AE 424 | Ders Tanıtım Bilgileri - Havacılık ve Uzay Mühendisliği

Dersin Adı

Astrofizik ve Yörünge Mekaniğinde Özel Konular

Kodu	Yarıyıl	Teori (saat/hafta)	Uygulama/Lab (saat/hafta)	Yerel Kredi	AKTS
AE 424	Güz/Bahar	3	0	3	5

Ön-Koşul(lar)	Yok
Dersin Dili	İngilizce
Dersin Türü	Seçmeli
Dersin Düzeyi	Lisans
Dersin Veriliş Şekli	-
Dersin Öğretim Yöntem ve Teknikleri	-
Ulusal Meslek Sınıflandırma Kodu	-
Dersin Koordinatörü	Dr. Öğr. Üyesi Fabrizio Pinto
Öğretim Eleman(lar)ı	Dr. Öğr. Üyesi Fabrizio Pinto
Yardımcı(ları)	-

Dersin Amacı

Bu dersin amacı, karmaşık astrofiziksel sistemleri keşfetmek ve yeni nesil uzay aracı yörüngeleri ve operasyonlarının dijital tasarımı ve analizinde yararlı sonuçları simüle etmek ve görselleştirmek için geniş bir ücretsiz açık kaynak yazılım (FOSS) araçları paketi kullanmanın yanı sıra özellikle modern Fortran'da bulunan rekabetçi özelliklerden yararlanarak, yüksek performanslı hesaplama (HPC) yaklaşımları aracılığıyla astrofizik ve yörünge mekaniği için zamanında önemli olan bir dizi konuyu keşfetmektir.

Öğrenme Çıktıları

#	İçerik	PÇ Sub	* Katkı Düzeyi
#	İçerik	PÇ Sub	1	2	3	4	5
1	Astrofiziksel sistemleri ve incelenen yörünge mekaniği problemlerini açıklayabilecektir.
2	Ölçülen ve gözlemlenen parametreler ile analiz ve simülasyonların nihai çıktıları arasındaki ilişkiyi tanımlayabilecektir.
3	Hakemli literatürde ve kataloglarda yayınlanan gözlemlerden veya laboratuvar deneylerinden elde edilen verileri aktarabilecektir.
4	Sayısal olarak yoğun matematiksel problemleri çözmek için HPC programlamayı, özellikle modern Fortran'ı kullanabilecektir.
5	Sonuçların gelişmiş görselleştirmeleri, simülasyonları ve geliştirilmiş çok boyutlu temsillerini oluşturmak için FOSS araçlarını kullanabilecektir.

Ders Tanımı

Bu ders, karmaşık astrofiziksel sistemlerin ve gerçekçi gelecek nesil yörünge mekaniği problemlerinin analizi için yüksek performanslı hesaplama çalışmalarını tanıtmaktadır. Giriş derslerinde tipik olarak tanıtılan basitleştirmeler kaldırılır ve analiz birden çok ölçekte gerçekleştirilir ve çeşitli fiziksel ilkelerin eşzamanlı etkileşimini içerir, böylece modern Fortran ile hesaplama ihtiyacını ve sonuçların diğer FOSS araçlarıyla temsilini sağlar.

Dersin İlişkili Olduğu Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları

Dersin Kategorisi	Temel Ders
	Uzmanlık/Alan Dersleri	X
	Destek Dersleri
	İletişim ve Yönetim Becerileri Dersleri
	Aktarılabilir Beceri Dersleri

Hafta	Konular	Ön Hazırlık	Öğrenme Çıktısı
1	Giriş: Kütleçekimsel N-cisim problemi, analitik 2 cisimsel çözüm, Kepler denklemi, uzay aracı yörüngesine uygulamalar, güneş sistemi dinamikleri, ikili yıldızlar, galaksiler	R. Bate et al., Fundamentals of Astrodynamics (Dover Publ., New York, 1971). ISBN: 0486600610. J. Binney and S. Tremaine, Galactic Dynamics (Princeton Univ. Press, Princeton, 1987). ISBN: 0-691-08444-0. H. Goldstein, C. Poole, and J. Safko, Classical Mechanics (Addison-Wesley, San Francisco, 2002).
2	Tam 3 cisim probleminin bozucu olduğu 2 cisim problemi ve çözülebilir vakalar. Sayısal yaklaşımlar: semplektik ve uyarlanabilir algoritmalar	R. Bate et al., Fundamentals of Astrodynamics (Dover Publ., New York, 1971). ISBN: 0486600610. P.J. Teuben, The Stellar Dynamics Toolbox NEMO, Astronomical Data Analysis Software and Systems IV, PASP Conf Series 77, 398, (1995).
3	Modern Fortran’a giriş. FOSS tools, Linux, CygWin, Jupyter, gnuplot, Sage, gfortran. LaTeX. The N-body problem with N>>1. Tarih, stratejiler ve paralellik	Janet A. Nicholson, Introduction to Programming using Fortran 95 (2011). (electronic document). W. H. Press et al., Numerical Recipes in Fortran, FORTRAN 77 and Fortran 90, (Cambridge University Press, Cambridge). ISBN: 0-521-43064-X.
4	Proje 1: öğrenci sunumları
5	Yıldız oluşumu ve yapısı. Politropik modellerin analitik çözümleri. Emden-Lane denklemi. King'in modelleri ve küresel kümeler. Kendinden tutarlı yerçekimi potansiyeli modelleri	J. Binney and S. Tremaine, Galactic Dynamics (Princeton Univ. Press, Princeton, 1987). ISBN: 0-691-08444-0. S. Chandrasekhar, An Introduction to the Study of Stellar Structure (Dover Publ., New York, 1967). Library of Congress Catalog: 58-162. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics (Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002). ISBN: 0-08-029140-6.
6	Denge yıldız yapısının sayısal çözümleri. Durum denklemleri. Göreli astrofizik. Beyaz cüce gezegenler, nötron yıldızları	E. Brown, Stellar Astrophysics (Open Astrophysics Bookshelf, 2021). (git version6f0150ea). S. Chandrasekhar, An Introduction to the Study of Stellar Structure (Dover Publ., New York, 1967). Library of Congress Catalog: 58-162. S. Weinberg, Gravitation and Cosmology (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1972). ISBN: 0471925675.
7	Dinamik yıldız yapısının sayısal çözümleri. Değişken yıldızlar, yapısal istikrarsızlıklar, nova ve süpernovalar	S. Chandrasekhar, An Introduction to the Study of Stellar Structure (Dover Publ., New York, 1967). Library of Congress Catalog: 58-162.
8	Ara Sınav
9	Uzay aracı yörünge optimizasyonu: düşük itme görevleri	J. Aziz et al., Low-Thrust Many-Revolution Trajectory Optimization via Differential Dynamic Programming and a Sundman Transformation, J. of Astronaut. Sci., 65, 205-228 (2018). O. Golan et al., Minimum Fuel Lunar Trajectories for a Low-Thrust Power-Limited Spacecraft, Dynamics and Control, 4, 383-394 (1994).
10	Otonom uzay aracı navigasyonu ve Kalman filtreleri	M. Rhudy, A Kalman filtering tutorial for undegraduate students, International Journal of Computer Science & Engineering Technology (IJCSET), 8, 1-18 (2018). R. Faragher, Understanding the Basis of the Kalman Filter Via a Simple and Intuitive Derivation, IEEE Signal Processing Magazine, 29, 128-132 (2012).
11	Otonom iniş	Z. Bojun, High-Precision Adaptive Predictive Entry Guidance for Vertical Rocket Landing, Journal of Spacecraft and Rockets, 56, 1735-1741 (2019). L. Ocampo, Solving the optimization control problem for lunar soft landing using minimization technique, University of Texas, 2013.
12	Proje 2 : öğrenci sunumları
13	Genel göreli uzay aracı yörüngeleri, Schwarzschild ve Kerr ölçülerindeki yörüngeler, Post-Newtonian yaklaşımlar.	S. Weinberg, Gravitation and Cosmology (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1972). ISBN: 0471925675.
14	Yıldızlararası seyahat: teknolojiler ve simülasyonlar	C. Bayler-Jones, Lost in space? Relativistic interstellar navigation using an astrometric star catalogue, ArXiv:2103.10389v1 (2021). I. Crawford, “Direct Exoplanet Investigation using Interstellar Space Probes,” The Handbook of Exoplanets (Springer International Publishing, 2018). ISBN: 978-3-319-55333-7.
15	Dönemin gözden geçirilmesi
16	Final Sınavı

Ders Kitabı

J. Aziz et al., Low-Thrust Many-Revolution Trajectory Optimization via Differential Dynamic Programming and a Sundman Transformation, J. of Astronaut. Sci., 65, 205-228 (2018).
R. Bate et al., Fundamentals of Astrodynamics (Dover Publ., New York, 1971). ISBN: 0486600610.
C. Bayler-Jones, Lost in space? Relativistic interstellar navigation using an astrometric star catalogue, ArXiv:2103.10389v1 (2021).
J. Binney and S. Tremaine, Galactic Dynamics (Princeton Univ. Press, Princeton, 1987). ISBN: 0-691-08444-0.
E. Brown, Stellar Astrophysics (Open Astrophysics Bookshelf, 2021). (git version6f0150ea).
Z. Bojun, High-Precision Adaptive Predictive Entry Guidance for Vertical Rocket Landing, Journal of Spacecraft and Rockets, 56, 1735-1741 (2019).
S. Chandrasekhar, An Introduction to the Study of Stellar Structure (Dover Publ., New York, 1967). Library of Congress Catalog: 58-162.
I. Crawford, “Direct Exoplanet Investigation using Interstellar Space Probes,” The Handbook of Exoplanets (Springer International Publishing, 2018). ISBN: 978-3-319-55333-7.
R. Faragher, Understanding the Basis of the Kalman Filter Via a Simple and Intuitive Derivation, IEEE Signal Processing Magazine, 29, 128-132 (2012).
O. Golan et al., Minimum Fuel Lunar Trajectories for a Low-Thrust Power-Limited Spacecraft, Dynamics and Control, 4, 383-394 (1994).
H. Goldstein, C. Poole, and J. Safko, Classical Mechanics (Addison-Wesley, San Francisco, 2002).
L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics (Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002). ISBN: 0-08-029140-6.
Janet A. Nicholson, Introduction to Programming using Fortran 95 (2011). (electronic document).
L. Ocampo, Solving the optimization control problem for lunar soft landing using minimization technique, University of Texas, 2013.
W. H. Press et al., Numerical Recipes in Fortran, FORTRAN 77 and Fortran 90, (Cambridge University Press, Cambridge). ISBN: 0-521-43064-X.
P.J. Teuben, The Stellar Dynamics Toolbox NEMO, Astronomical Data Analysis Software and Systems IV, PASP Conf Series 77, 398, (1995).
M. Rhudy, A Kalman filtering tutorial for undegraduate students, International Journal of Computer Science & Engineering Technology (IJCSET), 8, 1-18 (2018).
S. Weinberg, Gravitation and Cosmology (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1972). ISBN: 0471925675.

Önerilen Okumalar/Materyaller

Yarıyıl Aktiviteleri	Sayı	Katkı Payı %	LO 1	LO 2	LO 3	LO 4	LO 5
Katılım
Laboratuvar / Uygulama
Arazi Çalışması
Küçük Sınav / Stüdyo Kritiği
Portfolyo
Ödev
Sunum / Jüri Önünde Sunum
Proje	1	40
Seminer/Çalıştay
Sözlü Sınav
Ara Sınav	1	20
Final Sınavı	1	40
Toplam

Yarıyıl İçi Çalışmalarının Başarı Notuna Katkısı	2	60
Yarıyıl Sonu Çalışmalarının Başarı Notuna Katkısı	1	40
Toplam

Yarıyıl Aktiviteleri	Sayı	Süre (Saat)	İş Yükü
Teorik Ders Saati (Sınav haftası dahildir: 16 x teorik ders saati)	16	3	48
Laboratuvar / Uygulama Ders Saati (Sınav haftası dahildir. 16 x uygulama/lab ders saati)	16		0
Sınıf Dışı Ders Çalışması	14	3	42
Arazi Çalışması			0
Küçük Sınav / Stüdyo Kritiği			0
Portfolyo			0
Ödev			0
Sunum / Jüri Önünde Sunum			0
Proje	3	14	42
Seminer/Çalıştay			0
Sözlü Sınav			0
Ara Sınavlar	1	8	8
Final Sınavı	1	10	10
		Toplam	150

#	PÇ Sub	Program Yeterlilikleri / Çıktıları	* Katkı Düzeyi
#	PÇ Sub	Program Yeterlilikleri / Çıktıları	1	2	3	4	5
1	Matematik, Fen Bilimleri ile Havacılık ve Uzay Mühendisliği alanında edinilen kuramsal ve uygulamalı bilgileri kullanır.		-	-	-	X	-
2	Havacılık ve Uzay Mühendisliği alanındaki problemleri saptar, analiz eder ve bilimsel yöntemleri kullanarak çözer ve yorumlar.		-	-	-	X	-
3	Karmaşık bir sistemi, süreci veya ürünü gerçekçi kısıtlar ve koşullar altında, belirli gereksinimleri karşılayacak şekilde modern tasarım yöntemlerini uygulayarak tasarlar.		-	-	-	-	-
4	Havacılık ve Uzay Mühendisliği uygulamaları için gerekli modern teknik ve araçları geliştirir, seçer ve kullanır.		-	-	X	-	-
5	Havacılık ve Uzay Mühendisliği ile ilgili araştırma konuları için deney tasarlar, deney yapar, veri toplar ve sonuçları analiz eder, yorumlar.		-	-	X	-	-
6	Çok disiplinli takımlarda iletişim kurabilme ve çalışma yeteneğini geliştirir.		-	-	-	-	-
7	Türkçe sözlü ve yazılı etkin iletişim kurar; etkin rapor yazar ve yazılı raporları anlar, tasarım ve üretim raporları hazırlar, etkin sunum yapar, açık ve anlaşılır talimat verir ve alır.		-	-	-	-	-
8	Havacılık ve Uzay Mühendisliği uygulamalarının evrensel ve toplumsal boyutlarda sağlık, çevre ve güvenlik üzerindeki etkileri ve çağın mühendislik alanına yansıyan sorunları hakkında bilgi sahibidir. Havacılık ve Uzay Mühendisliği çözümlerinin hukuksal sonuçlarının farkındadır.		-	-	-	-	-
9	Mesleki etik bilince sahiptir, mühendislik uygulamalarında kullanılan standartlar hakkında bilgi sahibidir.		-	-	-	-	-
10	Proje yönetimi, risk yönetimi ve değişiklik yönetimi gibi iş hayatındaki uygulamalar hakkında bilgi sahibidir, girişimcilik ve yenilikçilik hakkında bilinçlidir, sürdürebilir kalkınma hakkında bilgi sahibidir.		-	-	-	-	-
11	Bir yabancı dili kullanarak Havacılık ve Uzay Mühendisliği ile ilişkili konularda, bilgi toplar ve meslektaşları ile iletişim kurar (‘‘Avrupa Dil Portföyü Küresel Ölçeği’’, B1 seviyesi).		-	-	-	-	-
12	İkinci yabancı dili orta düzeyde kullanır.		-	-	-	-	-
13	Yaşam boyu öğrenmenin gerekliliği bilincindedir; bilgiye erişir, bilim ve teknolojideki gelişmeleri izler ve kendini sürekli yeniler; insanlık tarihi boyunca oluşan bilgi birikimini Havacılık ve Uzay Mühendisliği alanıyla ilişkilendirir.		-	-	-	-	-