home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Media Share 9 / MEDIASHARE_09.ISO / private / trjmkr.zip / USER20.DOC < prev    next >
Text File  |  1992-08-09  |  159KB  |  3,595 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.                         TRAJECTORY MAKER
  11.  
  12.                         A Trajectory Simulation Tool
  13.                         ────────────────────────────
  14.  
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21.  
  22.  
  23.  
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  
  28.  
  29.  
  30.  
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35.  
  36.                         
  37.                         
  38.                                            USER'S  GUIDE
  39.                         
  40.                         
  41.  
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.  
  47.  
  48.  
  49.  
  50.                         
  51.  
  52.  
  53.  
  54.                                                              ORBIT HORIZONS
  55.                                                                94 Promenade
  56.                                                    Irvine, California 92715
  57.                                                                      U.S.A.
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.                                     COPYRIGHT NOTICE
  63.  
  64.                This  document  and  software  package  consisting  of the
  65.                Trajectory  Maker and  Trajectory Scape  computer programs
  66.                are  copyrighted   (C)  1991,   1992  by   H.B.  Reynolds,
  67.                President, ORBIT  HORIZONS.  All rights  are reserved.  No
  68.                part of  this publication may  be reproduced, transmitted,
  69.                transcribed, stored in any retrieval system, or translated
  70.                into any language by any means without the express written
  71.                permission  of   ORBIT  HORIZONS,   94  Promenade,  Irvine
  72.                California 92715, USA.
  73.  
  74.  
  75.  
  76.  
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.                              SECOND EDITION/FIRST PRINTING
  97.  
  98.                                        July 1992
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.                                                                        ii
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.                                     LIMITED WARRANTY
  113.  
  114.                THIS USER'S  GUIDE, THE  PROGRAMS, "TRAJECTORY  MAKER" AND
  115.                "TRAJECTORY SCAPE" ARE SOLD  "AS IS",  WITHOUT WARRANTY AS
  116.                TO  THEIR  PERFORMANCE,  OR  FITNESS  FOR  ANY  PARTICULAR
  117.                PURPOSE.   THE   ENTIRE  RISK   AS  TO   THE  RESULTS  AND
  118.                PERFORMANCE OF THE PROGRAMS IS ASSUMED BY THE USER.
  119.  
  120.                HOWEVER, ORBIT HORIZONS  WARRANTS THE MAGNETIC DISKETTE(S)
  121.                ON WHICH THE  PROGRAM IS RECORDED TO  BE FREE FROM DEFECTS
  122.                IN MATERIALS AND FAULTY WORKMANSHIP UNDER NORMAL USE FOR A
  123.                PERIOD  OF  NINETY DAYS  FROM  THE DATE  OF  PURCHASE.  IF
  124.                DURING THIS NINETY  DAY PERIOD THE  DISKETTE SHOULD BECOME
  125.                DEFECTIVE,  IT MAY  BE RETURNED  TO  ORBIT HORIZONS  FOR A
  126.                REPLACEMENT  WITHOUT CHARGE,  PROVIDED  YOU SEND  PROOF OF
  127.                PURCHASE OF THE PROGRAM.
  128.  
  129.                YOUR SOLE AND EXCLUSIVE REMEDY IN THE EVENT OF A DEFECT IS
  130.                EXPRESSLY  LIMITED  TO  REPLACEMENT  OF  THE  DISKETTE  AS
  131.                PROVIDED  ABOVE.  IF  FAILURE OF  A DISKETTE  HAS RESULTED
  132.                FROM  ACCIDENT  OR  ABUSE, ORBIT  HORIZONS  SHALL  HAVE NO
  133.                RESPONSIBILITY TO REPLACE THE  DISKETTE UNDER THE TERMS OF
  134.                THIS LIMITED WARRANTY.
  135.  
  136.                IN NO EVENT SHALL ORBIT HORIZONS  BE LIABLE TO YOU FOR ANY
  137.                DAMAGES, INCLUDING  BUT NOT  LIMITED TO  ANY LOST PROFITS,
  138.                LOST SAVINGS,  OR OTHER CONSEQUENTIAL  DAMAGES ARISING OUT
  139.                OF  THE  USE  OR  INABILITY  TO  USE  THESE  PROGRAMS  AND
  140.                ACCOMPANYING  MATERIALS EVEN  IF  ORBIT HORIZONS  HAS BEEN
  141.                ADVISED OF  THE POSSIBILITY  OF SUCH  DAMAGES, OR  FOR ANY
  142.                CLAIM BY ANY OTHER PARTY.
  143.  
  144.                SOME STATES  DO NOT ALLOW  THE LIMITATION  OR EXCLUSION OF
  145.                LIABILITY FOR INCIDENTAL OR  CONSEQUENTIAL DAMAGES, SO THE
  146.                ABOVE LIMITATION OR EXCLUSION MAY  NOT APPLY TO YOU.  THIS
  147.                WARRANTY GIVES YOU SPECIFIC LEGAL RIGHTS, AND YOU MAY ALSO
  148.                HAVE OTHER RIGHTS WHICH VARY FROM STATE TO STATE.
  149.  
  150.                THIS WARRANTY SHALL BE CONSTRUED, INTERPRETED AND GOVERNED
  151.                BY LAWS OF THE STATE OF CALIFORNIA.
  152.  
  153.                YOU  AGREE TO  THESE TERMS  BY YOUR  DECISION TO  USE THIS
  154.                SOFTWARE.
  155.  
  156.                
  157.                                                                       iii
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162.                                    TABLE OF CONTENTS
  163.  
  164.  
  165.                WELCOME ............................................. viii
  166.  
  167.                1  INTRODUCTION ........................................ 1
  168.  
  169.                2  INSTALLATION ........................................ 3
  170.  
  171.                3  TRAJECTORY MAKER INPUT DESCRIPTION .................. 7
  172.  
  173.                     3.1  Unit Convention Menu ......................... 7
  174.  
  175.                     3.2  Perturbation Model Option Menu ............... 7
  176.                            3.2.1  Unperturbed Two-Body Option ......... 8
  177.                            3.2.2  Gravity Harmonic Effects Option ..... 8
  178.                            3.2.3  Atmospheric Drag Effects Option ..... 8
  179.                            3.2.4  Gravitational and Drag Effects Option 9
  180.  
  181.                     3.3  Initial State Vector Option Menu ............. 9
  182.                            3.3.1  Orbital Elements .................... 9
  183.                            3.3.2  Initial Position and Velocity ...... 15
  184.  
  185.                     3.4  Time Control Parameters Menu ................ 18
  186.  
  187.                     3.5  Output Format Options Menu .................. 21
  188.                            3.5.1  Geographic Coordinates ............. 21
  189.                            3.5.2  Common Radar Coordinates ........... 21
  190.                            3.5.3  Geospherical Inertial Coordinates .. 24
  191.                            3.5.4  Earth-Centered-Inertial Coordinates  26
  192.  
  193.                    3.6  Menu Editing ..................................26
  194.  
  195.                4  TRAJECTORY MAKER OUTPUT DESCRIPTION ................ 28
  196.  
  197.                5  EXAMPLE ORBITS AND TRAJECTORIES .................... 31
  198.  
  199.                     5.1  Space Shuttle Discovery ..................... 31
  200.  
  201.                     5.2  Repeating Ground Trace ...................... 31
  202.  
  203.                     5.3  Sun-synchronous Orbit ....................... 32
  204.  
  205.                     5.4  Candidate Surveillance Orbits ............... 33
  206.  
  207.                     5.5  An Example Illustrating Orbit Decay ......... 34
  208.  
  209.                     5.6  Orbits Near Transition Region ............... 35
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.                                                                        iv
  215.  
  216.  
  217.  
  218.  
  219.                     5.7  Ballistic Missile Trajectories .............. 35
  220.                            5.7.1  Western Test Range Trajectories .... 35
  221.                            5.7.2  Hypothetical Threat Trajectories ... 35
  222.  
  223.                6  TRAJECTORY SCAPE INPUT DESCRIPTION ................. 37
  224.  
  225.                     6.1  World Map Projections Options Menu .......... 37
  226.                            6.1.1  Mercator with stereographic
  227.                                   projection ......................... 37
  228.                            6.1.2  Hammer-Aitoff Equal Area Projection  38
  229.                            6.1.3  Mollweide Equal Area Projection .... 38
  230.  
  231.                     6.2  Map Resolution Options Menu ................. 38
  232.                            6.2.1  Fine Option ........................ 39
  233.                            6.2.2  Medium Option ...................... 39
  234.                            6.2.3  Coarse Option ...................... 39
  235.  
  236.                     6.3  World Map Focus Options Menu ................ 39
  237.                            6.3.1  Greenwich Meridian ................. 39
  238.                            6.3.2  American Region .................... 40
  239.                            6.3.3  Soviet Region ...................... 40
  240.  
  241.                7  TRAJECTORY SCAPE OUTPUT DESCRIPTION ................ 41
  242.  
  243.                8  ADDITIONAL VIEWING CAPABILITY ...................... 45
  244.  
  245.                     8.1  Small Circles ............................... 45
  246.  
  247.                     8.2  Segmental Arcs and Spherical Polygons ....... 45
  248.  
  249.  
  250.                APPENDIX A.  HISTORICAL NOTES ........................ A-1
  251.  
  252.                APPENDIX B.  GLOSSARY ................................ B-1
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269.  
  270.  
  271.                                                                         v
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276.                                      LIST OF MENUS
  277.  
  278.                
  279.                 Menu                                                 Page
  280.  
  281.                  1  Unit Convention Menu ............................. 7
  282.  
  283.                  2  Perturbation Model Option Menu ................... 8
  284.  
  285.                  3  Initial State Vector Option Menu ................. 9
  286.  
  287.                  4  Initial Orbital Elements ........................ 10
  288.  
  289.                  5  Initial Position and Velocity ................... 15
  290.  
  291.                  6  Time Control Parameters ......................... 18
  292.  
  293.                  7  Output Format Option Menu ....................... 21
  294.  
  295.                  8  World Map Projections Menu ...................... 37
  296.  
  297.                  9  Map Resolution Options Menu ..................... 38
  298.  
  299.                 10  World Map Focus Menu ............................ 39
  300.  
  301.  
  302.  
  303.  
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.  
  309.  
  310.  
  311.  
  312.  
  313.  
  314.  
  315.  
  316.  
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  
  327.                
  328.                                                                      vi
  329.  
  330.  
  331.  
  332.  
  333.                                     LIST OF FIGURES
  334.  
  335.  
  336.                Figure                                                Page
  337.  
  338.                  1  Semimajor Axis and Eccentricity ................. 11
  339.  
  340.                  2  Orbit Inclination ............................... 13
  341.  
  342.                  3  Longitude of the Ascending Node and Argument of
  343.                     Perigee ......................................... 14
  344.  
  345.                  4  Earth-Centered-Inertial Coordinates ............. 16
  346.  
  347.                  5  Geographic Coordinates .......................... 22
  348.  
  349.                  6  Common Radar Coordinates ........................ 23
  350.  
  351.                  7  Geospherical Inertial Coordinates ............... 25
  352.  
  353.                  8  Sample Trajectory Maker Graphics Display ........ 30
  354.  
  355.                  9  Four Tundra Orbits on Mercator and Stereographic
  356.                     Projections ..................................... 42
  357.  
  358.                 10  Circular, 45 Degree Inclined Orbit on an
  359.                     Hammer-Aitoff Projection ........................ 43
  360.  
  361.                 11  Circular, 45 Degree Inclined Orbit on a
  362.                     Mollweide Projection ............................ 44
  363.  
  364.  
  365.  
  366.  
  367.  
  368.  
  369.  
  370.  
  371.  
  372.  
  373.  
  374.  
  375.  
  376.  
  377.  
  378.  
  379.  
  380.  
  381.  
  382.  
  383.  
  384.  
  385.                                                                       vii
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.                                         WELCOME
  391.  
  392.                Welcome  to  Trajectory Maker  and  its  companion program
  393.                Trajectory Scape.  Whether you  are an experienced orbital
  394.                mechanic,  relatively new  to the  field  or just  want to
  395.                learn about it, ORBIT HORIZONS  is confident that you will
  396.                enjoy using these tools.
  397.  
  398.                Trajectory Maker  is a professional  simulation and design
  399.                tool  for  scientists and  engineers  involved  in mission
  400.                analysis and orbital operations.
  401.  
  402.  
  403.                                TRAJECTORY MAKER FEATURES
  404.  
  405.                Trajectory Maker predicts  trajectories for earth orbiting
  406.                satellites and ballistic missiles.  It produces high qual-
  407.                ity  trajectories  and  it can  accommodate  a  variety of
  408.                applications.
  409.  
  410.                 o  Trajectory  Maker has  four optional  force models:
  411.                    Keplerian two-body motion,  gravity perturbations,
  412.                    atmospheric drag perturbations and combined gravity
  413.                    and atmospheric drag perturbations.
  414.  
  415.                 o  Graphics  displays  let  you  visualize  trajectory
  416.                    ground traces,  as their  computed, simultaneously,
  417.                    on three conformal map projections.  Altitude trend
  418.                    is  also  displayed,  and there  is  a  window that
  419.                    provides numerical time and altitude data.
  420.  
  421.                 o  Four optional  numeric output  formats are created:
  422.                    geographic  coordinates, common  radar coordinates,
  423.                    geospherical  inertial coordinates  and rectangular
  424.                    Earth-centered-inertial  coordinates.   In addition
  425.                    all input  data is echoed  to a  file with various,
  426.                    auxiliary orbit parameters.
  427.  
  428.                 o  Flexibility  is  provided with  input  time control
  429.                    options:  date  and   time  of  injection,  mission
  430.                    duration  time,  granularity  of  computations  and
  431.                    output sampling frequency.
  432.  
  433.                 o  Optional  initial  state  vector  input:  classical
  434.                    orbital    elements    or   Earth-centered-inertial
  435.                    coordinates.  Metric or English units may be used.
  436.  
  437.  
  438.  
  439.  
  440.  
  441.                                                                      viii
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.                Trajectory Maker's companion program, Trajectory Scape, is
  447.                a multiple  trajectory viewing tool.  It displays traject-
  448.                ories, created with Trajectory  Maker, on several optional
  449.                map  projections, e.g.,  Mercator,  stereographic, Hammer,
  450.                Mollweide, etc.  It has  three optional map resolutions as
  451.                well as three central viewing regions.
  452.  
  453.                In  addition to  trajectory ephemerides,  Trajectory Scape
  454.                constructs  and  displays   circles,  segmental  arcs  and
  455.                spherical polygons on the various map projections.
  456.  
  457.                Both  programs are  easy  to use  while  providing maximal
  458.                flexibility and  control for  your particular application.
  459.                They  comprise   an  excellent   introduction  to  orbital
  460.                mechanics,  and  are  outstanding  tools  for professional
  461.                scientists and engineers.
  462.  
  463.                Twenty-four example data sets  are included in this User's
  464.                Guide for you to get started immediately.
  465.  
  466.                The software requires an IBM  PC XT/AT or compatibles with
  467.                a  hard  drive  and  color  card.   Graphics visualization
  468.                requires EGA or VGA.  A  math co-processor is optional and
  469.                is utilized if present.
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476.  
  477.  
  478.  
  479.  
  480.  
  481.  
  482.  
  483.  
  484.  
  485.  
  486.  
  487.  
  488.  
  489.  
  490.  
  491.  
  492.  
  493.  
  494.  
  495.  
  496.  
  497.  
  498.                                                                        ix
  499.  
  500.  
  501.  
  502.  
  503.                Trajectory Maker
  504.                User's Guide                                            1
  505.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  506.  
  507.  
  508.  
  509.                1.  INTRODUCTION
  510.  
  511.                According  to  the  Lomgman   Dictionary  of  Astronomy  &
  512.                Astronautics*,  a trajectory  is "the  path  of a  body in
  513.                space  or through  the  Earth's atmosphere.   The  word is
  514.                usually used to  describe the paths  of rockets and space-
  515.                craft rather than that of  planets or moons."  An orbit is
  516.                "the path of one body  in space around another."  Thus, an
  517.                orbit is a trajectory and  both terms will be used herein,
  518.                depending on the context.
  519.  
  520.                Trajectory  Maker does  just what  its  name implies  - it
  521.                makes trajectories.  In  particular, it makes trajectories
  522.                for objects  under the  influence of  the Earth's gravita-
  523.                tional field, whose  mass is small  relative to the Earth.
  524.                Such  an object  may  be a  manmade  satellite continually
  525.                revolving around  the Earth,  it may  be an interplanetary
  526.                spacecraft having achieved escape velocity  or it may be a
  527.                ballistic missile on a destination towards its target.
  528.  
  529.                In  any case,  the type  of  trajectory an  object attains
  530.                depends on the  energy manifested by  its initial position
  531.                and  velocity.   Trajectory   Maker  really  doesn't  care
  532.                because  it integrates  the  object's equations  of motion
  533.                directly,  rather  than   using  the  classical  universal
  534.                variables approach implied by two-body theory.
  535.  
  536.                Because  the  shape  of   the  Earth  is  more  accurately
  537.                represented by  an ellipsoid  of revolution  than it  is a
  538.                sphere, trajectories deviate from idealized conic sections
  539.                implied by the universal variables.
  540.  
  541.                Moreover, depending  on the objects  altitude, the Earth's
  542.                atmosphere tends to retard  the objects motion, causing it
  543.                to  decay, ultimately  colliding with  the Earth.   In the
  544.                case  of  ballistic  missile  trajectories,  the retarding
  545.                force becomes much greater than the gravitational force as
  546.                the object rips through the atmosphere towards its target,
  547.                and if its mission is aborted, atmospheric winds may cause
  548.                its fragments to drift.
  549.  
  550.  
  551.  
  552.                ──────────────────────
  553.                *Ridpath, Ian, Longman Illustrated Dictionary of Astronomy
  554.                &  Astronautics,  Longman Group  UK  Limited,  Burnt Mill,
  555.                Harlow, Essex, 1988.
  556.  
  557.  
  558.  
  559.  
  560.                Trajectory Maker
  561.                User's Guide                                            2
  562.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  563.  
  564.  
  565.  
  566.                By  integrating the  equations  of motion  directly, these
  567.                perturbation   effects   may  be   treated   without  much
  568.                difficulty.
  569.  
  570.                Specifically, Trajectory Maker's force model includes both
  571.                atmospheric  drag and  gravitational  perturbation models.
  572.                The differential  equations of motion  are integrated with
  573.                the Runge-Kutta-Shank's eighth-order, fixed-step numerical
  574.                scheme  having  twelve  stages.   Its  speed  is moderate,
  575.                depending on the user selected step-size, but it is stable
  576.                and very accurate.
  577.  
  578.                Trajectory maker also contains an innovative algorithm for
  579.                rapid, high precision altitude computations.  All computa-
  580.                tions are performed with double precision arithmetic.
  581.  
  582.                However, you don't  need to know or  be concerned with the
  583.                technical details to  use the program  - that's one reason
  584.                for the program !
  585.  
  586.                For the  interested reader, some  historical background is
  587.                given in  Appendix A.   A glossary  of terms  used in this
  588.                guide is given in Appendix B.
  589.  
  590.  
  591.  
  592.  
  593.                Trajectory Maker
  594.                User's Guide                                            3
  595.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  596.  
  597.  
  598.  
  599.                2.  INSTALLATION
  600.  
  601.                "Trajectory Maker" and "Trajectory Scape" are designed for
  602.                use on  IBM PC  XT/AT and  compatibles with  a hard drive.
  603.                Numeric  data is  available on  any  monitor with  a color
  604.                card.  Graphics visualization requires an EGA or VGA card.
  605.                A math co-processor is optional and used if present.
  606.  
  607.                Make  a sub-directory  and copy  all of  the files  on the
  608.                distribution disk(s) from your floppy drive.  For example,
  609.  
  610.                    C:>MD TMAKER
  611.                    C:>CD TMAKER
  612.  
  613.                Insert the distribution disk(s) in Drive A: then,
  614.  
  615.                    C:>COPY A:*.*
  616.  
  617.                That's it for installation.  You should have the following
  618.                files in your subdirectory:
  619.  
  620.                    TMAKER.EXE ... Trajectory Maker Executable Program.
  621.                    TSCAPE.EXE ... Trajectory Scape Executable Program.
  622.                    TMSRB.FON .... Graphics Fonts.
  623.                    WORLDB.LGE ... Large World Map.
  624.                    WORLDB.MED ... Medium World Map.
  625.                    WORLDB.SML ... Small World Map.
  626.  
  627.  
  628.                Running Trajectory Maker
  629.                ────────────────────────
  630.  
  631.                Before giving a detailed  description of the input options
  632.                and data, let's go ahead and run an example to familiarize
  633.                you with the operation of the program.
  634.  
  635.                Type TMAKER at the DOS  prompt.  After the opening banner,
  636.                a  menu  will  appear  requesting  your  choice  of units.
  637.                Select the Nautical  Miles option. (You  may abort the job
  638.                by pressing the Ctrl-Z sequence.)
  639.  
  640.                    * Type 1 and press <Enter>
  641.  
  642.                Next,  a menu  appears requesting  your choice  of models.
  643.                Select the Unperturbed two-body model.
  644.  
  645.                    * Type 1 and press <Enter>
  646.  
  647.  
  648.  
  649.  
  650.                Trajectory Maker
  651.                User's Guide                                            4
  652.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  653.  
  654.  
  655.  
  656.                Next, a menu  appears requesting your  choice of input for
  657.                the  initial  conditions.   Select  the  Orbital  Elements
  658.                Option.
  659.  
  660.                    * Type 1 and press <Enter>
  661.  
  662.                The  next  menu  requests  the  orbital  elements  of  the
  663.                satellite.   These elements  characterize the  orbit.  For
  664.                this example,  we will  assume the  satellite will  have a
  665.                circular orbit at an altitude  of 400 nautical miles (nm),
  666.                in  a  plane  inclined  45  degrees  with  respect  to the
  667.                equatorial plane.
  668.  
  669.                The radius of the Earth is  3444 nm at the equator, so the
  670.                semimajor axis is approximately: a = 3844 nm.
  671.  
  672.                    * Type 3844 and press <Enter>
  673.  
  674.                Since the orbit is circular, its eccentricity, e = 0.
  675.  
  676.                    * Type 0 and press <Enter>
  677.  
  678.                The satellite's orbit plane has inclination, i = 45°.
  679.  
  680.                    * Type 45 and press <Enter>
  681.  
  682.                The  next two  entries  are orientation  angles  which are
  683.                described in Section 3.3.1.  Assume Ω = 0°, and w = 0°.
  684.  
  685.                    * Type 0 and press <Enter>
  686.  
  687.                    * Type 0 and press <Enter>
  688.  
  689.                Notice  that  the  period  of  the  satellite,  about 6000
  690.                seconds, is  displayed.  The period  is the  time it takes
  691.                the satellite to make one  revolution about the Earth.  It
  692.                is displayed to  aid you in  selecting the next parameter,
  693.                the time past  perigee, when you wish  to start the orbit.
  694.                We will use τ = 0 seconds.
  695.  
  696.                    * Type 0 and press <Enter>
  697.  
  698.                That completes the orbit description.
  699.  
  700.                The next  menu is used  to define the  time parameters for
  701.                the orbit.  Assume the duration of the mission is one day,
  702.                which is about 86400 seconds,  starting at time 0.  Since,
  703.                for this example  we shall not be  concerned with the date
  704.  
  705.  
  706.  
  707.  
  708.                Trajectory Maker
  709.                User's Guide                                            5
  710.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  711.  
  712.  
  713.  
  714.                and time  of the  orbit injection,  enter 0  or just press
  715.                <Enter> in the  date and time fields.   When the cursor is
  716.                in the Mission Duration Time field,
  717.  
  718.                    * Type 86400 and press <Enter>
  719.  
  720.                The  next   parameter  is   the  orbit   propagation  time
  721.                increment.  We will use one minute, or 60 seconds.
  722.  
  723.                    * Type 60 and press <Enter>
  724.  
  725.                The final time parameter  is the output sampling frequency
  726.                for the data file.  We will use the same value as the time
  727.                increment.
  728.  
  729.                    * Type 60 and press <Enter>
  730.  
  731.                The next menu requests your  choice of output formats.  We
  732.                will select  the geographic or  geodetic coordinates which
  733.                are the most common.
  734.  
  735.                    * Type 1 and press <Enter>
  736.  
  737.                You are asked if you want  to view the trajectory.  We do,
  738.                so answer yes.
  739.  
  740.                    * Type y and press <Enter>
  741.  
  742.                The  program  begins  by  displaying  the  world  on three
  743.                projections which  are described  in Section  4.  When the
  744.                maps are  drawn, you  will be prompted  to press  a key to
  745.                start the orbit computations.
  746.  
  747.                When the orbit propagation is complete, your screen should
  748.                have a figure  resembling Figure 8 in  Section 4.  You may
  749.                select  a black  and white  palette if  you want  a screen
  750.                dump.  Then you may press any key to end.
  751.  
  752.                Section 5 contains several examples,  for you to try, that
  753.                illustrate the various trajectories  that you can generate
  754.                with Trajectory Maker.
  755.  
  756.  
  757.                Running Trajectory Scape
  758.                ────────────────────────
  759.  
  760.                To run  Trajectory Scape, type  TSCAPE at  the DOS prompt.
  761.                After the opening  banner, a menu  appears requesting your
  762.  
  763.  
  764.  
  765.  
  766.                Trajectory Maker
  767.                User's Guide                                            6
  768.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  769.  
  770.  
  771.  
  772.                choice of world map projections.
  773.  
  774.                    * Type 2 and press <Enter>
  775.  
  776.                Next,  a  menu  appears  requesting  your  choice  of  map
  777.                resolution.
  778.  
  779.                    * Type 3 and press <Enter>
  780.  
  781.                Next, a menu  appears requesting your  choice of world map
  782.                focus.
  783.  
  784.                    * Type 2 and press <Enter>
  785.  
  786.                You will be prompted, in  the command window, for an orbit
  787.                file  name.   The output  file  that was  just  created by
  788.                Trajectory Maker is HOST.DAT.  To display this file,
  789.  
  790.                    * Type HOST.DAT and press <Enter>
  791.  
  792.                Your screen should  have a figure  resembling Figure 10 in
  793.                Section 7.   You may select  a black and  white palette if
  794.                you want  a screen  dump.  Then you  may press  any key to
  795.                end.
  796.  
  797.                The next section describes the input parameters in detail.
  798.  
  799.  
  800.  
  801.  
  802.                Trajectory Maker
  803.                User's Guide                                            7
  804.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  805.  
  806.  
  807.  
  808.                3.  TRAJECTORY MAKER INPUT DESCRIPTION
  809.  
  810.                Trajectory  Maker is  very easy  to use.   Just go  to the
  811.                subdirectory  where you  installed  the programs  and type
  812.                TMAKER at  the DOS  command line.   You will  be presented
  813.                with a  series of five  principle menus.   These menus and
  814.                their  input parameters  are described  in detail  in this
  815.                section.
  816.  
  817.  
  818.                3.1  Unit Convention Menu
  819.  
  820.                You are given  the option of working  in either English or
  821.                metric units.  In either case all time units are processed
  822.                in seconds.  Both input and output for angles are measured
  823.                in decimal degrees.
  824.  
  825.                If  you  choose  the  English  Units  Option,  then length
  826.                measurements must be input in nautical miles, and velocity
  827.                measurements in nautical miles per second.
  828.  
  829.                If  you  choose  the  Metric  Units  Option,  then  length
  830.                measurements  must be  input  in kilometers,  and velocity
  831.                measurements in kilometers per second.
  832.  
  833.                These options are illustrated in Menu 1 below.
  834.  
  835.  
  836.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  837.                    │               Unit Convention                │
  838.                    │                                              │
  839.                    │    1.  English   ( nm, lb, sec )             │
  840.                    │    2.  Metric    ( km, kg, sec )             │
  841.                    │                                              │
  842.                    │    Type option number and press Enter: 1     │
  843.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  844.  
  845.                             Menu 1.  Unit Convention.
  846.  
  847.                
  848.  
  849.                3.2  Perturbation Model Option Menu
  850.  
  851.                You are given four force  model options for tailoring your
  852.                particular application.  These  options are illustrated in
  853.                Menu 2 below.
  854.  
  855.  
  856.  
  857.  
  858.                Trajectory Maker
  859.                User's Guide                                            8
  860.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  861.  
  862.  
  863.  
  864.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  865.                    │          Perturbation Model Option           │
  866.                    │                                              │
  867.                    │    1.  Unperturbed two-body                  │
  868.                    │    2.  Gravitational harmonic effects        │
  869.                    │    3.  Atmospheric drag effects              │
  870.                    │    4.  Gravitational and atmospheric effects │
  871.                    │                                              │
  872.                    │    Type option number and press Enter: 1     │
  873.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  874.  
  875.                           Menu 2.  Perturbation Model Option.
  876.                
  877.  
  878.  
  879.                3.2.1   Unperturbed Two-body Option.
  880.  
  881.                This  option assumes  that  the Earth's  gravity  field is
  882.                modeled with an homogeneous sphere.  The orbit motion will
  883.                be along a  conic section (ellipse,  parabola or hyperbola
  884.                depending on  the initial  conditions).  However, altitude
  885.                is  based  on the  Earth  having  the shape  of  an oblate
  886.                spheroid.  The altitude of a circular orbit will therefore
  887.                not normally be a constant.
  888.  
  889.  
  890.                3.2.2  Gravitational Harmonic Effects Option.
  891.  
  892.                This  option assumes  that  the Earth's  gravity  field is
  893.                modeled with an  oblate spheroid (A  surface of revolution
  894.                generated by rotating an ellipse about its minor axis).
  895.  
  896.                If you choose this option, you  will be asked to specify a
  897.                positive number between 2  and 22 (inclusive).  The larger
  898.                the  number, the  more  precise the  gravity  model. (This
  899.                number corresponds to  the order of  the gravity potential
  900.                function.)  For  example, use order  2 for Sun-synchronous
  901.                orbits.
  902.  
  903.  
  904.                3.2.3  Atmospheric Drag Effects Option.
  905.  
  906.                This option takes  into account the  drag force created by
  907.                the Earth's atmosphere.   This force varies  with the mass
  908.                of the object, its  effective cross-sectional area and its
  909.                drag  coefficient.   These three  parameters  are commonly
  910.                lumped together  into a  single parameter,  which you will
  911.                ask to supply,  if you choose  this option. This parameter
  912.  
  913.  
  914.  
  915.  
  916.                Trajectory Maker
  917.                User's Guide                                            9
  918.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  919.  
  920.  
  921.  
  922.                is called the ballistic coefficient, ß, and conveniently
  923.                has units measured in lbs/sq-ft,  or kg/sq-m, sort of like
  924.                density.
  925.  
  926.                Heavy masses  tend to have  larger ß  than lighter masses,
  927.                but large areas have smaller  ß than small areas.  A space
  928.                based radar antenna may have  a ß of 0.5 lb/sq-ft, whereas
  929.                a reentry  vehicle may  have a  ß varying  from 5  to 1000
  930.                lb/sq-ft, for  example. The definition  used is consistent
  931.                with that used at the Western Test Range.
  932.  
  933.  
  934.                3.3.4  Gravitational and Atmospheric Drag Effects Option.
  935.  
  936.                You may choose  both gravity and  drag perturbations.  For
  937.                reentry  trajectories,  you should  consider  this option,
  938.                with the gravity model having Order 2 or 4.
  939.  
  940.  
  941.                3.3  Initial State Vector Option Menu
  942.  
  943.                You  may input  the  initial state  vector  in one  of two
  944.                forms.  Either with  Earth-Centered-Inertial (ECI) coordi-
  945.                nates or classical orbital elements.
  946.  
  947.                These options are illustrated in Menu 3 below.
  948.  
  949.  
  950.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  951.                    │         Initial State Vector Option          │
  952.                    │                                              │
  953.                    │    1.  Orbital Elements                      │
  954.                    │    2.  Earth Centered Inertial               │
  955.                    │                                              │
  956.                    │    Type option number and press Enter: 1     │
  957.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  958.  
  959.                          Menu 3.  Initial State Vector Option.
  960.  
  961.  
  962.  
  963.                3.3.1  Orbital Elements
  964.  
  965.                Orbital  elements  are  classical,  fundamental parameters
  966.                that characterize  an orbit.   They are  defined in almost
  967.                any elementary  book on astronomy,  celestial mechanics or
  968.                astrodynamics.  The input format  for the orbital elements
  969.                is illustrated in Menu 4 below.
  970.  
  971.  
  972.  
  973.  
  974.                Trajectory Maker
  975.                User's Guide                                            10
  976.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  977.  
  978.  
  979.  
  980.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  981.                    │          Initial Orbital Elements            │
  982.                    │                                              │
  983.                    │ a  3844   nm     e  0         i  45      deg │
  984.                    │                                              │
  985.                    │ Ω  0             w  0         τ  0       sec │
  986.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  987.  
  988.                           Menu 4.  Initial Orbital Elements.
  989.  
  990.  
  991.  
  992.                a - Semimajor axis
  993.                ──────────────────
  994.  
  995.                This element defines the size of the orbit.  The semimajor
  996.                axis of an ellipse or hyperbola is the distance from their
  997.                centers to their respective vertices.  As used herein, the
  998.                semimajor  axis of  a parabola  is  the distance  from its
  999.                focus to its  vertex.  A circular orbit  is a special case
  1000.                of an ellipse.  Its semimajor axis is, simply, its radius.
  1001.                Input this parameter with the  units selected in the Units
  1002.                Option Menu.  This element is illustrated in Figure 1.
  1003.  
  1004.  
  1005.                e - Eccentricity
  1006.                ────────────────
  1007.  
  1008.                This  element defines  the shape  of the  orbit.  It  is a
  1009.                fundamental parameter in the definition of conic sections.
  1010.                It is dimensionless and can be any nonnegative number.  If
  1011.                it is zero, the  orbit is circular; if  it is between zero
  1012.                and one, the orbit  is an ellipse; if  it is one the orbit
  1013.                is a parabola; and if it  is greater than one the orbit is
  1014.                an hyperbola.   These configurations  are also illustrated
  1015.                in Figure 1.
  1016.  
  1017.                Remark:  If  the orbit is  an ellipse and  the minimum and
  1018.                maximum distance from  the Earth's center  is known (i.e.,
  1019.                its perigee and apogee radius) then its semimajor axis is
  1020.                given by their mean and  the eccentricity is their differ-
  1021.                ence divided by their sum.
  1022.  
  1023.  
  1024.                i - Inclination
  1025.                ───────────────
  1026.  
  1027.                This element defines the orientation of the orbit plane
  1028.  
  1029.  
  1030.  
  1031.  
  1032.                Trajectory Maker
  1033.                User's Guide                                            11
  1034.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1035.  
  1036.  
  1037.  
  1038.  
  1039.  
  1040.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1041.                │                                                    │
  1042.                │                     Figure 1                       │
  1043.                │                                                    │
  1044.                │                                                    │
  1045.                │                                                    │
  1046.                │                                                    │
  1047.                │                                                    │
  1048.                │                                                    │
  1049.                │                                                    │
  1050.                │                                                    │
  1051.                │                                                    │
  1052.                │                                                    │
  1053.                │                                                    │
  1054.                │                                                    │
  1055.                │                                                    │
  1056.                │                                                    │
  1057.                │                                                    │
  1058.                │                                                    │
  1059.                │                                                    │
  1060.                │                                                    │
  1061.                │                                                    │
  1062.                │                                                    │
  1063.                │                                                    │
  1064.                │                                                    │
  1065.                │                                                    │
  1066.                │                                                    │
  1067.                │                                                    │
  1068.                │                                                    │
  1069.                │                                                    │
  1070.                │                                                    │
  1071.                │                                                    │
  1072.                │                                                    │
  1073.                │                                                    │
  1074.                │                                                    │
  1075.                │                                                    │
  1076.                │                                                    │
  1077.                │                                                    │
  1078.                │                                                    │
  1079.                │                                                    │
  1080.                │                                                    │
  1081.                │                                                    │
  1082.                │                                                    │
  1083.                │                                                    │
  1084.                │                                                    │
  1085.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1086.  
  1087.  
  1088.  
  1089.  
  1090.                Trajectory Maker
  1091.                User's Guide                                            12
  1092.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1093.  
  1094.  
  1095.  
  1096.                relative to the equatorial plane.  It may be in the range,
  1097.                0  ≤ i  ≤ 180  degrees.  If  i ≤  90 degrees,  the maximum
  1098.                latitude of the orbit's ground trace will be equivalent to
  1099.                i, otherwise the maximum  latitude will be its complement,
  1100.                90  - i.   Equatorial  orbits have  zero  inclination, and
  1101.                polar orbits have 90  degree inclination.  This element is
  1102.                illustrated in Figure 2.
  1103.  
  1104.  
  1105.                Ω - Longitude of the ascending node
  1106.                ───────────────────────────────────
  1107.  
  1108.                This element  defines the  orientation of  the orbit plane
  1109.                relative to the vernal equinox or, optionally, the initial
  1110.                Greenwich meridian  (see Section  3.3.2).  Inclined orbits
  1111.                intersect the equatorial  plane in two  points.  The point
  1112.                where the orbiting object  intersects the equatorial plane
  1113.                on  its  journey  from  south  to  north  is  the  orbit's
  1114.                ascending node. The other point is its descending node.
  1115.  
  1116.                The line  connecting the two  nodes is the  line of nodes.
  1117.                The longitude of the ascending node is the angle, measured
  1118.                in the equatorial plane, between the vernal equinox or the
  1119.                initial Greenwich meridian  and the line  of nodes. It may
  1120.                be in  the range, 0  ≤ Ω  < 360 degrees.   This element is
  1121.                illustrated in Figure 3.
  1122.  
  1123.  
  1124.                w - Argument of perigee
  1125.                ───────────────────────
  1126.  
  1127.                This  element  defines  the  orientation  of  the object's
  1128.                perigee in the orbit plane relative to the ascending node.
  1129.                It is  the angle measured  in the orbit  plane between the
  1130.                line of  nodes and the  line connecting the  center of the
  1131.                Earth and  the object's radius  of perigee.  It  may be in
  1132.                the range,  0 ≤  w <  360 degrees.   This element  is also
  1133.                illustrated in Figure 3.
  1134.  
  1135.  
  1136.                τ - Time past perigee
  1137.                ─────────────────────
  1138.  
  1139.                This element defines the object's initial location in the
  1140.                orbit plane  relative to the  argument of  perigee.  It is
  1141.                measured in seconds, and for elliptical orbits is normally
  1142.                not greater  than the  orbital period.   If the  orbit is,
  1143.                indeed, an ellipse, the program computes the orbital
  1144.  
  1145.  
  1146.  
  1147.  
  1148.                Trajectory Maker
  1149.                User's Guide                                            13
  1150.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1151.  
  1152.  
  1153.  
  1154.  
  1155.  
  1156.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1157.                │                                                    │
  1158.                │                     Figure 2                       │
  1159.                │                                                    │
  1160.                │                                                    │
  1161.                │                                                    │
  1162.                │                                                    │
  1163.                │                                                    │
  1164.                │                                                    │
  1165.                │                                                    │
  1166.                │                                                    │
  1167.                │                                                    │
  1168.                │                                                    │
  1169.                │                                                    │
  1170.                │                                                    │
  1171.                │                                                    │
  1172.                │                                                    │
  1173.                │                                                    │
  1174.                │                                                    │
  1175.                │                                                    │
  1176.                │                                                    │
  1177.                │                                                    │
  1178.                │                                                    │
  1179.                │                                                    │
  1180.                │                                                    │
  1181.                │                                                    │
  1182.                │                                                    │
  1183.                │                                                    │
  1184.                │                                                    │
  1185.                │                                                    │
  1186.                │                                                    │
  1187.                │                                                    │
  1188.                │                                                    │
  1189.                │                                                    │
  1190.                │                                                    │
  1191.                │                                                    │
  1192.                │                                                    │
  1193.                │                                                    │
  1194.                │                                                    │
  1195.                │                                                    │
  1196.                │                                                    │
  1197.                │                                                    │
  1198.                │                                                    │
  1199.                │                                                    │
  1200.                │                                                    │
  1201.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1202.  
  1203.  
  1204.  
  1205.  
  1206.                Trajectory Maker
  1207.                User's Guide                                            14
  1208.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1209.  
  1210.  
  1211.  
  1212.  
  1213.  
  1214.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1215.                │                                                    │
  1216.                │                     Figure 3                       │
  1217.                │                                                    │
  1218.                │                                                    │
  1219.                │                                                    │
  1220.                │                                                    │
  1221.                │                                                    │
  1222.                │                                                    │
  1223.                │                                                    │
  1224.                │                                                    │
  1225.                │                                                    │
  1226.                │                                                    │
  1227.                │                                                    │
  1228.                │                                                    │
  1229.                │                                                    │
  1230.                │                                                    │
  1231.                │                                                    │
  1232.                │                                                    │
  1233.                │                                                    │
  1234.                │                                                    │
  1235.                │                                                    │
  1236.                │                                                    │
  1237.                │                                                    │
  1238.                │                                                    │
  1239.                │                                                    │
  1240.                │                                                    │
  1241.                │                                                    │
  1242.                │                                                    │
  1243.                │                                                    │
  1244.                │                                                    │
  1245.                │                                                    │
  1246.                │                                                    │
  1247.                │                                                    │
  1248.                │                                                    │
  1249.                │                                                    │
  1250.                │                                                    │
  1251.                │                                                    │
  1252.                │                                                    │
  1253.                │                                                    │
  1254.                │                                                    │
  1255.                │                                                    │
  1256.                │                                                    │
  1257.                │                                                    │
  1258.                │                                                    │
  1259.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1260.  
  1261.  
  1262.  
  1263.  
  1264.                Trajectory Maker
  1265.                User's Guide                                            15
  1266.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1267.  
  1268.  
  1269.  
  1270.                period and displays the value on your screen.  This is
  1271.                useful  in making  a choice  regarding  when to  start the
  1272.                orbit,  and in  the  Time Options  Menu,  when to  end the
  1273.                orbit.
  1274.  
  1275.  
  1276.                3.3.2  Initial Position and Velocity
  1277.  
  1278.                Rectangular, Earth-Centered-Inertial (ECI) coordinates are
  1279.                the fundamental  coordinates used in  Trajectory Maker for
  1280.                measuring  an  objects  motion,  i.e.,  its  position  and
  1281.                velocity.  Indeed,  the equations  that govern  the motion
  1282.                are propagated relative  to this reference  frame.  If the
  1283.                orbital elements option is  selected, they are transformed
  1284.                into ECI coordinates prior  to propagating the orbit.  The
  1285.                input format for these  coordinates is illustrated in Menu
  1286.                5 below.
  1287.  
  1288.  
  1289.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  1290.                    │        Initial Position and Velocity         │
  1291.                    │                                              │
  1292.                    │ x 1404.72   y 845.78    z 3242.26   (nm)     │
  1293.                    │                                              │
  1294.                    │ xd -0.959   yd -2.244   zd 2.436    (nm/sec) │
  1295.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  1296.  
  1297.                         Menu 5.  Initial Position and Velocity.
  1298.                
  1299.  
  1300.  
  1301.                There are two options for  the ECI coordinate system.  One
  1302.                option  assumes  that  the principle  x-axis  lies  in the
  1303.                equatorial plane  and is  in the  direction of  the vernal
  1304.                equinox, as illustrated in Figure 4.
  1305.  
  1306.                The other option assumes that the principle x-axis lies in
  1307.                the  equatorial  plane  and is  in  the  direction  of the
  1308.                Greenwich  meridian at  the  time of  orbit  insertion and
  1309.                remains fixed in that direction  in space for the duration
  1310.                of  the trajectory.   The  Greenwich meridian,  of course,
  1311.                rotates relative to this frame.  This option is useful for
  1312.                positioning satellites for geographical viewing regions.
  1313.  
  1314.                Your  selection  may  be obtained  with  the  Time Control
  1315.                Parameters menu described in Section 3.4 below.
  1316.  
  1317.                The ECI coordinate definitions are as follows:
  1318.  
  1319.  
  1320.  
  1321.  
  1322.                Trajectory Maker
  1323.                User's Guide                                            16
  1324.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1325.  
  1326.  
  1327.  
  1328.  
  1329.  
  1330.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1331.                │                                                    │
  1332.                │                     Figure 4                       │
  1333.                │                                                    │
  1334.                │                                                    │
  1335.                │                                                    │
  1336.                │                                                    │
  1337.                │                                                    │
  1338.                │                                                    │
  1339.                │                                                    │
  1340.                │                                                    │
  1341.                │                                                    │
  1342.                │                                                    │
  1343.                │                                                    │
  1344.                │                                                    │
  1345.                │                                                    │
  1346.                │                                                    │
  1347.                │                                                    │
  1348.                │                                                    │
  1349.                │                                                    │
  1350.                │                                                    │
  1351.                │                                                    │
  1352.                │                                                    │
  1353.                │                                                    │
  1354.                │                                                    │
  1355.                │                                                    │
  1356.                │                                                    │
  1357.                │                                                    │
  1358.                │                                                    │
  1359.                │                                                    │
  1360.                │                                                    │
  1361.                │                                                    │
  1362.                │                                                    │
  1363.                │                                                    │
  1364.                │                                                    │
  1365.                │                                                    │
  1366.                │                                                    │
  1367.                │                                                    │
  1368.                │                                                    │
  1369.                │                                                    │
  1370.                │                                                    │
  1371.                │                                                    │
  1372.                │                                                    │
  1373.                │                                                    │
  1374.                │                                                    │
  1375.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1376.  
  1377.  
  1378.  
  1379.  
  1380.                Trajectory Maker
  1381.                User's Guide                                            17
  1382.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1383.  
  1384.  
  1385.  
  1386.                x - coordinate
  1387.                ──────────────
  1388.  
  1389.                Position coordinate  in the equatorial  plane, positive in
  1390.                the  direction  of  the  vernal  equinox  or,  optionally,
  1391.                initially  aligned  in  the  direction  of  the  Greenwich
  1392.                meridian.
  1393.  
  1394.  
  1395.                y - coordinate
  1396.                ──────────────
  1397.  
  1398.                Position coordinate in the  equatorial plane orthogonal to
  1399.                the x axis,  and directed 90  degrees to the  east so that
  1400.                the system is right-handed.
  1401.  
  1402.  
  1403.                z - coordinate
  1404.                ──────────────
  1405.  
  1406.                Position coordinate coincident with the Earth's spin axis,
  1407.                positive northwards.
  1408.  
  1409.  
  1410.                xd - velocity component
  1411.                ───────────────────────
  1412.  
  1413.                Velocity component in the x-direction.
  1414.  
  1415.  
  1416.                yd - velocity component
  1417.                ───────────────────────
  1418.  
  1419.                Velocity component in the y-direction.
  1420.  
  1421.  
  1422.                zd - velocity component
  1423.                ───────────────────────
  1424.  
  1425.                Velocity component in the z-direction.
  1426.  
  1427.  
  1428.                Once the initial state vector  has been entered, a message
  1429.                is displayed relating  the period of  the orbit, an escape
  1430.                condition or  the Kepler flight  time (no  drag or oblate-
  1431.                ness).
  1432.  
  1433.                This latter condition  occurs if the  trajectory is likely
  1434.  
  1435.  
  1436.  
  1437.  
  1438.                Trajectory Maker
  1439.                User's Guide                                            18
  1440.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1441.  
  1442.  
  1443.  
  1444.                to impact with  the Earth.  These  parameters are provided
  1445.                to aid you in your choice of the time parameters below.
  1446.  
  1447.  
  1448.                3.4  Time Control Parameters
  1449.  
  1450.                These parameters  control the  time span  and precision of
  1451.                the trajectory.  The input  format for these parameters is
  1452.                illustrated in Menu 6.
  1453.  
  1454.  
  1455.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  1456.                    │           Time Control Parameters            │
  1457.                    │                                              │
  1458.                    │  Date and time of injection:                 │
  1459.                    │    Year 1992    Month 2        Day 3         │
  1460.                    │    Hours 22     Minutes 27     Seconds 30    │
  1461.                    │                                              │
  1462.                    │  Mission duration time 86400       Seconds   │
  1463.                    │  Propagation increment 300         Seconds   │
  1464.                    │  Output frequency 60               Seconds   │
  1465.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  1466.  
  1467.                            Menu 6.  Time Control Parameters.
  1468.  
  1469.  
  1470.  
  1471.                The  date and  time of  injection are  used to  define the
  1472.                initial  Greenwich sidereal  time  when the  orbit begins.
  1473.                The  time must  be input  in  Universal Time  units (i.e.,
  1474.                Greenwich Mean Time, or Zulu Time).
  1475.  
  1476.                If these data are entered,  the Greenwich sidereal time is
  1477.                computed and  the initial  state vector  is assumed  to be
  1478.                referenced relative to the vernal equinox.
  1479.  
  1480.                If  these  data  are not  entered,  the  initial Greenwich
  1481.                sidereal  time is  set  to zero  and  the state  vector is
  1482.                assumed  to  be  referenced   relative  to  the  Greenwich
  1483.                meridian.
  1484.  
  1485.  
  1486.                Year
  1487.                ────
  1488.                Year the  orbit begins.   This item  must be  a four digit
  1489.                number such as 1992.
  1490.  
  1491.                If you enter zero  or hit the enter  key, the cursor skips
  1492.  
  1493.  
  1494.  
  1495.  
  1496.                Trajectory Maker
  1497.                User's Guide                                            19
  1498.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1499.  
  1500.  
  1501.  
  1502.                to the hours'  field, and the  inertial reference frame is
  1503.                assumed to be  the aligned with  the Greenwich meridian at
  1504.                the  initial time,  t0, defined  with the  hours, minutes,
  1505.                seconds data fields.
  1506.  
  1507.  
  1508.                Month
  1509.                ─────
  1510.  
  1511.                Month the orbit  begins.  This item must  be a number with
  1512.                no more than two digits, such as 1 or 12.
  1513.  
  1514.  
  1515.                Day
  1516.                ───
  1517.  
  1518.                Day the orbit begins.  This item  must be a number with no
  1519.                more than two digits, such as 1 or 31.
  1520.  
  1521.  
  1522.                Hours
  1523.                ─────
  1524.  
  1525.                Hours past midnight when the orbit begins.  This item must
  1526.                be a number with  no more than two  digits such as 9 which
  1527.                means 9:00 am, or 15 which means 3:00 pm.
  1528.  
  1529.  
  1530.                Minutes
  1531.                ───────
  1532.  
  1533.                Minutes past  the hour when  the orbit  begins.  This item
  1534.                must be a number with no more than two digits such as 3 or
  1535.                15.
  1536.  
  1537.  
  1538.                Seconds
  1539.                ───────
  1540.  
  1541.                Seconds  past minutes  when the  orbit begins.   This item
  1542.                must be a number with no more than two digits such as 3 or
  1543.                30.
  1544.  
  1545.  
  1546.                Mission duration time  (tf)
  1547.                ───────────────────────────
  1548.  
  1549.                This parameter  defines the  time span  of the  orbit, and
  1550.  
  1551.  
  1552.  
  1553.  
  1554.                Trajectory Maker
  1555.                User's Guide                                            20
  1556.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1557.  
  1558.  
  1559.  
  1560.                must be input in seconds.
  1561.  
  1562.                If your  application is a  reentry trajectory  and you are
  1563.                using  a  perturbation  model,  the  input  value  for the
  1564.                mission duration should  be larger than  the Kepler flight
  1565.                time.  The Kepler flight time is  shown to aid you in your
  1566.                selection.
  1567.  
  1568.  
  1569.                Propagation increment  (dt)
  1570.                ───────────────────────────
  1571.  
  1572.                This parameter is the  propagation step-size (seconds). It
  1573.                controls the precision of  the computations, and should be
  1574.                a multiple of the duration time above, and must also be in
  1575.                seconds.
  1576.  
  1577.  
  1578.                Output frequency  (pt)
  1579.                ──────────────────────
  1580.  
  1581.                You may want to propagate the trajectory at one step-size,
  1582.                dt,  to maintain  accuracy, but  output  the data  at some
  1583.                larger multiple of dt.  If  you just press the return key,
  1584.                with  no  data  entry,   the  program  will  default  this
  1585.                parameter to the propagation increment above.
  1586.  
  1587.                Numerical experience has shown that for non-drag perturbed
  1588.                trajectories,  a  step size  of  300 sec  will  give seven
  1589.                significant figures accuracy for tf  = 86400 sec (i.e. one
  1590.                day),  six figures  for 14  days and  five figures  for 28
  1591.                days.  This  latter case means  that your  results will be
  1592.                accurate  to five  decimal  digits after  8064 integration
  1593.                steps.
  1594.  
  1595.                To maintain stability and  numerical integrity for reentry
  1596.                trajectories, you will  have to cut  the step-size down to
  1597.                10, or even 5, seconds, depending on the ballistic coeffi-
  1598.                cient.  You should  not have to go  below 1 second, unless
  1599.                you  are dealing  with  very light  masses  with ballistic
  1600.                coefficients of the order of 1 lb/sq-ft or less.
  1601.  
  1602.                Program execution time will  vary depending on your choice
  1603.                of the  above time  parameters.  On a  12 MHz  AT having a
  1604.                math co-processor, for unperturbed  orbits, assume 77 msec
  1605.                per step, add  20 msec for each  gravity harmonic, and add
  1606.                62 msec per step for drag effects.
  1607.  
  1608.  
  1609.  
  1610.  
  1611.                Trajectory Maker
  1612.                User's Guide                                            21
  1613.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1614.  
  1615.  
  1616.  
  1617.                3.5  Output Format Options Menu
  1618.  
  1619.                You may choose one of  four output format options from the
  1620.                menu illustrated in Menu 7.
  1621.  
  1622.  
  1623.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  1624.                    │            Output Format Option              │
  1625.                    │                                              │
  1626.                    │    1.  Geographic coordinates                │
  1627.                    │    2.  Common radar coordinates              │
  1628.                    │    3.  Geospherical inertial coordinates     │
  1629.                    │    4.  Earth centered inertial coordinates   │
  1630.                    │                                              │
  1631.                    │    Type option number and press Enter: _     │
  1632.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  1633.  
  1634.                             Menu 7.  Output Format Option.
  1635.                
  1636.  
  1637.  
  1638.                3.5.1  Geographic Coordinates.
  1639.  
  1640.                These coordinates are standard geographic coordinates that
  1641.                are  used  for  maps:  latitude,  longitude  and altitude.
  1642.                Geodetic altitude, h, and  latitude, φ, are illustrated in
  1643.                Figure 5.
  1644.  
  1645.                The  altitude of  an  object is  its  instantaneous height
  1646.                above the Earth's surface.  Since  the Earth is modeled as
  1647.                an oblate spheroid, the  polar and equatorial radii differ
  1648.                by about 10 nautical  miles, thus, circular orbits usually
  1649.                will not have constant altitude.
  1650.  
  1651.                Latitude is the instantaneous angle between the equatorial
  1652.                plane, and the line that contains the object and is normal
  1653.                to the Earth's surface.
  1654.  
  1655.                Longitude is the instantaneous angle between the Greenwich
  1656.                meridian  and the  projection of  the line  connecting the
  1657.                object with the Earth's center.
  1658.  
  1659.  
  1660.                3.5.2  Common Radar Coordinates.
  1661.  
  1662.                These coordinates,  illustrated in Figure  6, are commonly
  1663.                used for measurements at radar sites.  They consist of the
  1664.                object's range, azimuth and elevation relative to the
  1665.  
  1666.  
  1667.  
  1668.  
  1669.                Trajectory Maker
  1670.                User's Guide                                            22
  1671.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1672.  
  1673.  
  1674.  
  1675.  
  1676.  
  1677.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1678.                │                                                    │
  1679.                │                     Figure 5                       │
  1680.                │                                                    │
  1681.                │                                                    │
  1682.                │                                                    │
  1683.                │                                                    │
  1684.                │                                                    │
  1685.                │                                                    │
  1686.                │                                                    │
  1687.                │                                                    │
  1688.                │                                                    │
  1689.                │                                                    │
  1690.                │                                                    │
  1691.                │                                                    │
  1692.                │                                                    │
  1693.                │                                                    │
  1694.                │                                                    │
  1695.                │                                                    │
  1696.                │                                                    │
  1697.                │                                                    │
  1698.                │                                                    │
  1699.                │                                                    │
  1700.                │                                                    │
  1701.                │                                                    │
  1702.                │                                                    │
  1703.                │                                                    │
  1704.                │                                                    │
  1705.                │                                                    │
  1706.                │                                                    │
  1707.                │                                                    │
  1708.                │                                                    │
  1709.                │                                                    │
  1710.                │                                                    │
  1711.                │                                                    │
  1712.                │                                                    │
  1713.                │                                                    │
  1714.                │                                                    │
  1715.                │                                                    │
  1716.                │                                                    │
  1717.                │                                                    │
  1718.                │                                                    │
  1719.                │                                                    │
  1720.                │                                                    │
  1721.                │                                                    │
  1722.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1723.  
  1724.  
  1725.  
  1726.  
  1727.                Trajectory Maker
  1728.                User's Guide                                            23
  1729.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1730.  
  1731.  
  1732.  
  1733.  
  1734.  
  1735.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1736.                │                                                    │
  1737.                │                     Figure 6                       │
  1738.                │                                                    │
  1739.                │                                                    │
  1740.                │                                                    │
  1741.                │                                                    │
  1742.                │                                                    │
  1743.                │                                                    │
  1744.                │                                                    │
  1745.                │                                                    │
  1746.                │                                                    │
  1747.                │                                                    │
  1748.                │                                                    │
  1749.                │                                                    │
  1750.                │                                                    │
  1751.                │                                                    │
  1752.                │                                                    │
  1753.                │                                                    │
  1754.                │                                                    │
  1755.                │                                                    │
  1756.                │                                                    │
  1757.                │                                                    │
  1758.                │                                                    │
  1759.                │                                                    │
  1760.                │                                                    │
  1761.                │                                                    │
  1762.                │                                                    │
  1763.                │                                                    │
  1764.                │                                                    │
  1765.                │                                                    │
  1766.                │                                                    │
  1767.                │                                                    │
  1768.                │                                                    │
  1769.                │                                                    │
  1770.                │                                                    │
  1771.                │                                                    │
  1772.                │                                                    │
  1773.                │                                                    │
  1774.                │                                                    │
  1775.                │                                                    │
  1776.                │                                                    │
  1777.                │                                                    │
  1778.                │                                                    │
  1779.                │                                                    │
  1780.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1781.  
  1782.  
  1783.  
  1784.  
  1785.                Trajectory Maker
  1786.                User's Guide                                            24
  1787.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1788.  
  1789.  
  1790.  
  1791.                radar site coordinates.
  1792.  
  1793.                Range, R, is the distance from the site to the object.
  1794.  
  1795.                Azimuth, A, is the angle  between the object and the radar
  1796.                site's meridian, measured clockwise from the north.
  1797.  
  1798.                Elevation, E, is the angle above or below the horizon.
  1799.                            .
  1800.                Range rate, R, is the rate of change of range with respect
  1801.                to time.
  1802.  
  1803.                If you select  this option, a  menu appears requesting the
  1804.                geographic  coordinates of  the  radar site.   Namely, its
  1805.                geodetic latitude, longitude and altitude.  It is tempting
  1806.                to input altitude in feet or meters, but it must be in the
  1807.                same units selected in the Unit Options Menu.
  1808.  
  1809.  
  1810.                3.5.3  Geospherical Inertial Coordinates.
  1811.  
  1812.                This output format contains  the magnitude of the object's
  1813.                radius vector,  its right  ascension and  declination.  It
  1814.                also  contains its  inertial velocity  magnitude, velocity
  1815.                azimuth  and  flight-path  angle.   These  parameters  are
  1816.                illustrated in Figure 7.
  1817.  
  1818.                The magnitude of the radius  vector is, r, is the distance
  1819.                from the Earth's center to the orbiting object.
  1820.  
  1821.                As used herein,  the right ascension of  the object is the
  1822.                angle,  α, measured  in the  equatorial plane  between the
  1823.                vernal equinox or  the initial Greenwich  meridian and the
  1824.                projection of the radius vector onto the equatorial plane.
  1825.  
  1826.                The declination of the object, δ, is the angle between the
  1827.                equatorial plane and the  radius vector.  It is equivalent
  1828.                to geocentric latitude.
  1829.  
  1830.                The magnitude of  the velocity vector, v,  is the speed of
  1831.                the object.
  1832.  
  1833.                The  velocity  azimuth  angle, σ,  is  the  angle measured
  1834.                clockwise from the northern direction to the projection of
  1835.                the velocity vector  on the local  horizontal plane.  (The
  1836.                local horizontal plane  is the plane  normal to the radius
  1837.                vector.)
  1838.  
  1839.  
  1840.  
  1841.  
  1842.                Trajectory Maker
  1843.                User's Guide                                            25
  1844.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1845.  
  1846.  
  1847.  
  1848.  
  1849.  
  1850.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  1851.                │                                                    │
  1852.                │                     Figure 7                       │
  1853.                │                                                    │
  1854.                │                                                    │
  1855.                │                                                    │
  1856.                │                                                    │
  1857.                │                                                    │
  1858.                │                                                    │
  1859.                │                                                    │
  1860.                │                                                    │
  1861.                │                                                    │
  1862.                │                                                    │
  1863.                │                                                    │
  1864.                │                                                    │
  1865.                │                                                    │
  1866.                │                                                    │
  1867.                │                                                    │
  1868.                │                                                    │
  1869.                │                                                    │
  1870.                │                                                    │
  1871.                │                                                    │
  1872.                │                                                    │
  1873.                │                                                    │
  1874.                │                                                    │
  1875.                │                                                    │
  1876.                │                                                    │
  1877.                │                                                    │
  1878.                │                                                    │
  1879.                │                                                    │
  1880.                │                                                    │
  1881.                │                                                    │
  1882.                │                                                    │
  1883.                │                                                    │
  1884.                │                                                    │
  1885.                │                                                    │
  1886.                │                                                    │
  1887.                │                                                    │
  1888.                │                                                    │
  1889.                │                                                    │
  1890.                │                                                    │
  1891.                │                                                    │
  1892.                │                                                    │
  1893.                │                                                    │
  1894.                │                                                    │
  1895.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  1896.  
  1897.  
  1898.  
  1899.  
  1900.                Trajectory Maker
  1901.                User's Guide                                            26
  1902.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1903.  
  1904.  
  1905.  
  1906.                The  flight-path  angle,  Γ,  is  the  angle  between  the
  1907.                velocity vector and the local horizontal plane.
  1908.  
  1909.  
  1910.                3.5.4  Earth-Centered-Inertial Coordinates.
  1911.  
  1912.                This  output  format  contains  the  object's rectangular,
  1913.                Earth-centered-inertial  position,   velocity  and  accel-
  1914.                eration components in double precision.  Their definitions
  1915.                are given in Section 3.3.
  1916.  
  1917.                Once you have made your  choice for output format, you are
  1918.                given the  choice of either  text or  graphics output.  If
  1919.                you just want  the data file, choose  the text format.  If
  1920.                you choose  graphics format,  you will  get both  text and
  1921.                graphics output.   The graphics  display is  in geographic
  1922.                format regardless of your choice of output format.
  1923.  
  1924.  
  1925.                3.6  Menu Editing
  1926.  
  1927.                You may change the value of  a data item in any data entry
  1928.                field  without exiting  the program  with  the Tab  key or
  1929.                Shift-Tab key sequence.
  1930.  
  1931.                Pressing the  Tab key  moves the  cursor to  the next data
  1932.                field.  Pressing the  Shift-Tab sequence (or  the Esc key)
  1933.                moves the cursor to the previous field.
  1934.  
  1935.                For example, if you  entered a data item  that you wish to
  1936.                change, simply  move to the  field that  contains the data
  1937.                item, reenter  the new number  and press  <Enter>.  Do not
  1938.                try to edit the data item with the Arrow, Ins or Del keys.
  1939.                The data in a  data field must be  reentered.  You can, of
  1940.                course, use the Backspace key.
  1941.  
  1942.                If you move to a field that contains data that you wish to
  1943.                keep, skip over it with the  Tab key or Shift-Tab key.  Do
  1944.                not press <Enter> if you want to keep a previously entered
  1945.                data item, as this has the effect of setting the data item
  1946.                to zero.  Press <Enter> only when you enter a data item or
  1947.                you want a data item to have the value zero.
  1948.  
  1949.                You may  return to  a previous menu  by using  the Esc key
  1950.                whenever your  cursor is  in the  first data  field of the
  1951.                current menu.  If you press this key when the current menu
  1952.                is the  Units Option  Menu, the  job is  aborted.  You can
  1953.                always abort a job with the Ctrl-Z sequence.
  1954.  
  1955.  
  1956.  
  1957.  
  1958.                Trajectory Maker
  1959.                User's Guide                                            27
  1960.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1961.  
  1962.  
  1963.  
  1964.                If you are satisfied with your entries you can move to the
  1965.                next menu with the Tab key.
  1966.  
  1967.  
  1968.  
  1969.  
  1970.                Trajectory Maker
  1971.                User's Guide                                            28
  1972.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  1973.  
  1974.  
  1975.  
  1976.                4.  TRAJECTORY MAKER OUTPUT DESCRIPTION
  1977.  
  1978.                The output data is in ASCII format and is contained in two
  1979.                files.  For  convenience, one file,  HOST.HED, echoes your
  1980.                input  data.   The  other  file,  HOST.DAT,  contains your
  1981.                selected  output  format from  the  Output  Format Options
  1982.                menu.  You may  wish to rename these  files, and save them
  1983.                for use in the companion program, Trajectory Scape.
  1984.  
  1985.                The first record in  HOST.DAT contains information used by
  1986.                Trajectory Scape.   Just delete  this record,  and you can
  1987.                plot any  desired data  items with  your favorite plotting
  1988.                package.
  1989.  
  1990.                If you selected  Geographic Coordinates, HOST.DAT contains
  1991.                four data columns: time,  geodetic latitude, longitude and
  1992.                altitude, in  that order.  These  parameters are described
  1993.                in Section 3.5.1.
  1994.  
  1995.                If  you   selected  Common   Radar  Coordinates,  HOST.DAT
  1996.                contains   five  data   columns:  time,   range,  azimuth,
  1997.                elevation and range rate, in that order.  These parameters
  1998.                are described in Section 3.5.2.
  1999.  
  2000.                If   you  selected   Geospherical   Inertial  Coordinates,
  2001.                HOST.DAT contains seven data  columns: time, radius, right
  2002.                ascension, declination, speed, velocity azimuth and flight
  2003.                path angle, in that order.  These parameters are described
  2004.                in Section 3.5.3.
  2005.  
  2006.                If   you  selected   Earth-Centered-Inertial  coordinates,
  2007.                HOST.DAT contains ten data  columns: time, three position,
  2008.                three velocity and three  acceleration components, in that
  2009.                order.   The  three  components  represent  the  x,  y,  z
  2010.                directions.   These  parameters are  described  in Section
  2011.                3.3.2.
  2012.  
  2013.                In addition  to the numeric  data, you have  the option of
  2014.                displaying the  trajectory's ground trace  on your monitor
  2015.                while it is being  computed.  The graphics format displays
  2016.                three conformal views of the trajectory.
  2017.  
  2018.                    (1)  A Mercator projection.
  2019.  
  2020.                    (2)  A stereographic projection of the northern
  2021.                         hemisphere.
  2022.  
  2023.  
  2024.  
  2025.  
  2026.                Trajectory Maker
  2027.                User's Guide                                            29
  2028.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2029.  
  2030.  
  2031.  
  2032.                    (3)  A stereographic projection of the southern
  2033.                         hemisphere.
  2034.  
  2035.                Conformal  projections  are   useful  because  angles  are
  2036.                preserved  under  the  mapping.   Therefore,  the relative
  2037.                shapes of objects are preserved.  Other projections may be
  2038.                viewed with Trajectory Scape (see Section 6).  A sample of
  2039.                the graphics display is shown in Figure 8.
  2040.  
  2041.                At the top  of the screen  there is a  chart that displays
  2042.                the altitude  trend as  it is  being computed.   This is a
  2043.                very  useful display,  for  you can  immediately correlate
  2044.                altitude with location.
  2045.  
  2046.                The actual numeric altitude values that are being computed
  2047.                are  displayed  in a  text  window  at the  bottom  of the
  2048.                screen.  Time  is also displayed  in this  window in sexa-
  2049.                gesimal format, that is, days:hrs:mins:secs:
  2050.  
  2051.                You  may  pause the  visual  display by  pressing  any key
  2052.                except the  Esc or the  Ctrl-Z sequence.   Either of these
  2053.                keys will abort the job and return the system to DOS.
  2054.  
  2055.                When the computations  have been completed  you may change
  2056.                the  color palette  to black  and  white.  This  option is
  2057.                included so that a readable screen dump may be obtained on
  2058.                a  black  and  white printer.   It  should  be  noted that
  2059.                standard  screen  dumps  give a  distorted  image  on some
  2060.                printers.  However, there  are several commercial products
  2061.                on the market that  will provide color and distortion-free
  2062.                prints.
  2063.  
  2064.  
  2065.  
  2066.  
  2067.                Trajectory Maker
  2068.                User's Guide                                            30
  2069.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2070.  
  2071.  
  2072.  
  2073.  
  2074.  
  2075.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  2076.                │                                                    │
  2077.                │                     Figure 8                       │
  2078.                │                                                    │
  2079.                │                                                    │
  2080.                │                                                    │
  2081.                │                                                    │
  2082.                │                                                    │
  2083.                │                                                    │
  2084.                │                                                    │
  2085.                │                                                    │
  2086.                │                                                    │
  2087.                │                                                    │
  2088.                │                                                    │
  2089.                │                                                    │
  2090.                │                                                    │
  2091.                │                                                    │
  2092.                │                                                    │
  2093.                │                                                    │
  2094.                │                                                    │
  2095.                │                                                    │
  2096.                │                                                    │
  2097.                │                                                    │
  2098.                │                                                    │
  2099.                │                                                    │
  2100.                │                                                    │
  2101.                │                                                    │
  2102.                │                                                    │
  2103.                │                                                    │
  2104.                │                                                    │
  2105.                │                                                    │
  2106.                │                                                    │
  2107.                │                                                    │
  2108.                │                                                    │
  2109.                │                                                    │
  2110.                │                                                    │
  2111.                │                                                    │
  2112.                │                                                    │
  2113.                │                                                    │
  2114.                │                                                    │
  2115.                │                                                    │
  2116.                │                                                    │
  2117.                │                                                    │
  2118.                │                                                    │
  2119.                │                                                    │
  2120.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  2121.  
  2122.  
  2123.  
  2124.  
  2125.                Trajectory Maker
  2126.                User's Guide                                            31
  2127.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2128.  
  2129.  
  2130.  
  2131.                5.  EXAMPLE ORBITS AND TRAJECTORIES
  2132.  
  2133.                This  section  provides  initial  conditions  for  various
  2134.                trajectories that Trajectory Maker  is capable of predict-
  2135.                ing.
  2136.  
  2137.  
  2138.                5.1 Space Shuttle Discovery Mission STS-42
  2139.  
  2140.                The  space shuttle  Discovery  was launched  on Wednesday,
  2141.                January  22,  1992.    It  was  inserted   into  orbit  at
  2142.                18:52:32.960  Greenwich  Mean   Time  with  the  following
  2143.                orbital elements, obtained  from L. B.  J. Space Center in
  2144.                Houston, Texas.
  2145.  
  2146.                    a = 3603.1925 nautical miles (nm)
  2147.                    e = 0.000626
  2148.                    i =  56.74595°
  2149.                    Ω = 242.95604°
  2150.                    w =  65.48579°
  2151.                    τ = 2781.72794 sec
  2152.  
  2153.                The following drag related parameters were also given:
  2154.  
  2155.                    Weight = 231448.0 lb
  2156.                    Drag Coefficient = 2.0
  2157.                    Effective drag area = 2750.0 ft²
  2158.  
  2159.                The ballistic coefficient is, therefore,
  2160.  
  2161.                    ß = 231448/(2 X 2750) = 42.08 lb/ft²
  2162.  
  2163.                Try  a  gravity model  of  Order 2  with  atmospheric drag
  2164.                effects  (Model  4)  with  the  above  parameters  and the
  2165.                following time parameters:
  2166.  
  2167.                    Year: 1992    Month: 1      Day: 22
  2168.                    Hour: 18      Minutes: 52   Seconds: 32.96
  2169.  
  2170.                    Mission duration (tf): 86160 sec (one sidereal day)
  2171.                    Propagation increment (dt): 60 sec
  2172.                    Output frequency (pt): 60 sec
  2173.  
  2174.  
  2175.                5.2  Repeating Ground Trace
  2176.  
  2177.                If a satellite's period is a multiple of the time it takes
  2178.                for the Earth to make a  complete rotation on its axis (23
  2179.  
  2180.  
  2181.  
  2182.  
  2183.                Trajectory Maker
  2184.                User's Guide                                            32
  2185.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2186.  
  2187.  
  2188.  
  2189.                hrs  56 min  or 86160  seconds),  then the  satellite will
  2190.                retrace the same path over the Earth as it did initially.
  2191.  
  2192.                The  following  parameters define  an  orbit  whose ground
  2193.                trace repeats after 15 revolutions.  The period is 5743.84
  2194.                seconds.
  2195.  
  2196.                    a = 3743 nm
  2197.                    e = 0
  2198.                    i = 60°
  2199.                    Ω = 0°
  2200.                    w = 0°
  2201.                    τ = 0 sec
  2202.  
  2203.                Try  an unperturbed  gravity  model (Model  1)  with these
  2204.                elements and the following time parameters:
  2205.  
  2206.                    t0 = 0 sec
  2207.                    tf = 172320 sec (two sidereal days)
  2208.                    dt = 60 sec
  2209.                    pt = 60 sec
  2210.  
  2211.                Repeat this  case with gravity  model of  order two (Model
  2212.                2).  The ground trace will be displaced a few degrees from
  2213.                the unperturbed case,  demonstrating the effect  of a non-
  2214.                spherical Earth.
  2215.  
  2216.  
  2217.                5.3  Sun-synchronous Orbit
  2218.  
  2219.                An orbit in which a satellite passes over the same part of
  2220.                the Earth at  the same time each  day is a Sun-synchronous
  2221.                orbit.  The orientation  of  the orbit  plane  will remain
  2222.                nearly fixed relative to the Sun as the Earth moves in its
  2223.                orbit.
  2224.  
  2225.                Such  an  orbit  is  achieved  by  adjusting  its  orbital
  2226.                elements so that the regression  rate of the line of nodes
  2227.                is just  that of the  Earth's angular rate  about the Sun,
  2228.                which is about 1° each day (0.9856 deg/day).
  2229.  
  2230.                The above orbit becomes Sun-synchronous if the inclination
  2231.                is elevated from  60° to 97.61°.   The regression rate may
  2232.                be inspected in the output file, HOST.HED.  Also note that
  2233.                the orbit is a retrograde orbit.
  2234.  
  2235.  
  2236.  
  2237.  
  2238.                Trajectory Maker
  2239.                User's Guide                                            33
  2240.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2241.  
  2242.  
  2243.  
  2244.                5.4  Candidate Surveillance Orbits
  2245.  
  2246.                The  next few  examples  generate repeating  ground traces
  2247.                that  are  especially  good  candidates  for  surveillance
  2248.                and/or communication.   The orbital  elements are adjusted
  2249.                such  that apogee  is in  the northern  hemisphere,  where
  2250.                they will dwell the longest.
  2251.  
  2252.                Their  inclination is  critical  (63.44°) so  that gravity
  2253.                will not  cause their line  of apsides to  rotate (so that
  2254.                apogee will stay put).  This can be verified by inspecting
  2255.                the file HOST.HED.  A value  of zero, or nearly so, should
  2256.                be given for the argument of perigee rate.
  2257.  
  2258.                Also, the  longitude of the  ascending node  and time past
  2259.                perigee can be adjusted  to synchronize multiple orbits of
  2260.                these types for various satellite constellation considera-
  2261.                tions. For example, you could try Ω = 0°, 90°, 180°, 270°.
  2262.  
  2263.  
  2264.                Tundra Orbits (24 hour period)
  2265.                ──────────────────────────────
  2266.                
  2267.                a =  22766         22766         22766         22766  nm
  2268.                e =  0.33          0.69          0.69          0.69
  2269.                i =  63.442°       63.44°        63.44°        63.44°
  2270.                Ω =  0.00°         0.00°         0.00°         0.00°
  2271.                w =  270.00°       270.00°       290.00°       300.00°
  2272.                τ =  0             0             0             0      sec
  2273.  
  2274.                Model 1: Unperturbed Gravity Model
  2275.                t0 = 0,   tf = 86160,   dt = 300,   pt = 300   (sec)
  2276.  
  2277.  
  2278.                Molniya Orbits and Hookers (12 hour period)
  2279.                ───────────────────────────────────────────
  2280.  
  2281.                a =  14342         14342         14342         14342  nm
  2282.                e =  0.69          0.69          0.69          0.69
  2283.                i =  63.44°        63.44°        63.44°        63.44°
  2284.                Ω =  0.0°          0.0°          0.0°          0.0°
  2285.                w =  270°          90°         ± 290°        ± 310°  (etc)
  2286.                τ =  0.0           0.0           0.0           0.0    sec
  2287.  
  2288.                Model 1: Unperturbed Gravity Model
  2289.                t0 = 0,  tf = 86160,   dt = 120,   pt = 120   (sec)
  2290.  
  2291.  
  2292.  
  2293.  
  2294.                Trajectory Maker
  2295.                User's Guide                                            34
  2296.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2297.  
  2298.  
  2299.  
  2300.                An Eight-hour orbit
  2301.                ───────────────────
  2302.                
  2303.                    a = 10945  nm
  2304.                    e = 0.594
  2305.                    i = 63.44°
  2306.                    Ω = 0°
  2307.                    w = 270°
  2308.                    τ = 0  sec
  2309.  
  2310.                Model 1: Unperturbed Gravity Model
  2311.                t0 = 0,  tf = 86160,   dt = 120   pt = 120   (sec)
  2312.  
  2313.  
  2314.                5.5  An Example Illustrating Orbit Decay
  2315.  
  2316.                    a = 6478 km
  2317.                    e = 0
  2318.                    i = 45°
  2319.                    Ω = 0°
  2320.                    w = 0°
  2321.                    τ = 0  sec
  2322.  
  2323.                Model 3: Drag perturbation model with ß = 100 kg/m²
  2324.                t0 = 0,   tf = 2000,   dt= 5,   pt= 5   (sec)
  2325.  
  2326.  
  2327.                5.6  Orbits Near Transition Region
  2328.  
  2329.                The next three  examples illustrate orbits  all having the
  2330.                same radius of  perigee near the  transition region from a
  2331.                closed to an open orbit.
  2332.  
  2333.  
  2334.                Elliptical Orbit     Parabolic Orbit     Hyperbolic Orbit
  2335.                ────────────────     ───────────────     ────────────────
  2336.                
  2337.                a = 40000 nm             4000 nm             40000 nm
  2338.                e = 0.9                  1.0                 1.1
  2339.                i = 80°                  80°                 80°
  2340.                Ω = 180°                 180°                180°
  2341.                w = 0°                   0°                  0°
  2342.                τ = 0    sec             0    sec            0    sec
  2343.  
  2344.                Model 1: Unperturbed Gravity Model
  2345.                t0 = 0,  tf = 200660,   dt = 120   pt = 120   (sec)
  2346.  
  2347.  
  2348.  
  2349.  
  2350.                Trajectory Maker
  2351.                User's Guide                                            35
  2352.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2353.  
  2354.  
  2355.  
  2356.                5.7  Ballistic Missile Trajectories
  2357.  
  2358.                The remaining set of trajectories are defined with initial
  2359.                state  vectors  given in  ECI  coordinates  (Initial State
  2360.                Vector Option 2). These  trajectories exit and reenter the
  2361.                Earth's atmosphere on a predefined target destination.
  2362.  
  2363.  
  2364.                5.7.1  Western Test Range Examples
  2365.  
  2366.                These  two  hypothetical  trajectories  are  launched from
  2367.                Vandenberg  Air   Force  Base  with   destination  in  the
  2368.                Kwajalein Atoll.
  2369.  
  2370.                   X = -1705.16 nm
  2371.                   Y = -2509.17 nm
  2372.                   Z =  1926.63 nm
  2373.                   XD=    -3.102 nm/sec
  2374.                   YD=    -0.525 nm/sec
  2375.                   ZD=    -0.483 nm/sec
  2376.  
  2377.                Model 4: Gravity model order 2 and ß = 25 #/sq-ft.
  2378.                t0 = 200,   tf = 2000,   dt = 5,   pt = 5   (sec)
  2379.  
  2380.  
  2381.                   X = -2525.03  nm
  2382.                   Y = -2146.25  nm
  2383.                   Z =  2012.86  nm
  2384.                   XD=    -2.608 nm/sec
  2385.                   YD=     1.351 nm/sec
  2386.                   ZD=    -0.318 nm/sec
  2387.  
  2388.                Model 4: Gravity model order 2 with ß = 75 #/sq-ft.
  2389.                t0 = 475,   tf = 2000,   dt = 5,   pt = 5   (sec)
  2390.  
  2391.  
  2392.                5.7.2  Hypothetical Threat Trajectories
  2393.  
  2394.                The  next  three   trajectories  are  hypothetical  Soviet
  2395.                launched ICBMs with Continental USA destination targets.
  2396.  
  2397.  
  2398.  
  2399.  
  2400.                Trajectory Maker
  2401.                User's Guide                                            36
  2402.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2403.  
  2404.  
  2405.  
  2406.                A Nominal Trajectory (Reentry angle 24 degrees)
  2407.                ───────────────────────────────────────────────
  2408.                
  2409.                   X  =  1404.72 nm
  2410.                   Y  =   845.78 nm
  2411.                   Z  =  3242.26 nm
  2412.                   XD =    -0.959 nm/sec
  2413.                   YD =    -2.244 nm/sec
  2414.                   ZD =     2.436 nm/sec
  2415.  
  2416.                Model 4: Gravity model order 2 and ß = 1200 #/sq-ft.
  2417.                t0 = 0,   tf = 1600,  dt = 10,  pt = 10   (sec)
  2418.  
  2419.  
  2420.                A Depressed Trajectory (Reentry angle 20.17 degrees)
  2421.                ────────────────────────────────────────────────────
  2422.                
  2423.                   X  =  1149.67 nm
  2424.                   Y  =  1075.78 nm
  2425.                   Z  =  3348.70 nm
  2426.                   XD =     1.007 nm/sec
  2427.                   YD =    -2.889 nm/sec
  2428.                   ZD =     1.719 nm/sec
  2429.  
  2430.                Model 4: Gravity model order 2 and ß = 1200 #/sq-ft.
  2431.                t0 = 0,  tf = 1600,   dt = 10,   pt = 10   (sec)
  2432.  
  2433.  
  2434.                A Lofted Trajectory (Reentry angle 34.91 degrees)
  2435.                ─────────────────────────────────────────────────
  2436.                
  2437.                   X  =   980.98 nm
  2438.                   Y  =  1218.02 nm
  2439.                   Z  =  3523.47 nm
  2440.                   XD =    -0.393 nm/sec
  2441.                   YD =    -1.939 nm/sec
  2442.                   ZD =     2.787 nm/sec
  2443.  
  2444.                Model 4: Gravity model order 2 and ß = 1200 #/sq-ft.
  2445.                t0 = 0,  tf = 2400,   dt = 5,   pt = 5   (sec)
  2446.  
  2447.  
  2448.  
  2449.  
  2450.                Trajectory Maker
  2451.                User's Guide                                            37
  2452.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2453.  
  2454.  
  2455.  
  2456.                6.  TRAJECTORY SCAPE INPUT DESCRIPTION
  2457.  
  2458.                Trajectory Scape  is a  multiple trajectory  viewing tool.
  2459.                Once you have created one  or more geographic output files
  2460.                with trajectory Maker (Output option  1), you may view any
  2461.                or all of  them with Trajectory Scape.   At the DOS prompt
  2462.                type TSCAPE.  You will be presented with a series of three
  2463.                menus  that simply  request  choices for  map projections,
  2464.                their resolution and central focus region.
  2465.  
  2466.  
  2467.                6.1  Word Map Projections Options Menu
  2468.  
  2469.                You are given  the option of  three world map projections.
  2470.                Actually,  there  are  five,  but  three  projections  are
  2471.                combined in one display.  These options are illustrated in
  2472.                Menu 8 below.
  2473.  
  2474.  
  2475.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  2476.                    │            World Map Projections             │
  2477.                    │                                              │
  2478.                    │    1.  Mercator with Stereographic           │
  2479.                    │    2.  Hammer-Aitoff Equal Area              │
  2480.                    │    3.  Mollweide Equal Area                  │
  2481.                    │                                              │
  2482.                    │    Type option number and press Enter: _     │
  2483.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  2484.  
  2485.                             Menu 8.  World Map Projections.
  2486.  
  2487.                
  2488.  
  2489.                6.1.1  Mercator with Stereographic Projections.
  2490.  
  2491.                A  Mercator  projection  is  displayed  with stereographic
  2492.                projections of both the  northern and southern hemisphere.
  2493.                These projections are  perhaps the most  useful of all map
  2494.                projections for navigation.   They have borne  the test of
  2495.                time.
  2496.  
  2497.                They  are  conformal projections,  that  is  they preserve
  2498.                angles, so  that relative  shapes remain  the same.  Rhumb
  2499.                lines are  straight on  the Mercator  projection.  Distor-
  2500.                tions are  maximal in  the polar  regions of  the Mercator
  2501.                projection,  but  minimal with  the  stereographic projec-
  2502.                tions.   The   stereographic  projections   also  preserve
  2503.                circles.  The combination compliments one another.
  2504.  
  2505.  
  2506.  
  2507.  
  2508.                Trajectory Maker
  2509.                User's Guide                                            38
  2510.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2511.  
  2512.  
  2513.  
  2514.                Examples of these projections are illustrated in Figure 9,
  2515.                Section 7.
  2516.  
  2517.  
  2518.                6.1.2  Hammer-Aitoff Equal Area Projection.
  2519.  
  2520.                This  projection  preserves  areas and  is  best  near the
  2521.                center  of  the  map.   It  is  similar  to  the Mollweide
  2522.                projection described next,  but it has  less distortion in
  2523.                the  polar  regions.   Far  east   and  west  are  not  as
  2524.                distorted.  This  projection  is  useful  for  atlases  on
  2525.                physical   geography  or   for   statistical  distribution
  2526.                purposes.  It is used in astronomical work for showing the
  2527.                distribution of stars.   An example of  this projection is
  2528.                illustrated in Figure 10, Section 7.
  2529.  
  2530.  
  2531.                6.1.3  Mollweide equal area projection.
  2532.  
  2533.                This projection also preserves areas.  It is also known as
  2534.                Babinet's  equal  surface   projection.   The  distortions
  2535.                increase as you move away from the center, horizontally or
  2536.                vertically.  Its major use is for geographic illustrations
  2537.                relating to area such as density and populations or extent
  2538.                of forests, etc.   It serves somewhat  the same purpose as
  2539.                the Hammer-Aitoff projection.  An  example of this projec-
  2540.                tion is illustrated in Figure 11, Section 7.
  2541.  
  2542.  
  2543.                6.2  Map Resolution Options Menu
  2544.  
  2545.                You are given three  map resolution options illustrated in
  2546.                Menu 9 below.  Your trade-off is between speed and detail.
  2547.  
  2548.  
  2549.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  2550.                    │            Map Resolution Options            │
  2551.                    │                                              │
  2552.                    │    1.  Fine ..... Spiffy but slow.           │
  2553.                    │    2.  Medium ... Good and faster.           │
  2554.                    │    3.  Course ... Fair and fastest.          │
  2555.                    │                                              │
  2556.                    │    Type option number and press Enter: _     │
  2557.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  2558.  
  2559.                            Menu 9.  Map Resolution Options.
  2560.  
  2561.  
  2562.  
  2563.  
  2564.                Trajectory Maker
  2565.                User's Guide                                            39
  2566.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2567.  
  2568.  
  2569.  
  2570.                6.2.1  Fine Option.
  2571.  
  2572.                This option  gives the best  detail but is  the slowest of
  2573.                the  three.   The data  file  contains  approximately 4500
  2574.                latitude longitude pairs.
  2575.  
  2576.  
  2577.                6.2.2  Medium Option.
  2578.  
  2579.                This option gives  a good presentation  and is about twice
  2580.                as  fast  as  the fine  option.   The  data  file contains
  2581.                approximately 2000 latitude/longitude  pairs.  This option
  2582.                is used in Trajectory Maker.
  2583.  
  2584.  
  2585.                6.2.3  Coarse Option.
  2586.  
  2587.                This option gives  fair presentation and  is the fastest -
  2588.                about twice as  fast as the medium  option.  The data file
  2589.                contains approximately 1000 latitude/longitude pairs.
  2590.  
  2591.  
  2592.                6.3  World Map Focus Options Menu
  2593.  
  2594.                The  final menu,  illustrated in  Menu  10, allows  you to
  2595.                focus on one of three  regions of the world, provided that
  2596.                you selected one of the equal area projections.
  2597.  
  2598.  
  2599.                    ┌──────────────────────────────────────────────┐
  2600.                    │               Word Map Focus                 │
  2601.                    │                                              │
  2602.                    │    1.  Greenwich Meridian                    │
  2603.                    │    2.  American Region                       │
  2604.                    │    3.  Soviet Region                         │
  2605.                    │                                              │
  2606.                    │    Type option number and press Enter: _     │
  2607.                    └──────────────────────────────────────────────┘
  2608.  
  2609.                               Menu 10.  World Map Focus.
  2610.                
  2611.  
  2612.  
  2613.                6.3.1  Greenwich Meridian.
  2614.  
  2615.                The  central  meridian  is  the  Greenwich  meridian.  The
  2616.                center of the map is at 0 degrees longitude.
  2617.  
  2618.  
  2619.  
  2620.  
  2621.                Trajectory Maker
  2622.                User's Guide                                            40
  2623.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2624.  
  2625.  
  2626.  
  2627.                6.3.2  American Region.
  2628.  
  2629.                The central meridian is at 80 degrees west longitude which
  2630.                puts the focus of the map between North and South America.
  2631.  
  2632.  
  2633.                6.3.3  Soviet Region.
  2634.  
  2635.                The central meridian is at 80 degrees east longitude which
  2636.                puts the focus of the map in central Russia.
  2637.  
  2638.  
  2639.  
  2640.  
  2641.                Trajectory Maker
  2642.                User's Guide                                            41
  2643.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2644.  
  2645.  
  2646.  
  2647.                7.  TRAJECTORY SCAPE OUTPUT DESCRIPTION
  2648.  
  2649.                If either the  American or Soviet  region is selected, the
  2650.                displayed map will have a  yellow and a red meridian.  The
  2651.                yellow meridian represents the  Greenwich meridian and the
  2652.                red  meridian  represents  the  international  date  line.
  2653.                These  two  meridians  provide   a  reference  base.   The
  2654.                graticule is 20 by 20 degrees and is not labeled to avoid
  2655.                clutter.
  2656.  
  2657.                Once the map has been generated, the command window at the
  2658.                bottom of  the display asks  for the name  of a geographic
  2659.                trajectory file to display.  Simply  type the name of your
  2660.                file,  and   the  program   will  display   the  orbit  or
  2661.                trajectory.   If  you  store your  data  files  in another
  2662.                directory,  give  the complete  path  specification.  Once
  2663.                plotted,  you will  be  asked if  you  would like  to view
  2664.                another trajectory.   The program will  continue until you
  2665.                answer no.
  2666.  
  2667.                To  aid  in   discrimination,  multiple  trajectories  are
  2668.                displayed in different colors, a maximum of five.  You may
  2669.                display  more trajectories,  however,  you are  limited to
  2670.                five colors.
  2671.  
  2672.                Examples  of the  various  projections are  illustrated in
  2673.                Figures 9, 10 and 11.   Figure 9 illustrates four "tundra"
  2674.                orbits  (Section   5.4)  on   the  conformal  projections.
  2675.                Figures 10 and 11 illustrate the circular, 45 degree orbit
  2676.                that  you generated  in  Section 2,  on  Hammer-Aitoff and
  2677.                Mollweide projections, respectively.
  2678.  
  2679.  
  2680.  
  2681.  
  2682.                Trajectory Maker
  2683.                User's Guide                                            42
  2684.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2685.  
  2686.  
  2687.  
  2688.  
  2689.  
  2690.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  2691.                │                                                    │
  2692.                │                     Figure 9                       │
  2693.                │                                                    │
  2694.                │                                                    │
  2695.                │                                                    │
  2696.                │                                                    │
  2697.                │                                                    │
  2698.                │                                                    │
  2699.                │                                                    │
  2700.                │                                                    │
  2701.                │                                                    │
  2702.                │                                                    │
  2703.                │                                                    │
  2704.                │                                                    │
  2705.                │                                                    │
  2706.                │                                                    │
  2707.                │                                                    │
  2708.                │                                                    │
  2709.                │                                                    │
  2710.                │                                                    │
  2711.                │                                                    │
  2712.                │                                                    │
  2713.                │                                                    │
  2714.                │                                                    │
  2715.                │                                                    │
  2716.                │                                                    │
  2717.                │                                                    │
  2718.                │                                                    │
  2719.                │                                                    │
  2720.                │                                                    │
  2721.                │                                                    │
  2722.                │                                                    │
  2723.                │                                                    │
  2724.                │                                                    │
  2725.                │                                                    │
  2726.                │                                                    │
  2727.                │                                                    │
  2728.                │                                                    │
  2729.                │                                                    │
  2730.                │                                                    │
  2731.                │                                                    │
  2732.                │                                                    │
  2733.                │                                                    │
  2734.                │                                                    │
  2735.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  2736.  
  2737.  
  2738.  
  2739.  
  2740.                Trajectory Maker
  2741.                User's Guide                                            43
  2742.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2743.  
  2744.  
  2745.  
  2746.  
  2747.  
  2748.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  2749.                │                                                    │
  2750.                │                     Figure 10                      │
  2751.                │                                                    │
  2752.                │                                                    │
  2753.                │                                                    │
  2754.                │                                                    │
  2755.                │                                                    │
  2756.                │                                                    │
  2757.                │                                                    │
  2758.                │                                                    │
  2759.                │                                                    │
  2760.                │                                                    │
  2761.                │                                                    │
  2762.                │                                                    │
  2763.                │                                                    │
  2764.                │                                                    │
  2765.                │                                                    │
  2766.                │                                                    │
  2767.                │                                                    │
  2768.                │                                                    │
  2769.                │                                                    │
  2770.                │                                                    │
  2771.                │                                                    │
  2772.                │                                                    │
  2773.                │                                                    │
  2774.                │                                                    │
  2775.                │                                                    │
  2776.                │                                                    │
  2777.                │                                                    │
  2778.                │                                                    │
  2779.                │                                                    │
  2780.                │                                                    │
  2781.                │                                                    │
  2782.                │                                                    │
  2783.                │                                                    │
  2784.                │                                                    │
  2785.                │                                                    │
  2786.                │                                                    │
  2787.                │                                                    │
  2788.                │                                                    │
  2789.                │                                                    │
  2790.                │                                                    │
  2791.                │                                                    │
  2792.                │                                                    │
  2793.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  2794.  
  2795.  
  2796.  
  2797.  
  2798.                Trajectory Maker
  2799.                User's Guide                                            44
  2800.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2801.  
  2802.  
  2803.  
  2804.  
  2805.  
  2806.                ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  2807.                │                                                    │
  2808.                │                     Figure 11                      │
  2809.                │                                                    │
  2810.                │                                                    │
  2811.                │                                                    │
  2812.                │                                                    │
  2813.                │                                                    │
  2814.                │                                                    │
  2815.                │                                                    │
  2816.                │                                                    │
  2817.                │                                                    │
  2818.                │                                                    │
  2819.                │                                                    │
  2820.                │                                                    │
  2821.                │                                                    │
  2822.                │                                                    │
  2823.                │                                                    │
  2824.                │                                                    │
  2825.                │                                                    │
  2826.                │                                                    │
  2827.                │                                                    │
  2828.                │                                                    │
  2829.                │                                                    │
  2830.                │                                                    │
  2831.                │                                                    │
  2832.                │                                                    │
  2833.                │                                                    │
  2834.                │                                                    │
  2835.                │                                                    │
  2836.                │                                                    │
  2837.                │                                                    │
  2838.                │                                                    │
  2839.                │                                                    │
  2840.                │                                                    │
  2841.                │                                                    │
  2842.                │                                                    │
  2843.                │                                                    │
  2844.                │                                                    │
  2845.                │                                                    │
  2846.                │                                                    │
  2847.                │                                                    │
  2848.                │                                                    │
  2849.                │                                                    │
  2850.                │                                                    │
  2851.                └────────────────────────────────────────────────────┘
  2852.  
  2853.  
  2854.  
  2855.  
  2856.                Trajectory Maker
  2857.                User's Guide                                            45
  2858.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2859.  
  2860.  
  2861.  
  2862.                8.  ADDITIONAL VIEWING CAPABILITY
  2863.  
  2864.                In addition  to trajectory ephemerides,  you may construct
  2865.                and view  circles, segmental arcs  and spherical polygons.
  2866.                Because of  their area preserving  property, the Mollweide
  2867.                and  Hammer-Aitoff  projections come  in  handy  for these
  2868.                kinds of figures.  Also, recall that stereographic projec-
  2869.                tions preserve circles.
  2870.  
  2871.  
  2872.                8.1 Small Circles
  2873.  
  2874.                Any plane intersecting  the Earth but  not passing through
  2875.                its center will cut its  surface in a small circle.  Small
  2876.                circles are useful for marking regions of interest such as
  2877.                communication   regions  or   satellite   sensor  coverage
  2878.                regions.
  2879.  
  2880.                To construct  and view  small circles  on the  various map
  2881.                projections,  when  prompted  for  the  file  name  in the
  2882.                command window, press the F7 key.
  2883.  
  2884.                Data fields  are presented for  the geographic coordinates
  2885.                of the circle's center and its radius.  Enter the circle's
  2886.                latitude (Lat),  longitude (Lon)  and its  radius (Rad) in
  2887.                degrees.  Once the circle is  displayed, you will be asked
  2888.                if you wish to  view another file.  If  you do, type y for
  2889.                yes and repeat the above process.
  2890.  
  2891.  
  2892.                8.2 Segmental Arcs and Spherical polygons
  2893.  
  2894.                Any plane passing through the center of the Earth cuts its
  2895.                surface in a great  circle.  A great circle  arc or arc is
  2896.                defined by two points on  a great circle.  A segmental arc
  2897.                is constructed from finite number  arcs joined in order in
  2898.                such a  manner that  the initial  point of  each coincides
  2899.                with  the terminal  point of  the  preceding arc.   If the
  2900.                initial and terminal  points of a  segmental arc coincide,
  2901.                it is  said to  be a  spherical polygon  (e.g. a spherical
  2902.                triangle).
  2903.  
  2904.                Segmental arcs  and polygons  are useful  for illustrating
  2905.                minimal  distances  or  for  bounding  certain  geographic
  2906.                regions  such   as  a  missile   threat  complex,  missile
  2907.                corridors and abort regions.
  2908.  
  2909.                To construct  and view  arcs, segmental  arcs or spherical
  2910.  
  2911.  
  2912.  
  2913.  
  2914.                Trajectory Maker
  2915.                User's Guide                                            46
  2916.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2917.  
  2918.  
  2919.  
  2920.                polygons (arc segments  of parallels of  latitude may also
  2921.                drawn), when  prompted for  the file  name in  the command
  2922.                window, press the F8 key.
  2923.  
  2924.                Data fields  are presented for  the geographic coordinates
  2925.                of  the  first  point.   Input  the  point's  latitude and
  2926.                longitude in degrees.
  2927.  
  2928.                Data fields are then presented  for the next point.  After
  2929.                you have  entered the next  point, the  arc connecting the
  2930.                two points is  drawn.  You may  continue constructing arcs
  2931.                in  this  manner,  i.e.  by  entering  the  coordinates of
  2932.                successive points,  to form  a segmental  arc or spherical
  2933.                polygon.  When your  figure is complete,  press the F8 key
  2934.                or the Esc key.
  2935.  
  2936.                You will be  asked if you  wish to view  another file.  At
  2937.                this time you may again press  the F7 key for a circle, or
  2938.                the F8 key for a segmental  arc or simply type the name of
  2939.                an  orbit file,  e.g. HOST.DAT,  that you  have previously
  2940.                constructed with Trajectory Maker.
  2941.  
  2942.                
  2943.  
  2944.                
  2945.                Trajectory Maker                          Historical Notes
  2946.                User's Guide                                           A-1
  2947.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  2948.  
  2949.  
  2950.  
  2951.                APPENDIX A.  HISTORICAL NOTES
  2952.  
  2953.                In early  1976 while  employed under  the auspices  of the
  2954.                Western Test  Range at  Vandenberg Air  Force Base, Calif-
  2955.                ornia, the author was assigned the task of researching the
  2956.                existing trajectory  related computer  programs in  use on
  2957.                the  range,  and  assess the  relative  accuracy  of their
  2958.                predicted impact  points based  on the  integrity of their
  2959.                numerical integration  schemes.  Initially,  the study was
  2960.                not to be  concerned with the force  model, but limited to
  2961.                the integration process itself.
  2962.  
  2963.                At that time, the author found that there existed at least
  2964.                eleven  distinct  programs  lying  around  for propagating
  2965.                reentry  trajectories.   Namely,  VPAR/BIPS, MIPS/AMARKIN,
  2966.                FFTRG2, RIP, F&G, ARMS, OASYS,  FIT500, TGP, NITE and TAPP
  2967.                (FIAT).  These  programs were  written in  FORTRAN for the
  2968.                following computers: IBM 7094,  IBM 360/65, SIGMA 5/7, CDC
  2969.                6400/6600, UNIVAC 1108, GE 635.
  2970.  
  2971.                Their numerical integration schemes covered a fair gamut:
  2972.                trapezoidal,  Taylor  series,   fixed  and  variable  step
  2973.                fourth-order  Runge-Kutta  and  Runge-Kutta-Gill,  fourth-
  2974.                order Adams-Moulton, eighth-order Gauss-Jackson, variation
  2975.                of  parameters  and f  &  g series.   Moreover,  the force
  2976.                models of the various programs varied.
  2977.  
  2978.                For example, all of the models included at least two zonal
  2979.                harmonic  coefficients,  in either  Jeffrey's  or Vinti's,
  2980.                potential function.   One potential  function included six
  2981.                zonal harmonics, and another included nine zonal harmonics
  2982.                and  thirty-six tesseral  harmonics.  All  models included
  2983.                atmospheric  drag  but  one used  the  U.S.  1962 Standard
  2984.                Atmosphere,  while  another used  ARDC  1959.   There also
  2985.                existed nonuniformity in the constant parameters.
  2986.  
  2987.                All of the  models have their  merits and limitations, but
  2988.                when  it comes  to  computational precision,  each  of the
  2989.                things  above  must  be considered.   A  tenth  of  a foot
  2990.                difference  in  the Earth's  equatorial  radius  may cause
  2991.                unknown output  differences.  For  example, when comparing
  2992.                the output of  two models, one  may observe differences in
  2993.                the ninth  or tenth decimal  place, which could  be due to
  2994.                computational  precision,  or  some  parameter difference,
  2995.                among  other  things.  One  must  be able  to  isolate the
  2996.                source of any discrepancy.
  2997.  
  2998.                But the  primary thrust of  the study was  to evaluate the
  2999.                
  3000.  
  3001.  
  3002.  
  3003.                Trajectory Maker                          Historical Notes
  3004.                User's Guide                                           A-2
  3005.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3006.  
  3007.  
  3008.  
  3009.                numerical  integration  process   as  applied  to  reentry
  3010.                trajectories.  Consequently, only  a  representative force
  3011.                model was required.  One that would exhibit the underlying
  3012.                behavior, when  the differential equations  of motion were
  3013.                integrated.  This  model  should at  least  contain  a few
  3014.                gravity harmonics, and  more importantly, a representative
  3015.                atmospheric  drag model,  which is  what really  taxes the
  3016.                integrator.
  3017.  
  3018.                The  problem then,  became one  of isolation.   A baseline
  3019.                integrator was  required, whose  precision was  known with
  3020.                certainty, in order  to compare the  integrators.  Also, a
  3021.                representative  force  model   was  required  that  could,
  3022.                without  too  much  difficulty,  be  substituted  into the
  3023.                various trajectory programs, including the baseline model.
  3024.                The force  model didn't need  to be all  that exotic, just
  3025.                representative  of the  kinds  of forces  the differential
  3026.                equations would experience.
  3027.  
  3028.                The gravity  model chosen for  the baseline  model was the
  3029.                one  developed  by  R.M.L.   Baker  at  Computer  Sciences
  3030.                Corporation for use  in their f &  g series approach.  The
  3031.                reason for this was that their program was one of interest
  3032.                to some range people, and their  f & g series approach was
  3033.                based on high  order derivatives of  the gravity potential
  3034.                function, which were  embedded in the  program code.  This
  3035.                model  included   the  zonal  gravity   harmonics  of  the
  3036.                Vinti-potential of order six.
  3037.  
  3038.                The  drag force  model selected  was  based on  the abbre-
  3039.                viated,  preliminary tables  for the  U. S.  1976 Standard
  3040.                Earth Atmosphere.   The reason for  this was  that most of
  3041.                the atmospheres  used in  the various  models were lengthy
  3042.                tables.  The abbreviated tables contained just 21 pairs of
  3043.                altitude versus  density, which were  more manageable, and
  3044.                could be  accurately modeled with  cubic spline functions.
  3045.                In addition, the model was the latest and greatest.
  3046.  
  3047.                The numerical  integration scheme chosen  for the baseline
  3048.                integrator was the  eighth-order, fixed-step, Runge-Kutta-
  3049.                -Shanks' technique  having twelve stages.   This scheme is
  3050.                stable, and was  the most accurate  scheme that the author
  3051.                knew of at the time.
  3052.  
  3053.                A  fixed-step  scheme  was  desirable,  because  one could
  3054.                determine  precisely  the  accuracy  of  the computations.
  3055.                This could be  done by selecting  a step-size, integrating
  3056.                the differential  equations to a  predefined time, cutting
  3057.  
  3058.  
  3059.                
  3060.  
  3061.                Trajectory Maker                          Historical Notes
  3062.                User's Guide                                           A-3
  3063.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3064.  
  3065.  
  3066.  
  3067.                the  step-size  in  half,  repeating  the  integration and
  3068.                comparing  the two  trajectories.   This process  could be
  3069.                continued  until  two successive  trajectories  matched in
  3070.                their fifteenth or sixteenth significant figures (the pre-
  3071.                cision of double precision  arithmetic on the IBM 360/65).
  3072.                Clearly, computation was of no concern - just accuracy.
  3073.  
  3074.                Once  the  baseline  force  model  together  with  all the
  3075.                relevant   constants  was   substituted  into   the  other
  3076.                trajectory  programs,  the accuracy  of  their integrators
  3077.                could  be  determined  with a  fair  amount  of certainty.
  3078.                Certainty could be claimed if  it wasn't for the fact that
  3079.                the  various hardware  on which  the software  resided had
  3080.                some differences in precision.
  3081.  
  3082.                It  was  soon  discovered  that  the  baseline  model  was
  3083.                producing  rather  accurate  trajectories.   In  fact,  by
  3084.                shifting  density  models  it  was  proven  that  the USAF
  3085.                "certified" program,  FFTRG2, could miss  impact points by
  3086.                as much as two nautical  miles, just because of the manner
  3087.                in which it was interpolating the density profile.*  More-
  3088.                over, its interpolation scheme, used presumably for compu-
  3089.                tation  speed,  actually  slowed  the  integrator  down by
  3090.                causing  the  step-control  to  artificially  decrease the
  3091.                step-size.
  3092.  
  3093.                Considerations such as  these led to  many enhancements of
  3094.                the  force  model  in  the  baseline  program.   The final
  3095.                version included the following:
  3096.  
  3097.                    o  Six   zonal   gravity   harmonic   coefficients.
  3098.                       (Smithsonian 1973 II values)
  3099.  
  3100.                    o  U. S. 1976 Standard Atmosphere.
  3101.                       Fitted with cubic splines to the logarithm of
  3102.                       the density profile.
  3103.  
  3104.                    o  Drag  coefficient   as  a   function  of  either
  3105.                       altitude,  or  Mach number.   Fitted  with cubic
  3106.                       splines or linear depending on the profile.
  3107.  
  3108.  
  3109.                ─────────────────────
  3110.                *Ivy,  L. H.  and H.  B. Reynolds,  On the  Sensitivity of
  3111.                Impact Prediction to  Methods of Interpolating Atmospheric
  3112.                Density, ITT Federal  Electric Corporation, Technical Note
  3113.                TN-76-1463, Vandenberg Air Force Base, CA, Dec 22, 1976.
  3114.  
  3115.  
  3116.                
  3117.  
  3118.                Trajectory Maker                          Historical Notes
  3119.                User's Guide                                           A-4
  3120.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3121.  
  3122.  
  3123.  
  3124.                    o  Accurate speed of sound computation based on the
  3125.                       1976 temperature profile.
  3126.  
  3127.                    o  Atmospheric  wind profiles.   Fitted  with cubic
  3128.                       splines.
  3129.  
  3130.                    o  Innovative  altitude computation  which produces
  3131.                       trigonometric  functions for  wind  effects, and
  3132.                       the topocentric rotation matrix as a by product.
  3133.  
  3134.                The  baseline  integrator,  i.e.  the  Runge-Kutta-Shanks'
  3135.                fixed-step scheme, proved  to be very  accurate.  To speed
  3136.                things up, a dual mesh step control option was added.
  3137.  
  3138.                What started  out to  be an  accuracy study  for numerical
  3139.                integration   schemes  of   various  Western   Test  Range
  3140.                trajectory  programs  ended  up  being  another trajectory
  3141.                program  -  a  rapid,  high  precision  reentry trajectory
  3142.                generator.  And that program is the basis of Trajectory
  3143.                Maker.
  3144.  
  3145.                Later, the  author joined  another aerospace  company, and
  3146.                shortly  thereafter, an  assignment required  a trajectory
  3147.                program.  The company's  program (actually, their program,
  3148.                RIPR, a variation of  RIP, was bootlegged from Vandenberg)
  3149.                would  go  unstable  for  certain  trajectories  when they
  3150.                entered the atmosphere.   This led to  a conversion of the
  3151.                baseline  program to  run on  their in-house  PDP-11.  The
  3152.                baseline  program  was  then  used  for  validating  Space
  3153.                Shuttle ephemerides, and  with its use  an error in launch
  3154.                azimuth was uncovered in a NASA simulation program.
  3155.  
  3156.                Another   aerospace  company   had   spacecraft  computers
  3157.                in-house for use in  verifying, validating, and testing of
  3158.                the  flight  software  for  a  particular  USAF  satellite
  3159.                system.   In addition  they  had a  separate  computer for
  3160.                simulating the spacecraft's environment.
  3161.  
  3162.                Several problems were manifested  that required the use of
  3163.                an  independent   trajectory  simulation.    The  baseline
  3164.                program  was  again  modified for  use  on  their in-house
  3165.                Perkin Elmer  8/32 computer.  This  time, all  of the drag
  3166.                stuff was  stripped out of  the program,  and emphasis was
  3167.                placed on the integrator and gravity model.  Clever closed
  3168.                form expressions  were developed  and implemented  for the
  3169.                gravity model so that it would include an arbitrary number
  3170.                of harmonics with rapid computation times.
  3171.  
  3172.  
  3173.                
  3174.  
  3175.                Trajectory Maker                          Historical Notes
  3176.                User's Guide                                           A-5
  3177.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3178.  
  3179.  
  3180.  
  3181.                The program  was used  for several  applications including
  3182.                another  satellite  program.   The  baseline  program  was
  3183.                further vindicated  when it matched  orbits generated with
  3184.                the  Advanced  Orbit  Ephemeris Subsystem  in  use  at the
  3185.                Satellite Control Facility at Sunnyvale, California.
  3186.  
  3187.                The program was also used for Strategic Defense Initiative
  3188.                applications.   In particular,  it  was used  to propagate
  3189.                thousands of missile threat trajectories into the field of
  3190.                view of  special sensors.  It  was also used  to study the
  3191.                following:
  3192.  
  3193.                    o  A Space based kinetic energy weapon interceptor
  3194.                       system.
  3195.  
  3196.                    o  Evasive enemy spacecraft  orbit maneuvers in the
  3197.                       Earth's shadow.
  3198.  
  3199.                    o  Multi-satellite   constellation  design   for  a
  3200.                       special sensor.
  3201.  
  3202.                    o  Drag  effects on  a  space based  rotating radar
  3203.                       antenna system.
  3204.  
  3205.                    o  Relative  motion  for  a  space  laser targeting
  3206.                       experiment.
  3207.  
  3208.                Having reviewed the merits and limitations of the baseline
  3209.                program relative to the many  applications in which it has
  3210.                been  involved, and  modifications  it has  undergone, the
  3211.                author decided to redo the entire program from a different
  3212.                perspective, and in a different language.
  3213.  
  3214.                There exists a  number of software  tools available in the
  3215.                market today that are  neat programs for orbital mechanics
  3216.                and astrodynamics applications, and several were purchased
  3217.                at one  of the  recent companies  where the  author was an
  3218.                employee.  But the fact of the matter is, all of them were
  3219.                looked at briefly,  and put on  a shelf, for  none of them
  3220.                did what was needed to be done.
  3221.  
  3222.                Invariably, it was the case, that a special tool needed to
  3223.                be developed to  solve the problem  at hand.  Moreover, it
  3224.                was usually  the case that  individual trajectories needed
  3225.                to be generated  and plotted (usually  plotted by hand) in
  3226.                order  to shape  the underlying  problem. The  most useful
  3227.                tool has been the capability  to generate a trajectory, of
  3228.                varying degrees  of complexity, depending  in the applica-
  3229.  
  3230.  
  3231.                
  3232.  
  3233.                Trajectory Maker                          Historical Notes
  3234.                User's Guide                                           A-6
  3235.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3236.  
  3237.  
  3238.  
  3239.                tion, and see what it looked like.
  3240.  
  3241.                Trajectory  Maker is  the result  of selecting  and adding
  3242.                those features  that the author  has found to  be the most
  3243.                useful in many aerospace applications requiring the use of
  3244.                a trajectory simulation.
  3245.  
  3246.                
  3247.  
  3248.  
  3249.                Trajectory Maker                                  Glossary
  3250.                User's Guide                                           B-1
  3251.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3252.  
  3253.  
  3254.  
  3255.                APPENDIX B.  GLOSSARY
  3256.  
  3257.                This appendix contains  definitions of terms  used in this
  3258.                User's Guide.  Although many of these terms are applicable
  3259.                for  other celestial  bodies,  the definitions  herein are
  3260.                given in reference  to planet Earth.   For example, we use
  3261.                perigee rather than periapsis.
  3262.  
  3263.  
  3264.                Altitude  The height of an object above the surface of the
  3265.                Earth.
  3266.  
  3267.                Apogee  The point on an elliptical orbit farthest from the
  3268.                Earth's center.
  3269.  
  3270.                Argument of perigee  The  angular distance measured in the
  3271.                orbit plane  in the direction  of motion from  the line of
  3272.                nodes to the line of apsides.
  3273.  
  3274.                Ascending  node   The  node  within  the  equatorial plane
  3275.                through which an object passes from South to North.
  3276.  
  3277.                Azimuth  The angular  measure in the  plane of the horizon
  3278.                from  the  north point  on  the horizon  clockwise  to the
  3279.                object.
  3280.  
  3281.                Ballistic coefficient   The mass  of an  object divided by
  3282.                the  product of  its drag  coefficient with  its effective
  3283.                cross sectional area.
  3284.  
  3285.                Ballistic trajectory  A trajectory that is in free-flight,
  3286.                having no power applied to it, that intersects the surface
  3287.                of the Earth.
  3288.  
  3289.                Celestial sphere   An imaginary  sphere with  the Earth at
  3290.                its center, on which all objects in the sky seem to lie.
  3291.  
  3292.                Conformal  projection  A  projection  of a  sphere  onto a
  3293.                plane that preserves angles.
  3294.  
  3295.                Conic section   One of three  curves formed  by the inter-
  3296.                section of a plane with a cone.  They are: (1) an ellipse;
  3297.                (2) a parabola; (3) an hyperbola.
  3298.  
  3299.                Critical inclination   The inclination  of an  orbit where
  3300.                the  perigee point  neither  advances or  regresses.  This
  3301.                occurs at 63.44 degrees.
  3302.  
  3303.  
  3304.                
  3305.  
  3306.                Trajectory Maker                                  Glossary
  3307.                User's Guide                                           B-2
  3308.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3309.  
  3310.  
  3311.  
  3312.                Declination  The  angular distance  of an  object North or
  3313.                South of the equator.
  3314.  
  3315.                Descending  node   The node  within  the  equatorial plane
  3316.                through which an object passes from North to South.
  3317.  
  3318.                Differential equation  A mathematical equation involving
  3319.                derivatives, e.g. the equations of motion.
  3320.  
  3321.                Drag  The  force acting  on an  object due  to the Earth's
  3322.                atmosphere.  Drag acts in a  direction opposite to that of
  3323.                the objects motion relative to the atmosphere.
  3324.  
  3325.                Drag  coefficient   A  dimensionless  coefficient  used in
  3326.                characterizing the atmospheric drag  force.  A good number
  3327.                is 2.2.
  3328.  
  3329.                Eccentricity   A  parameter  that  characterizes  a  conic
  3330.                section: ellipse, parabola, hyperbola.
  3331.  
  3332.                Ecliptic  The path  that the Sun  appears to follow around
  3333.                the celestial sphere each year.  The ecliptic approximates
  3334.                a great circle  inclined about 23.5  degrees to the celes-
  3335.                tial equator.
  3336.  
  3337.                Elevation   The  angle an  object  is above  or  below the
  3338.                horizon.
  3339.  
  3340.                Ellipsoid   A  surface  of   revolution  generated  by  an
  3341.                ellipse.
  3342.  
  3343.                Ephemeris  A table of  predicted positions for a celestial
  3344.                body.  As  used herein,  the table  may include velocities
  3345.                and accelerations as well.
  3346.  
  3347.                Escape velocity   The speed at  which an  object will just
  3348.                break free from the gravitational  pull of the Earth.  The
  3349.                value  is about  11  km/sec.  The  path  is a  parabola or
  3350.                hyperbola depending on the precise value.
  3351.  
  3352.                Flight path angle  The angle between the inertial velocity
  3353.                vector an the local horizontal plane.
  3354.  
  3355.                Geocentric latitude  The angle at  the center of the Earth
  3356.                between the radius through a given place or object and the
  3357.                equatorial plane.
  3358.  
  3359.  
  3360.                
  3361.  
  3362.                Trajectory Maker                                  Glossary
  3363.                User's Guide                                           B-3
  3364.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3365.  
  3366.  
  3367.  
  3368.                Geodetic  latitude   The  angle between  a  normal  to the
  3369.                reference ellipsoid at the point and the equatorial plane.
  3370.  
  3371.                Graticule  The network of  lines of latitude and longitude
  3372.                upon which a map is drawn.
  3373.  
  3374.                Gravitational Harmonics   Terms appearing  in the gravita-
  3375.                tional potential function (zonal, sectorial and tesseral)
  3376.  
  3377.                Great circle  Any circle on  the celestial sphere that has
  3378.                the Earth at its center.
  3379.  
  3380.                Greenwich  Mean  Time  (GMT)    Mean  solar  time  on  the
  3381.                Greenwich meridian.  Also known  as Universal Time (UT) or
  3382.                Zulu time (Z).  It may  be determined from local zone time
  3383.                by  adding   (when  West)   or  subtracting   (when  East)
  3384.                longitude.
  3385.  
  3386.                Greenwich meridian  The zero meridian from which geograph-
  3387.                ical longitude is measured,  passing through the Greenwich
  3388.                observatory, England ( also called the prime meridian).
  3389.  
  3390.                Ground trace  The path on  the surface of the Earth traced
  3391.                by an orbiting object's  subvehicle point, i.e., the point
  3392.                directly below the object.  That  is, the path along which
  3393.                an object passes  directly overhead as  seen from the sur-
  3394.                face of the Earth.
  3395.  
  3396.                Hammer-Aitoff projection  A  map projection that preserves
  3397.                area.  Its graticule is  constructed from curved parallels
  3398.                and meridians  which reduce  distortions near  the edge of
  3399.                the  map.   First  described  by  Hammer,  a  professor of
  3400.                surveying  at  Stuttgart,  in 1892  following  an  idea of
  3401.                Aitoff's.
  3402.  
  3403.                Hour angle  The angle  between the observer's meridian and
  3404.                the hour circle that passes through the object.
  3405.  
  3406.                Hour circle  A great circle  that passes through an object
  3407.                on the celestial sphere and the celestial pole.
  3408.  
  3409.                Inclination   The angle  between the  orbit plane  and the
  3410.                equatorial plane.
  3411.  
  3412.                Injection  The  act of placing  an object  on a calculated
  3413.                trajectory.
  3414.  
  3415.  
  3416.  
  3417.                
  3418.                Trajectory Maker                                  Glossary
  3419.                User's Guide                                           B-4
  3420.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3421.  
  3422.  
  3423.  
  3424.                Insertion  The act of placing an object into orbit around
  3425.                the Earth.
  3426.  
  3427.                Kepler flight  time  The  time of  flight for  a ballistic
  3428.                missile, describing  an elliptical  orbit, to  impact with
  3429.                the Earth's surface.
  3430.  
  3431.                Keplerian motion  Motion that obeys Kepler three laws: (1)
  3432.                The orbit of each planet is an ellipse with the Sun at one
  3433.                focus.  (2) The radius vector  joining the Sun to a planet
  3434.                sweeps over equal  areas in equal  intervals of time.  (3)
  3435.                The ratio of the squares of the periods of any two planets
  3436.                is equal to the ratio of the cubes of their mean distances
  3437.                from the Sun.
  3438.  
  3439.                Latitude   The  angular  distance north  or  south  of the
  3440.                equator.  See geodetic latitude above.
  3441.  
  3442.                Line of apsides  A line  connecting the perigee and apogee
  3443.                points.
  3444.  
  3445.                Line of  nodes  The  intersection of  the equatorial plane
  3446.                and the orbit plane.
  3447.  
  3448.                Local horizontal   The plane  normal to  the radius vector
  3449.                that contains the object.
  3450.  
  3451.                Longitude  The  angle between  the Greenwich  meridian and
  3452.                the meridian through  a place or  object, measured East or
  3453.                West.   Geocentric  longitude  is  the  same  as  geodetic
  3454.                longitude.
  3455.  
  3456.                Longitude of the ascending node  The angular distance from
  3457.                the vernal  equinox measured  eastwards in  the equatorial
  3458.                plane  to the  point of  intersection  of the  orbit plane
  3459.                where the object crosses from South to North.
  3460.  
  3461.                Mercator projection  A conformal map projection introduced
  3462.                by Gerhard Mercator in 1569.  Loxodromes ( rhumb lines) on
  3463.                the sphere are mapped into straight lines on the map.
  3464.                Mercator's projection is the only one that does this.
  3465.  
  3466.                Meridian   A great  circle passing  through the  North and
  3467.                South poles.
  3468.  
  3469.                Mollweide  projection   A  map  projection  that preserves
  3470.                area.  The  graticule is  constructed from  parallels that
  3471.                are  unequally   spaced  straight   lines  and  elliptical
  3472.  
  3473.  
  3474.                
  3475.  
  3476.                Trajectory Maker                                  Glossary
  3477.                User's Guide                                           B-5
  3478.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3479.  
  3480.  
  3481.  
  3482.                meridians.  The central  meridian is a  special case where
  3483.                the ellipse degenerates  into a straight  line.  The 90 th
  3484.                meridian  is  the  other special  case  where  the ellipse
  3485.                becomes a  circle.  First  described by  Karl Mollweide, a
  3486.                Mathematician and Astronomer, in 1805.
  3487.  
  3488.                Nodes  The points of intersection of an orbit with and the
  3489.                equatorial plane.
  3490.  
  3491.                Object  A body, satellite, spacecraft, missile, etc.
  3492.  
  3493.                Orbit  The path of one body in space around another.
  3494.  
  3495.                Orbital element  Six quantities that describe the orbit of
  3496.                a body  in space.  They  are: (1) the  semimajor axis; (2)
  3497.                eccentricity;  (3)  inclination;   (4)  longitude  of  the
  3498.                ascending node; (5)  argument of perigee;  (6) the time of
  3499.                perigee passage.
  3500.  
  3501.                Oblate  spheroid   A  surface  generated  by  rotating  an
  3502.                ellipse about its semiminor axis.
  3503.  
  3504.                Perigee  The point in an orbit nearest the Earth's center.
  3505.  
  3506.                Period  The time  required for one  complete circuit of an
  3507.                orbit.
  3508.  
  3509.                Perturbation  Deviation from  exact reference motion (e.g.
  3510.                conic  section)  caused  by  gravity  anomalies  or  other
  3511.                forces.
  3512.  
  3513.                Potential  function   At  a point,  the  work  required to
  3514.                remove a unit mass from that point to infinity.
  3515.  
  3516.                Radius vector  The vector emanating from the center of the
  3517.                Earth to the orbiting object.
  3518.  
  3519.                Range  The distance from a radar site to an object.
  3520.  
  3521.                Range rate  The time rate of change of radar range.
  3522.  
  3523.                Right ascension   Angular distance  of an  object measured
  3524.                eastwards  along  the celestial  equator  from  the vernal
  3525.                equinox  to the  great  circle passing  through  the north
  3526.                celestial pole and the object.
  3527.  
  3528.  
  3529.                
  3530.  
  3531.                Trajectory Maker                                  Glossary
  3532.                User's Guide                                           B-6
  3533.                ──────────────────────────────────────────────────────────
  3534.  
  3535.  
  3536.  
  3537.                Sidereal time  The hour angle of the vernal equinox.
  3538.  
  3539.                Spheroid   An oblate  spheroid which  closely approximates
  3540.                the mean sea-level figure of the Earth's geoid.
  3541.  
  3542.                Stereographic projection   A circle  preserving, conformal
  3543.                map projection  obtained by  projecting the  points of the
  3544.                sphere from the  North pole onto the  tangent plane at the
  3545.                South pole (or vice  versa).  Meridians pass into straight
  3546.                lines, parallels  into concentric  circles.  It  may be to
  3547.                Hipparch (c. 150 B.C.).
  3548.  
  3549.                Sun synchronous  An  orbit in which  the angle between the
  3550.                orbit  plane and  the line  joining the  Sun and  Earth is
  3551.                constant.  An object in such  an orbit enjoys passing over
  3552.                the same part of the Earth at the same time each day.
  3553.  
  3554.                Trajectory  The  path of  a body  in space  or through the
  3555.                Earth's atmosphere.
  3556.  
  3557.                Universal  time    Mean  solar  time   referenced  to  the
  3558.                Greenwich meridian.
  3559.  
  3560.                Universal variable  A variable that bridges the transition
  3561.                from  closed  to open  orbits  in the  two-body  theory of
  3562.                motion.   Universal  because  one  variable  replaces  the
  3563.                awkwardness of using three  distinct formulations for each
  3564.                kind of conic section.
  3565.  
  3566.                Velocity azimuth angle  The  angle measured clockwise from
  3567.                the  North  to  the projection  of  the  inertial velocity
  3568.                vector onto the local horizontal plane.
  3569.  
  3570.                Vernal equinox  The point  of intersection of the ecliptic
  3571.                and celestial  equator where  the Sun  crosses the equator
  3572.                from South  to North in  its apparent  annual motion along
  3573.                the ecliptic.  This event occurs near March 21.
  3574.  
  3575.                Zulu time  Greenwich Mean Time or Universal Time.
  3576.  
  3577.  
  3578.  
  3579.  
  3580.  
  3581.  
  3582.  
  3583.  
  3584.  
  3585.  
  3586.  
  3587.  
  3588.  
  3589.  
  3590.  
  3591.  
  3592.  
  3593.  
  3594.  
  3595.