Development of the Aalto Virtual Planetarium for space science and applications

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2023-10-09
Department
Major/Subject
Space Science and Technology
Mcode
ELEC3039
Degree programme
Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)
Language
en
Pages
73+1
Series
Abstract
The thesis describes the development process of the Aalto Virtual Planetarium software. It introduces the topic by first discussing the basic space physic concepts related to space plasma environment. Four different types of interaction are discussed: Earth-like, Venus-like, comet-like and Moon-like interaction. After this, the concept of plasma modelling is explained. The three most common plasma models: the full kinetic, the magnetohydrodynamic and the hybrid model are each briefly described. Next, the hybrid model developed by the Finnish Meteorological Institute and the Aalto University is introduced along with the related equations. After these basic plasma modelling concepts, virtual reality and related simulation and coding tools are discussed. Following this, the Aalto Virtual Planetarium software is introduced as well as the basic astronomical principles used for calculating the orbital locations of the planets. After this, the new features added to the Aalto Virtual Planetarium are discussed in detail. They include the trajectories of BepiColombo and JUICE spacecraft, interplanetary magnetic field (IMF), the Moon of Earth, hand-menu additions, start-screen improvements, 3D models of spacecraft, background stars and the Galilean moons of the planet Jupiter: Io, Europa, Ganymede and Callisto. Implementation and testing of these newly added major and minor software features during the thesis are then described. This is followed by a discussion of the software versions for other platforms. Specific changes made to the Windows version of the Aalto Virtual Planetarium are listed, and the Linux and ThingLink software versions are also briefly introduced. Finally, suggestions are made regarding possible future improvements that could be made to the software tool. For example, additional platforms and new features are suggested.

Opinnäytetyössä kuvataan Aalto Virtual Planetarium -ohjelmiston kehit-tämisprosessia. Aihetta käsitellään keskustelemalla ensin avaruuden plasmaympäristöön liittyvistä avaruusfysikaalisista peruskäsitteistä. Käsitellään neljää erilaista vuorovaikutusta: Maan kaltaista, Venuksen kaltaista, komeetan kaltaista ja Kuun kaltaista vuorovaikutusta. Tämän jälkeen käsitellään plasmamallinnuksen perusteita. Kolme yleisintä plasmamallia, eli täysin kineettinen, magnetohydrodynaaminen ja hybridimalli, kuvaillaan lyhyesti. Seuraavaksi esitellään Ilmatieteen laitoksen ja Aalto-yliopiston kehittämä hybridimalli ja siihen liittyvät yhtälöt. Plasmamallinnuksen peruskäsitteiden jälkeen käsitellään virtuaalitodellisuutta ja siihen liittyviä simulointi- ja ohjelmointityökaluja. Seuraavaksi esitellään Aalto Virtual Planetarium -ohjelmisto ja planeettojen sijaintien määrittämiseen niiden kiertoradoilla käytetyt tähtitieteelliset perusperiaatteet. Tämän jälkeen käsitellään tarkemmin Aalto Virtual Planetariumiin lisättyjä uusia ominaisuuksia. Niihin kuuluvat BepiColombo- ja JUICE-luotaimen liikeradat, planeettojen välinen magneettikenttä, Maan kuu, käsivalikkolisäykset, aloitusnäytön parannukset, 3D-mallit avaruusaluksista, taustatähdet ja Jupiter planeetan Galilein kuut: Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto. Näiden jälkeen kuvataan opinnäytetyössä ohjelmistoon lisättyjen tärkeiden ja myös vähäisemmän merkityksen sisältävien ominaisuuksien käyttöönottoa ja testausta. Seuraavaksi keskustellaan Aalto Virtual Planetariumin muille alustoille tehdyistä versiosta. Lisäksi listataan Aalto Virtual Planetariumin Windows-versioon tehdyt muutokset ja myös Linux- ja ThingLink-versiot esitellään lyhyesti. Lopuksi esitetään ehdotuksia siitä, kuinka Aalto Virtual Planetariumia voitaisiin kehittää paremmaksi tulevaisuudessa, esimerkiksi siirtämällä se uusille alustoille ja lisäämällä uusia ominaisuuksia.
Description
Supervisor
Kallio, Esa
Thesis advisor
Kallio, Esa
Järvinen, Riku
Keywords
space technology, virtual reality, plasma simulation, Aalto Virtual Planetarium
Other note
Citation