Mechanika kosmického letu (FSI-OZ0-A)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D.  
Garantující pracoviště: LÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je seznámit studenty s progresivně se rozvíjejícím oborem technické činnosti v oblasti letecko-kosmických dopravních prostředků a hlavními problémy kosmických letů.
Výstupy studia a kompetence:
Osvojení si základních principů mechaniky kosmického letu. Základní teoretické poznatky o letecko-kosmické technice (nosné rakety, vesmírné sondy a stanice).
Prerekvizity:
Základy vysokoškolské matematiky - diferenciální a integrální počet, obyčejné diferenciální rovnice. Základy obecné mechaniky - silové účinky na tělesa, kinematika, dynamika prostorového pohybu tělesa.
Obsah předmětu (anotace):
Historický úvod do kosmonautiky. Problém kosmického letu a jeho technické řešení. Základy mechaniky kosmického letu. Pasivní pohyb kosmických těles. Umělé družice. Aktivní pohyb kosmických těles. Dynamika pohybu rakety. Letové výkony nosné rakety. Manévrování na oběžné dráze. Meziplanetární lety. Návratové problémy. Vícenásobně použitelné letecko-kosmické dopravní prostředky.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.
Způsob a kritéria hodnocení:
Klasifikovaný zápočet povinného předmětu se uděluje za účast a vypracování všech úloh ve cvičeních a úspěšný závěrečný test. Klasifikace dle Studijního a zkušebního řádu FSI.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přednášky jsou nepovinné, cvičení jsou povinné. Náhrada formou individuálně zadávané a doporučené literatury k samostudiu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

1. Historický úvod do kosmonautiky. Počátky vývoje raketové techniky.
2. Základní problémy kosmického letu a jeho technické řešení.
3. Definice a rozdělení kosmických letadel. Souřadnicové soustavy používané v mechanice kosmického letu.
4. Pasivní pohyb v centrálním gravitačním poli. Keplerovy zákony.
5. Poloha a rychlost kosmického tělesa na oběžné dráze. Integrál energie.
6. Popis orbitální dráhy. Elementy dráhy.
7. Aktivní pohyb kosmických těles. Dynamika pohybu rakety.
8. Letové výkony nosné rakety. Specifický impuls.
9. Vypuštění umělé družice Země. Charakteristické kosmické rychlosti.
10. Manévrování na orbitální dráze. Aktivní, řízený pohyb kosmických těles.
11. Setkávání kosmických letadel na oběžné dráze.
12. Lety na jiná nebeská tělesa. Meziplanetární lety.
13. Návratové problémy.
    Cvičení

1. Výpočty základních parametrů oběžné dráhy v centrálním gravitačním poli.
2. Časový průběh pohybu kosmického tělesa - řešení Keplerovy rovnice.
3. Výpočet polohy a rychlosti tělesa v perifokální souřadnicové soustavě.
4. Výpočet polohy a rychlosti pomocí Lagrangeových koeficientů.
5. Poloha a rychlost kosmického tělesa na dráze v prostoru.
6. Transformace mezi geocentrickou a perifokální souřadnicovou soustavou.
7. Stanovení elementů oběžné dráhy ze stavového vektoru.
8. Výpočet polohy tělesa v topocentrické horizontální souřad. soustavě.
9. Letové výkony jednostupňové a vícestupňové rakety při vertikálním vzletu.
10. Koplanární změny oběžné dráhy a změna sklonu oběžné dráhy.
11. Výpočet obecné přechodové dráhy mezi dvěma kruhovými dráhami.
12. Hohmannova přechodová dráha.
13. Bieliptická přechodová dráha.
Literatura - základní:
3. Carrou, J.- P.(editor). Spaceflight Dynamics, Part I,II, Toulouse: Cépadues-Éditions, 1995. 1966 s. ISBN 2-85428-378-3. (překlad z francouzštiny).
4. Curtis, H.D. Orbital mechanics for engineering students, Oxford: Elsevier, 2007, 673 str. ISBN 978-0-7506-6169-0.
5. Daněk, V. Mechanika kosmického letu. 2.vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2020. 310 s. ISBN 978-80-7623-041-5.
6. Space Mission Design and Operations. EdX.org [online]. [cit. 2021-03-04]. Dostupné z: https://www.edx.org/course/space-mission-design-and-operations?index=product&queryID=88da87b7080f35344f04f26f5f4bf894&position=1
Literatura - doporučená:
1. Lála,P.- Vítek,A. Malá encyklopedie kosmonautiky, Praha: Mladá fronta, 1982. 392 s.
2. Kolář,J. Základy kosmonautiky (skripta). Praha: Vydavatelství ČVUT Praha, 1972. 147 s.
3. Levantovskij,V.I. Mechanika kosmičeskogo poleta v elementarnom izloženii, 2.vyd., opravené a doplněné. Moskva: Nauka, 1974. 487 s.
4. Curtis, H.D. Orbital mechanics for engineering students, Oxford: Elsevier, 2007, 673 str. ISBN 978-0-7506-6169-0.
5. Carrou, J.- P.(editor). Spaceflight Dynamics, Part I,II, Toulouse: Cépadues-Éditions, 1995. 1966 s. ISBN 2-85428-378-3. (překlad z francouzštiny).
6. Daněk, V. Mechanika kosmického letu. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2018. 306 s. ISBN 978-80-7204-984-4.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-AST-A prezenční studium --- bez specializace -- zá 3 Povinný 2 2 Z
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- kl 3 Povinný 1 1 Z
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- kl 3 Volitelný 2 1 Z
MPA-SAP prezenční studium --- bez specializace -- kl 3 Povinný 2 1 Z