In exploring the solar system, not only the planets and moons are of interest, but also asteroids and comets. These bodies usually have a pretty irregular shape making the determination of their gravity field difficult. However, this knowledge is critical to the successful operation of spacecraft in close proximity to these bodies. One of the available modeling techniques to solve the problem is the polyhedral gravity model. It is capable of analytically determining the full gravity tensor, including potential, acceleration, and the second derivatives for an arbitrary point P around a homogenous- density polyhedron. Consequently, the only required inputs are the polyhedral mesh and the constant density. This work implements the analytical solution for the polyhedral gravity model via the line integral approach in an open-source project with extensive accompanying documentation on readthedocs. It relies on an efficient and parallelized backbone in C++ 17, vectorizing expensive computations. For example, the resulting performant implementation evaluated the full gravity tensor for thousands of points for the asteroid Eros with a mesh consisting of 24235 nodes and 14744 faces in less than a second on a typical system. Further, the implementation’s interface is exposed via a simple Python module deployed and published on conda. Finally, the implementation has undergone multiple tests in order to be successfully verified. Its results were compared to a cube-shaped body with closed-analytical solutions and publicly available implementations in MATLAB and FORTRAN.      «

In exploring the solar system, not only the planets and moons are of interest, but also asteroids and comets. These bodies usually have a pretty irregular shape making the determination of their gravity field difficult. However, this knowledge is critical to the successful operation of spacecraft in close proximity to these bodies. One of the available modeling techniques to solve the problem is the polyhedral gravity model. It is capable of analytically determining the full gravity tensor, inc...     »

Typischerweise sind bei der Erforschung unseres Sonnensystems nicht nur Planeten und Monde von Interesse, sondern auch kleinere Körper wie Asteroiden und Kometen. Diese zeichnen sich meistens durch eine recht irreguläre Form aus, was die Bestimmung ihres Gravitationsfeldes nicht unbedingt einfach macht. Jedoch ist das Wissen um das Gravitationsfeld von kritischer Bedeutung für den Erfolg von Operationen in naher Distanz zu diesen Körpern. Eines der verfügbaren Modelle ist das Polyhedrale Gravitationsmodel. Mit ihm ist es möglich, den vollständigen Schwerkrafttensor, bestehend aus Potential, Beschleunigung und zweiten Ableitungen, für einen beliebigen Punkt P rund um einen Polyeder homogener Dichte analytisch zu bestimmen. Als Eingaben werden dafür lediglich das Mesh des Polyeders sowie dessen konstante Dichte benötigt. Diese Arbeit implementiert die analytische Lösung des Polyhedralen Gravitationsmodels mittels des Linienintegralen Ansatzes in einem Open-Source Projekt mit einer umfangreichen begleitenden Dokumentation auf readthedocs. Das Rückgrat dieser Implementierung besteht hierbei aus einer effizienten, parallelisierten und vektorisierten Implementierung in C++17. Als Beispiel für die Performanz zu nennen sei, dass die Berechnung von tausenden von Punkten für das Mesh von Eros, bestehend aus 24235 Knoten und 14744 Flächen, innerhalb von weniger als einer Sekunde finalisiert wurde auf einem typischen System. Zudem wurde das begleitende Python Interface der Implementierung als Teil dieser Arbeit auch auf conda veröffentlicht. Abschließend sei zu erwähnen, dass die Implementierung mehreren Tests unterzogen worden ist. So sind ihre Ergebnisse mit existierenden Implementierungen in FORTRAN und MATLAB sowie der geschlossenen analytischen Lösung für einen würfelförmigen Körper erfolgreich verglichen worden.     «

Typischerweise sind bei der Erforschung unseres Sonnensystems nicht nur Planeten und Monde von Interesse, sondern auch kleinere Körper wie Asteroiden und Kometen. Diese zeichnen sich meistens durch eine recht irreguläre Form aus, was die Bestimmung ihres Gravitationsfeldes nicht unbedingt einfach macht. Jedoch ist das Wissen um das Gravitationsfeld von kritischer Bedeutung für den Erfolg von Operationen in naher Distanz zu diesen Körpern. Eines der verfügbaren Modelle ist das Polyhedrale Gravit...     »