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第4章 最佳引力彈弓方案

佟倩的質疑聲回蕩在教室里,聽起來刺耳又有些失控。

眾人一臉怪異的扭頭瞧她。

也難怪佟倩如此失態,本來板上釘釘的第三名了,結果半路殺出個程咬金,不是成心搗亂嗎?

更何況目前的最優方案,才勉強將逃逸太陽系的時間,推演到12年。

陸航這家伙,憑什么就用6年?

聽到佟倩的話,臺上的陸航只是輕描淡寫瞥她一眼,冷硬回道:

“這位同學,我剛才已經展示了完整的動力學方程,速度增量也是嚴格遵循齊奧爾科夫斯基公式計算的。”

“而且每條霍曼軌道的變化,都按照開普勒方程給出了解析解。”

“當然了,假如憑你的水平看不懂的話,我也可以用微積分寫一遍。”

“但我認為沒必要,在座的評審老師都沒發表意見,不明白你為何情緒如此激動呢?”

聞聽此言,幾位評審老師皆有些不滿的瞪了眼佟倩,覺得她越界了。

即使這份6年的設計方案有問題,也該是老師提出來,她一個學生插什么話?

顯得自己不夠專業似的。

而閨蜜也趕緊拽著佟倩坐下,不想大庭廣眾之下丟臉了。

后者則有些發愣,緊接著怒火中燒起來。

陸航憑什么敢這樣對自己說話?

前天一起泡圖書館的時候,還小心討好的叫著小甜甜!

現在改叫這位同學了是吧!

不就是偷了你一篇方案嗎,這么斤斤計較?拋開一切不談,你難道就沒一點錯嗎?

佟倩越想越氣,巴不得評審老師趕緊揪出陸航的錯誤來……

在陸航陳述后,原本準備走個過場就收尾的評審組,破例開啟了答辯環節。

朱閱是此次挑戰杯的評審組長,也是本科生講師,主攻航天器軌跡優化、空間站任務規劃等。

題目便是他出的,因此很清楚這道題對本科生的難度。

能合理的根據題干條件,大差不差的設計出一條12~13年逃逸太陽系的軌道,就算佼佼者了。

若想再進一步,除非對引力彈弓領悟到駕輕就熟的地步,還得有超乎常人的數學水平!

朱閱推了推眼鏡,仔細的打量起臺上那個從容自信的男生。

反正真金不怕火煉,于是他提了個刁鉆的問題:

“陸航同學,我看你這份方案,之所以比其他同學更省時間,是因為對推力方向做了詳細規劃。”

“這計算量可不小啊?競賽時間只有半個月,要兼顧到方方面面的變量,你卻能百忙之中規劃推力方向,沒找人幫忙?”

陸航心道自己就三個小時,上哪兒找人幫忙去。

他解釋說:“反正挑戰杯的宗旨,就是在有限時間和本科水平下,盡可能拿出最優方案嘛。”

朱閱笑起來,“聽你這口氣,感覺是個時間管理大師嘛。”

其余參賽者一臉黑線。

大家都是15天交卷,要在如此倉促的時間設計好一切,本就是焦頭爛額,你小子為何如此優秀?

陸航則淡定回答道:

“根據牛頓第二定律,沿直線運動的物體若給定加速度大小和時間,要達到最好的效果就是沿運動方向加速。”

“這道題雖然主要考察引力彈弓,但如果為了省事兒,就固定推力方向,我認為是顧此失彼了,畢竟探測器是不規則的曲線運動。”

“與其說我會管理時間,不如說我沒浪費太多時間在引力彈弓上而已。”

幾位評審老師聽后,對視一眼,皆是贊許的神色。

朱閱對他的回答很滿意,繼續提問道:

“講講你引力助推的動力學方程,是怎么得來的吧?”

于是陸航陳述了計算行星軌道周期與會合周期的過程——

在節省時間的基礎上先排除水星和金星,接著是距離較遠的天王星、海王星。

只剩火星、木星、土星符合最佳助推條件。

再篩掉幾種排列組合,得出一條從地球軌道出發,一直沿速度方向推到火星;

獲得火星的引力助推加速后,繼續沿速度方向推到木星;

獲得木星的引力助推加速后,燒完剩余燃料,最后沿雙曲線逃逸太陽系的軌道……

朱閱抿著嘴,跟身旁的評審討論了一會兒,好奇道:

“根據方案看,實時優化每個積分時刻的推力方向,變量可太多了。這么短的競賽時間,你怎么算出來的?”

陸航肯定不能說磕了藥后,文思泉涌硬生生算出來的,且前后只花了三個鐘頭。

那樣估計會被749局拉走解剖吧。

他想了想,用一種適應于本科生體質的解題思路答道:

“由于探測器在太空是曲線運動,因此要使加速度一直沿速度方向調整,計算量會很大。”

“但實際上最優推力方向與速度方向差距很小,如果用一種折中的方法來進一步逼近最優解,可以節省計算步驟。”

朱閱饒有興致的問:“那陸航同學是怎么折中的?”

陸航胸有成竹的講道:

“很簡單,在原來一直沿速度方向推進的軌道段中間,插入幾段調整軌道段。”

“通過優化調整軌道段的推力方向和飛行時間,來減小計算難度,還能收斂到更優的解。”

“從表面上看,插入調整軌道段的前后,地球→火星、火星→木星的引力助推沒有什么變化,時間線也基本重合。”

“但最后會發現,插入調整段的方案比原來節省了28公斤的燃料!”

“正是這部分燃料,使探測器最終離開木星時,可以多維持17天的加速,從而達到更大的逃逸速度,也將總時間控制在了6年內!”

臺下的評審們聽完,皆是互相點頭,贊不絕口,

“這樣的話就說得通了。”

“看來本屆挑戰杯的一等獎毫無懸念了。”

“頭回遇到這么才思敏捷、靈活變通的學生啊,很聰明嘛。”

“能把霍曼轉移公式、齊奧爾科夫斯基公式啃的這么透徹,咱們那時候也做不到吧……”

答辯結束走下臺,看著朱閱還有幾位評審的態度,陸航心中松了口氣,知道今天沒白忙活。

再一瞧佟倩那張鐵青的臉,他心情更好了。

若不是時間緊任務重,陸航本打算再給這些人一點驚喜的——

往方案中引入遺傳算法、來提升全局收斂效率的話,他有信心將逃逸太陽系的時間縮得更短!

此時,臺下的評審漸漸安靜下來,似乎是達成了一致的意見。

評審組長朱閱走上臺,朗聲道:

“下面,我宣讀一下本屆挑戰杯的獲獎名單!”

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