南京林业大学大学生实践创新训练计划项目申报表

南京林业大学大学生实践创新训练计划项目申报表推荐学院：项目名称：所属一级学科名称:项目负责人：联系电话：指导教师：联系电话：申报日期：（盖章）天问一号着陆火星动力学过程的Matlab/Simulink仿真推荐学院：项目名称：所属一级学科名称:项目负责人：联系电话：指导教师：联系电话：申报日期：（盖章）天问一号着陆火星动力学过程的Matlab/Simulink仿真王则谦张林2021年5月23日二。二一年五月项目名称天问一号着陆火星动力学过程的Matlab/Simulink仿真项目所属一级学科理学项目所属二级学科物理学项目实施时间起始时间：2021年6月完成时间：2022年5月项目简介（100字以内）本项目使用Matlab/Simulink仿真软件，建立天问一号火星探测器着陆火星的动力学模型，并使用虚拟仿真（VR）技术对天问一号着陆准备阶段、气动减速阶段、伞降阶段、悬停阶段、缓冲落火阶段进行可视化仿真。本项目的研究将为使用计算机虚拟技术以简化和模拟航天器的外空间飞行打下坚实的基础。申请人或申请团队姓名年级学号所在院系/专业联系电话E-mail主持人王则谦大一机械电子工程学院/自动化成员陈冠宇大一机械电子工程学院/自动化易硕大一机械电子工程学院/自动化朱金超大一机械电子工程学院/自动化指导教师第一指导教师姓名张林单位理学院应用物理系年龄41职务副教授主要成果主持国家自然科学基金、江苏省高校自然科学基金、江苏省现代教育技术课题等项目，发表SCI论文15篇，先后指导学生完成了《嫦娥一号卫星探月轨道运动的动态仿真》、《天宫一号与神州八号空间对接技术的物理建模与仿真》、《火星探测器地日转移轨道的物理建模与VR仿真实验》等工作，在该领域发表论文20篇，并独立指导学生参加江苏省大学生物理实验与科技作品竞赛，取得优异的成绩。一、 申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）项目主持人王则谦及其成员陈冠宇，易硕，朱金超，都是机械电子工程学院大一的学生，我们具有对火星探测强烈的兴趣、较好的数学物理基础，较强的团队合作精神。目前，我们在指导老师的引导下已阅读了大量的文献与计算机仿真技术方面的书籍，了解到了该领域的最新研究动态，已具备从事该课题研究的理论和技术基础。二、项目方案具体内容包括:1、项目研究背景（国内外的研究现状及研究意义、项目已有的基础，与本项目有关的研究积累和已取得的成绩，已具备的条件，尚缺少的条件及方法等）（1）项目的研究意义火星是距离地球最近的行星，它的特征在很多方面与地球非常相似，对火星的探测和开发具有十分重要的意义。目前，除了美国和前苏联之外，我国的火星探测器天问一号于2021年5月15日成功着陆火星。随着我国航天技术的不断进步，当代大学生也迫切需要了解学习火星探测方面的知识。由于火星探测过程的系统性、复杂性、高风险性，不可能在高校实验室中实现，因此通过计算机仿真技术，模拟火星探测器的运动成为许多大学生学习航天技术的唯一途径，目前这方面的工作还比较少见。计算机仿真软件由于其交互性好，可设计性强，仿真图像逼真等优势，被广泛于模拟长周期的，高难度的，高危险的实验：如行星碰撞实验，汽车碰撞和撞击实验和小麦育种实验等。因此，使用计算机仿真软件模拟天问一号的落火过程是非常必要的，也是可行的。（2）项目已有的基础目前，我们在指导老师的引导下，已经阅读了本项目相关的大量文献和书籍，自学了计算机仿真的相关技术，并对该项目的可行性进行了分析，完成了本项目的立项前的所有准备工作。另外，我校省级物理实验中心配有专门的仿真实验室，可供本项目成员进行本项目的研究。因此，目前我们已具备开展该项目研究的所有条件，希望学校和学院给予支持。2、项目研究目标及主要内容（1）研究目标使用Matlab/Simulink仿真软件，对火星探测器天问一号着陆火星的整个过程进行建模和仿真，并得到相关的物理结论。（2）主要研究以下内容：①天问一号着陆火星动力学模型的构建天问一号着陆火星Matlab/Simulink仿真模型的构建与调试天问一号着陆过程在虚拟现实场景（VR）中的实现。3、项目创新特色概述本项目是以天问一号着陆火星的动力学过程为主要研究对象，并结合计算机仿真软件形象、逼真、可设计强的优势，来模拟飞行器不同阶段的空间运动，并得到一些简单的物理结论。4、项目研究技术路线建立在火星重力场作用下，天问一号着陆准备阶段、气动减速阶段、伞降阶段、悬停阶段、缓冲落火阶段轨道的动力学方程，使用Matlab/Simulink仿真软件将天问一号下落的动力学方程和角速度方程模块化，并完成相关参数的选择和优化，完成整个仿真模型的调试，并将相关信号接入虚拟现实（VR）终端，实现对天问一号降落火星的整个过程进行可视化和动态分析。5、研究进度安排2021年6月——2021年12月，完成对火星探测器着陆火星各阶段轨道的理论设计，并初步设定系统参数，并进行优化。2022年1月——2022年5月，完成对火星探测器着陆火星各阶段轨道的计算机仿真，并得到最终的物理结论，撰写论文，完成项目。6、项目组成员分工王则谦同学，项目负责人，负责整个项目的理论设计和仿真模拟。朱金超同学，承担项目物理模型的建立和动力学方程的推导。易硕同学，承担项目Matlab/Simulink仿真软件的设计和调试。陈冠宇同学，承担项目虚拟现实（VR）场景的制作与仿真程序的可视化。三、学校提供条件（包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等）1、实验条件：目前我校省级物理实验教学中心，已初步建成专门的仿真实验室，该实验室拥有学生机房，并配备了10台高配置服务器，可供30名以上的学生参加物理仿真实验的教学与科研活动，我们需要利用这些实验条件进行该课题的研究。2、配套经费：为了使课题研究顺利进行，我们需要去东南大学、南京师范大学等本市高校进行调研与学习，我们还可能遇到计算硬件的故障（例如电源、存储设备的故障），以及仿真软件的升级等问题，因此希望学校和教务处能给予我们政策上的支持，和相应的配套经费。四、预期成果（论文、专利等）预计在项目完成时，设计出天问一号着陆火星的仿真软件，并发表1篇学术论文。五、经费预算注：总经费、财政拨款、学校拨款由学校按照有关规定核定数目进行填写总经费（元）2000财政拨款（元）学校拨款（元）2000具体包括：1、调研、差旅费300元；2、用于项目研发的元器件、软硬件测试、小型硬件购置费500元;3、资料购置、打印、复印、印刷等费用600元；4、学生撰写与项目有关的论文版面费600元。六、导师推荐意见该研究项目是申请学生根据自己的兴趣，结