تخيل قمرًا صناعيًا يدور حول الأرض، أو مهمة من الأرض إلى القمر تتطلب مناورة نقل مدار، أو مركبة فضائية في مدار دوري حول الأرض والمريخ، أو مسبارًا فضائيًا عميق يجتاز حزام الكويكبات. فهم ,وتصوير المهمات الفضائية المعقدة ليس بالأمر السهل!
تحديك هو إنشاء تطبيق واقع افتراضي تفاعلي يتيح للمستخدمين تصوير مهمة فضائية بما في ذلك مفهوم المهمة والمدارات المتبعة والجدول الزماني للمهمة .
الخلفية
تتخذ البعثات الفضائية العديد من الأشكال المختلفة لاستكشاف أنواع عديدة من الوجهات، بدءًا من مدار الأرض وحتى الفضاء السحيق. ولكن ما هي أفضل طريقة لتقديم التصميم المفاهيمي لمهمة فضائية؟ في الماضي، كانت العروض التقديمية حول المهام تتضمن شرائح تحتوي على صور للمركبة الفضائية ورسومات ثنائية الأبعاد للمسار المداري، أو المسار الذي ستتبعه المركبة الفضائية للوصول إلى الوجهة. وفي الآونة الأخيرة، تصور الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر مركبة فضائية تتحرك على طول المسار المداري.
ماذا لو تم تقديم المهمة الفضائية في نموذج واقع افتراضي موجود داخل صفحة ويب؟ يمكن للناس التفاعل مع النموذج الافتراضي لفحص المهمة من زوايا مختلفة. على سبيل المثال، يمكن للمستخدمين التحكم في كيفية عرض نموذج مركبة فضائية ثلاثي الأبعاد (على سبيل المثال، يمكنهم التدوير أو التحريك أو التكبير/التصغير). يمكن للنماذج الافتراضية الأكثر تقدمًا أن تسمح للمستخدم بزيادة أو تقليل السرعة والتحكم في اتجاه المركبة الفضائية النموذجية الافتراضية لتمكينها من تغيير المسارات المدارية (أي إجراء مناورات مدارية). . يمكن أن تمثل الكرة الأرضية الرقمية كوكبًا أو قمرًا وتوفر طريقة لتصور المسارات المدارية. يمكن أن يوفر المسبار الافتراضي (نموذج للنظام الشمسي) طريقة لتصور مهام الفضاء السحيق.
اليوم، تتوفر العديد من الأدوات والتطبيقات على نطاق واسع لتمكين طرق جديدة لتصوير معلومات المهمة. تتوفر مكتبات رموز الكرات الأرضية الرقمية ورسومات الويب (WebGL) المجانية مفتوحة المصدر على الإنترنت. إن Web WorldWind التابع لناسا، وهو عبارة عن كرة أرضية رقمية، متاح مجانًا وكذلك أداة تحليل المهمة العامة (GMAT) التابعة للوكالة، والتي يمكنها إنشاء سلسلة زمنية من الإحداثيات الديكارتية. على الرغم من وجود كرات رقمية ذات أغراض عامة ومجانية ومفتوحة المصدر، إلا أنه لا يوجد معبر افتراضي مماثل. من شأن المسبار الافتراضي القابل لإعادة الاستخدام أن يمكّن من تصور مهام الفضاء السحيق داخل متصفح الويب.
الأهداف
التحدي الذي يواجهك هو إنشاء تطبيق تفاعلي للواقع الافتراضي داخل متصفح الويب يمكّن المستخدمين من تصور مهمة فضائية بما في ذلك مفهوم المهمة والمسارات المدارية والجدول الزمني للمهمة. لا تنس تضمين تطبيق تصور المهمة الفضائية الخاص بك في صفحة ويب ونشر صفحة الويب هذه على خدمة استضافة ويب مجانية حتى يكون الحل الخاص بك متاحًا للجميع.
يمكن أن تمنح المشاركة في تحدي Space Apps هذا لفريقك خبرة عملية في استخدام كود NASA لتصور المسار المداري، والعمل مع الكرات الأرضية الرقمية أو مكتبات رموز الرسومات ثلاثية الأبعاد، وتصميم تطبيق ويب ونشره. يقدم هذا التحدي خيارات للمبتدئين والمتوسطين والمتقدمين التي يمكنك وضعها في الاعتبار، اعتمادًا على مستويات مهارات البرمجة لدى أعضاء فريقك (راجع الاعتبارات المحتملة).
اعتبارات محتملة
يفضل ولكن غير إلزامي مراعاة ما يلي:
يمكن معالجة هذا التحدي بعدة طرق من قبل فرق ذات مستويات مختلفة من الخبرة بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، الأمثلة التالية.
مستوى المبتدئين – تعلم كيفية استخدام اختبار GMAT أو تصميم مدار بيضاوي ثلاثي الأبعاد
يتضمن قسم الموارد رابطًا لسلسلة تعليمية من ثلاثة أجزاء حول تصور مهمة الفضاء على شبكة الإنترنت وكيفية تصميم مدار بيضاوي الشكل. تشرح سلسلة البرامج التعليمية كيفية استخدام GMAT لإنشاء سلسلة زمنية من الإحداثيات الديكارتية ثلاثية الأبعاد وكيفية رسم المسار المداري باستخدام مكتبة أكواد X3D. تتوفر مجموعة متنوعة من مكتبات أكواد الرسومات ثلاثية الأبعاد الأخرى على الإنترنت (راجع قسم الموارد للحصول على قائمة بالمصطلحات والعبارات الأساسية لمساعدتك في العثور عليها).
متوسط - تصور المسارات المدارية باستخدام الكرة الأرضية الرقمية
يمكن للفرق ذات مهارات البرمجة المتوسطة استخدام الكرة الأرضية الرقمية وتصميم مسار مداري حول الأرض. يوفر قسم الموارد رابطًا للكرة الأرضية الرقمية Web WorldWind التابعة لناسا، والتي تحتوي على واجهة برمجة التطبيقات (API) لإضافة الأشكال إلى الطبقات. يمكن أن تساعدك قائمة الكلمات الرئيسية في قسم الموارد في البحث عن كرات أرضية رقمية مجانية أخرى.
متوسط - قم بإنشاء معبر افتراضي وتصور دراجة نارية بين الأرض والمريخ
مفهوم دورة الأرض-المريخ هو مركبة فضائية تتبع مسارًا مداريًا حول الأرض والمريخ. يمكن أن يشمل هذا المسار الدوري سفينة فضاء ثانية تختلف بمقدار 180 درجة عن سفينة الفضاء الأولى. فكر في راكبي الدراجات من الأرض إلى المريخ كنظام نقل عام حيث تنطلق أطقم الدراجات من مدار الأرض للالتقاء مع راكب الدراجة ثم تغادر من راكب الدراجة للهبوط على المريخ. يمكن للفرق التي تتمتع بمهارات برمجة متوسطة استخدام مكتبة رموز الرسومات ثلاثية الأبعاد لإنشاء نموذج لنظامنا الشمسي؛ ليس من الضروري أن يصور النموذج النظام الشمسي الكامل. يوفر قسم الموارد روابط إلى المعادلات الموجودة، بما في ذلك المصحح الوجودي الذي يعرض النظام الشمسي الداخلي والمصحح المطبق بلغة برمجة R. مثل الطريقة التي تم تنفيذها في العرض التوضيحي لـ R، يمكن أن يكون نموذجك تفاعليًا، ولكن ليس متحركًا. يمكن أن يعرض النموذج الخاص بك المسار بين الكوكبين باستخدام كائن (كائنات) ثلاثية الأبعاد لتمثيل سفينة (سفن) الفضاء. أو يمكنك تطوير نسخة أكثر تقدمًا تتكون من مخطط متحرك، حيث تدور كواكب النظام الشمسي الداخلية حول الشمس ويتحرك المسار المداري مع الأرض والمريخ.
متقدم – قم بإنشاء معبر افتراضي وقم بتصميم مهمات في الفضاء السحيق تتضمن تحليقًا كوكبيًا
يمكن أن يتضمن المسبار الافتراضي حزامًا للكويكبات. يوفر قسم الموارد رابطًا لمسار يحتوي على كويكبات يحتمل أن تكون خطرة (PHA). يمكن أن يستخدم مسار مهمة مسبار الفضاء السحيق مناورة مقلاع لالتقاط الزخم من خلال المرور بكواكب مثل المريخ أو الزهرة. يتضمن قسم الموارد أيضًا رابطًا إلى مستند حول نظام تصور مهمة الفضاء على شبكة الإنترنت، والذي يوفر رؤية لمسار افتراضي للأغراض العامة لتصور مهام الفضاء السحيق. يصف هذا المستند مجموعة متنوعة من الميزات التي يمكن تضمينها في المصفوفة الافتراضية. يمكن أن يشتمل الحل الخاص بك أيضًا على وظيفة لتحميل ملف بيانات يوفر سلسلة زمنية من الإحداثيات الديكارتية للمسار. يتضمن أحد العروض التوضيحية في البرنامج التعليمي المكون من ثلاثة أجزاء حول تصور المهمة على شبكة الإنترنت والمدرج في قسم الموارد وظيفة لتحميل ملف بيانات.
يتوفر رابط إلى GMAT وبرنامج تعليمي لاستخدام GMAT لتصور مسار مهمة فضائية في قسم الموارد. يوفر قسم الموارد أيضًا مصطلحات وعبارات بحث لمساعدة فريقك في العثور على التطبيقات ومكتبات الأكواد غير المستضافة على موقع ناسا الإلكتروني، بالإضافة إلى موارد إضافية على الإنترنت.
للتأكد من أن لجنة تحكيم ناسا يمكنها الوصول إلى منتج فريقك، قم بتضمينه في صفحة ويب تتم استضافتها على خدمة استضافة ويب مجانية (انظر الموارد).
للحصول على البيانات والمصادر المتعلقة بهذا التحدي، راجع علامة التبويب "المصادر" في أعلى الصفحة. يمكن إضافة المزيد من المصادر قبل بدء الهاكاثون.