Torque Free Motion

The motion of a single or dual rigid body system is explored when no external torques are acting on it. Large scale tumbling motions are studied through polhode plots, while analytical rate solutions are explored for axi-symmetric and general spacecraft shapes. Finally, the dual-spinner dynamical system illustrates how the associated gyroscopics can be exploited to stabilize any principal axis spin.

7 Stunden zum Abschließen

17 Videos (Gesamt 166 min)

17 Videos

Module 2 Introduction1m

1: Torque Free Motion Polhode Plots33m

1.1 Example: Special Polhode Plots3m

2: Torque Free Motion Axisymmetric Solution5m

3: Torque Free Motion General Inertia Case14m

4: Torque Free Motion Integrals of Motion6m

5: Torque Free Motion Phase Space Plots9m

5 Example: Phase Space Plots for Varying Energy Levels4m

6: Torque Free Motion Attitude Precession11m

6 Example: Phase Space Plot of Duffing Equation4m

Optional Review: Torque Free Motion10m

7: Dual Spinner Equations of Motion11m

8: Dual Spinner Spin Equilibria7m

9: Dual Spinner Linear Stability11m

9 Example: Dual Spinner Stability10m

9.1: Spin Up Considerations13m

Optional Review: Dual Spinner EOM and Equilibria7m

9 praktische Übungen

Concept Check 1 - Rigid Body Polhode Plots30m

Concept Check 2 - Torque Free Motion with Axisymmetric Body30m

Concept Check 3 - Torque Free Motion General Inertia1h 10m

Concept Check 4 - Torque Free Motion Integrals of Motion30m

Concept Check 5 - Torque Free Motion Phase Space Plots30m

Concept Check 6 - Torque Free Motion Precession15m

Concept Check 7 - Dual Spinner Equations of Motion15m

Concept Check 8 - Dual Spinner Equilibria30m

Concept Check 9 - Dual Spinner Linear Stability25m

Woche

Woche 3

2 Stunden zum Abschließen

Gravity Gradients

2 Stunden zum Abschließen

7 Videos (Gesamt 77 min)

7 Videos

Module 3 Introduction1m

1: Gravity Gradient Torque Development19m

1.1: Gravity Gradient Torque in Body Frame7m

1.2: Gravity Gradient Net Spacecraft Force9m

2: Gravity Gradient Relative Equilibria Orientations10m

3: Gravity Gradient Linear Stability about Equilibria22m

Extra Example: Gravity Gradient Polar Pear Mission5m

3 praktische Übungen

Concept Check 1 - Gravity Gradient Derivation15m

Concept Check 2 - Gravity Gradient Equilibria6m

Concept Check 3 - Gravity Gradient Linear Stability30m

Woche

Woche 4

6 Stunden zum Abschließen

Equations of Motion with Momentum Exchange Devices

6 Stunden zum Abschließen

7 Videos (Gesamt 95 min)

7 Videos

Module 4 Introduction1m

1: Introduction to Momentum Exchange Devices2m

1.2: Overview of Momentum Control Devices16m

2: VSCMG Equations of Motion Development41m

3: VSCMG Motor Torque Equations8m

4: VSCMG EOM Variations9m

Optional Review of Momentum Exchange Devices15m

4 praktische Übungen

Concept Check 1 - Overview of Momentum Exchange Devices30m

Concept Check 2 - VSCMG Equations of Motion1h

Concept Check 3 - VSCMG Motor Torque Equations30m

Concept Check 4 - VSCMG EOM Variations30m

Bewertungen

4.8

28 Bewertungen

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84,42 %
4 stars
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Top-Bewertungen von KINETICS: STUDYING SPACECRAFT MOTION

von RP24. Aug. 2021

Good course. Buying the book by Prof. Schaub will help you a lot in succeeding in this course.

von NB25. Feb. 2019

excellent course content with knowledgeable professor. Challenging to learn and focused on both analytical theory and practical example.

von OM30. Apr. 2021

Great course, interesting and well taught.

For future updates to the course my suggestion is to give a computational example regarding the material covered in week 4

von JP22. Sep. 2020

A good course to understand concept and practical evaluation process to useit on field.

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Über den Spezialisierung Spacecraft Dynamics and Control

Spacecraft Dynamics and Control covers three core topic areas: the description of the motion and rates of motion of rigid bodies (Kinematics), developing the equations of motion that prediction the movement of rigid bodies taking into account mass, torque, and inertia (Kinetics), and finally non-linear controls to program specific orientations and achieve precise aiming goals in three-dimensional space (Control). The specialization invites learners to develop competency in these three areas through targeted content delivery, continuous concept reinforcement, and project applications.

Häufig gestellte Fragen

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Kinetics: Studying Spacecraft Motion

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