Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
Tentamen (uitwerkingen)

Solutions Manual for Interplanetary Astrodynamics, 1st Edition by David Spencer, Davide Conte

Beoordeling
-
Verkocht
-
Pagina's
147
Cijfer
A+
Geüpload op
03-01-2026
Geschreven in
2025/2026

Solutions Manual for Interplanetary Astrodynamics, 1st Edition by David Spencer, Davide Conte Chapters, 2-6

Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

Solutions Manual for Interplanetary Astrodynamics, 1e by David
Spencer, Davide Conte (Selective Chapters, 2-6)


Interplanetary Astrodynamics

Chapter 2 Problem Solutions

For all numerical problems, use 𝜇 = 398, 600 km3 /s2 as the gravitational parameter of the Earth.


Problem 1
Starting with the unperturbed two-body equations of motion, Equation (2.9), derive its state space
form in spherical coordinates.
Solution
Consider the Cartesian (𝑥, 𝑦, and 𝑧) formulation of the equations of motion for the two-body
problem:
𝜇𝑥
𝑥̈ = −
𝑟3
𝜇𝑦
𝑦̈ = − 3
𝑟
𝜇𝑧
𝑧̈ = − 3
𝑟

In order to convert between Cartesian and spherical coordinates, we use the following relationships

𝑥 = 𝜌 sin 𝜙 cos 𝜃
𝑦 = 𝜌 sin 𝜙 sin 𝜃
𝑧 = 𝜌 cos 𝜙

where 𝜌, 𝜙, and 𝜃 are the spherical coordinates.
Taking one time-derivative of the above equations for the 𝑥, 𝑦, and 𝑧 coordinates expressed in
terms of 𝜌, 𝜙, and 𝜃 gives

𝑥̇ = 𝜌̇ cos 𝜃 sin 𝜙 + 𝜌𝜙̇ cos 𝜙 cos 𝜃 − 𝜌𝜃̇ sin 𝜙 sin 𝜃
𝑦̇ = 𝜌̇ sin 𝜙 sin 𝜃 + 𝜌𝜙̇ cos 𝜙 sin 𝜃 + 𝜌𝜃̇ cos 𝜃 sin 𝜃
𝑧̇ = 𝜌̇ cos 𝜙 − 𝜌𝜙̇ sin 𝜙




1




Downloaded by: tutorsection | Want to earn $1.236
Distribution of this document is illegal extra per year?

,Taking another time-derivative:

𝑥̈ = 𝜌̈ cos 𝜃 sin 𝜙 − 𝜌𝜙̇ 2 cos 𝜃 sin 𝜙 − 𝜃̇ 2 cos 𝜃 sin 𝜙 + 𝜌𝜙̈ cos 𝜙 cos 𝜃+
̈ sin 𝜙 sin 𝜃 + 2𝜌̇ 𝜙̇ cos 𝜙 cos 𝜃 − 2𝜌̇ 𝜃̇ sin 𝜙 sin 𝜃 − 2𝜌𝜙̇ 𝜃̇ cos 𝜙 sin 𝜃
− 𝜃𝜌
𝑦̈ = 𝜌̈ sin 𝜙 sin 𝜃 − 𝜌𝜙̇ 2 sin 𝜙 sin 𝜃 − 𝜌𝜃̇ 2 sin 𝜙 sin 𝜃 + 𝜌𝜙̈ cos 𝜙 sin 𝜃+
+ 𝜌𝜃̈ cos 𝜃 sin 𝜙 + 2𝜌̇ 𝜙̇ cos 𝜙 sin 𝜃 + 2𝜌̇ 𝜃̇ cos 𝜃 sin 𝜙 + 2𝜌𝜃̇ 𝜙̇ cos 𝜙 cos 𝜃
𝑧̈ = 𝜌̈ cos 𝜙 − 2𝜌̇ 𝜙̇ sin 𝜙 − 𝜌𝜙̈ sin 𝜙 − 𝜌𝜙̇ 2 cos 𝜙

Equating each 𝑥, 𝑦, and 𝑧 acceleration expressed in spherical coordinates with its respective
acceleration terms gives us the equations of motion for the two-body problem in terms of spherical
coordinates 𝜌, 𝜙, and 𝜃

𝜌̈ cos 𝜃 sin 𝜙 − 𝜌𝜙̇ 2 cos 𝜃 sin 𝜙 − 𝜃̇ 2 cos 𝜃 sin 𝜙 + 𝜌𝜙̈ cos 𝜙 cos 𝜃+
̈ sin 𝜙 sin 𝜃 + 2𝜌̇ 𝜙̇ cos 𝜙 cos 𝜃 − 2𝜌̇ 𝜃̇ sin 𝜙 sin 𝜃 − 2𝜌𝜙̇ 𝜃̇ cos 𝜙 sin 𝜃+
− 𝜃𝜌
𝜇 sin 𝜙 cos 𝜃
+ =0
𝜌2
𝜌̈ sin 𝜙 sin 𝜃 − 𝜌𝜙̇ 2 sin 𝜙 sin 𝜃 − 𝜌𝜃̇ 2 sin 𝜙 sin 𝜃 + 𝜌𝜙̈ cos 𝜙 sin 𝜃+
+ 𝜌𝜃̈ cos 𝜃 sin 𝜙 + 2𝜌̇ 𝜙̇ cos 𝜙 sin 𝜃 + 2𝜌̇ 𝜃̇ cos 𝜃 sin 𝜙 + 2𝜌𝜃̇ 𝜙̇ cos 𝜙 cos 𝜃
𝜇 sin 𝜙 sin 𝜃
+ =0
𝜌2
𝜇 cos 𝜙
𝜌̈ cos 𝜙 − 2𝜌̇ 𝜙̇ sin 𝜙 − 𝜌𝜙̈ sin 𝜙 − 𝜌𝜙̇ 2 cos 𝜙 + =0
𝜌2

where we used the fact that 𝜌 = 𝑟 = 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 .




2




Downloaded by: tutorsection | Want to earn $1.236
Distribution of this document is illegal extra per year?

,Problem 2
Prove that for the unperturbed two-body problem, orbital energy is constant.
Solution
𝑣2
Start with the vis-viva equation, Equation (2.50): 𝐸 = 2
− 𝜇
𝑟

To prove that energy is constant, we need to take its time derivative and show that it is equal to
zero:

𝑑𝐸 𝑑 𝐯⋅𝐯 𝑑 𝜇
= ( ) −
𝑑𝑡 𝑑𝑡 2 𝑑𝑡 (𝐫 ⋅ 𝐫)1/2 ]
[

𝐯̇ ⋅ 𝐯 + 𝐯 ⋅ 𝐯̇ 1
= − 𝜇 − 𝐫−3 (2𝐫 ⋅ 𝐫)
̇
( 2 ) [ 2 )

Recall that 𝐯̇ = 𝐫̈ = −𝜇𝐫
𝑟3
and 𝐫̇ = 𝐯, so

𝑑𝐸 −𝜇𝐫 𝜇𝐫
=𝐯⋅( 3 )+ 3 ⋅𝐯
𝑑𝑡 𝑟 𝑟

𝜇𝐫 𝜇𝐫
= −𝐯 ⋅ ( + 𝐯 ⋅ =0
𝑟3 ) 𝑟3

Thus, 𝑑𝐸
𝑑𝑡
= 0 which means that orbital energy is constant.




3




Downloaded by: tutorsection | Want to earn $1.236
Distribution of this document is illegal extra per year?

, Problem 3
Prove that the angular momentum vector and eccentricity vector are orthogonal to each other.
Solution
In order to prove that two vectors are orthogonal, or perpendicular, to each other, one must show
that their dot product is zero.
Starting with the definitions of eccentricity, Equation (2.27),
𝐯×𝐡 𝐫
𝐞= −
𝜇 𝑟

and angular momentum, Equation (2.41),

𝐡=𝐫×𝐯

we take the dot product between angular momentum and eccentricity,

𝐯×𝐡 𝐫
𝐡⋅𝐞=𝐡⋅ −
( 𝜇 𝑟)
1 1
= 𝐡 ⋅ (𝐯 × 𝐡) − (𝐫 × 𝐯) ⋅ 𝐫
𝜇 𝑟
where we used the definition of angular momentum for the second term. We then use the scalar
triple product on the above equation, which, for three generic vectors 𝐀, 𝐁, and 𝐂 is

𝐀 ⋅ (𝐁 × 𝐂) = 𝐁 ⋅ (𝐂 × 𝐀) = 𝐂 ⋅ (𝐀 × 𝐁)

This helps us simplify the first term as
1 1 1
𝐡 ⋅ (𝐯 × 𝐡) = 𝐯 ⋅ (𝐡 × 𝐡) = 𝐯 ⋅ 𝟎 = 0
𝜇 𝜇 𝜇

and the second term as
1 1 1
− 𝐫 ⋅ (𝐯 × 𝐫) = − 𝐯 ⋅ (𝐫 × 𝐫) = − 𝐯 ⋅ 𝟎 = 0
𝑟 𝑟 𝑟
which proves that 𝐡 ⋅ 𝐞 = 0 and thus 𝐡 ⟂ 𝐞 = 0.




4




Downloaded by: tutorsection | Want to earn $1.236
Distribution of this document is illegal extra per year?

Gekoppeld boek

Geschreven voor

Vak

Documentinformatie

Geüpload op
3 januari 2026
Aantal pagina's
147
Geschreven in
2025/2026
Type
Tentamen (uitwerkingen)
Bevat
Vragen en antwoorden

Onderwerpen

$12.49
Krijg toegang tot het volledige document:

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
De reputatie van een verkoper is gebaseerd op het aantal documenten dat iemand tegen betaling verkocht heeft en de beoordelingen die voor die items ontvangen zijn. Er zijn drie niveau’s te onderscheiden: brons, zilver en goud. Hoe beter de reputatie, hoe meer de kwaliteit van zijn of haar werk te vertrouwen is.
TestBankStuvia Howard Community College
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
139
Lid sinds
1 jaar
Aantal volgers
16
Documenten
1812
Laatst verkocht
6 dagen geleden
I have Accounting, Finance, Statistics, Computer Science, Nursing and other Subjects A+ solutions

Nursing Being my main profession line, My mission is to be your LIGHT in the dark. If you're worried or having trouble in nursing school, I really want my notes to be your guide! I know they have helped countless others get through and that's all I want for YOU! All the materials posted are A+ Graded. Please rate and write a review after using my materials. Your reviews will motivate me to add more materials. Thank You So Much!!!

Lees meer Lees minder
4.5

86 beoordelingen

5
64
4
14
3
2
2
0
1
6

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen