太空飞船使命，生成一个地球发射、火星着陆以及下一次发射窗口返回地球的动 ...

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1. import numpy as np
2. import matplotlib.pyplot as plt
3. from matplotlib.animation import FuncAnimation
4. from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
6. # 天体参数设置（简化模型）
7. AU = 1.5e8  # 天文单位（公里）
8. earth_orbital_radius = 1.0 * AU
9. mars_orbital_radius = 1.5 * AU
10. orbital_speed = 2e4  # 简化轨道速度（km/s）
12. # 时间参数
13. earth_period = 365  # 天
14. mars_period = 687  # 天
15. transfer_time = 258  # 霍曼转移时间（天）
16. time_step = 2  # 动画时间步长（天）
17. total_duration = 800  # 总任务时间（天）
19. # 初始化图形
20. fig = plt.figure(figsize=(10, 8))
21. ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
22. ax.set_facecolor('black')
25. # 天体初始位置
26. def celestial_pos(t, period, radius):
27.     angle = 2 * np.pi * t / period
28.     return radius * np.array([np.cos(angle), np.sin(angle), 0])
31. # 霍曼转移轨道计算
32. def transfer_orbit(t, t_start, radius_from, radius_to, transfer_time):
33.     angle = np.pi * (t - t_start) / transfer_time
34.     r = radius_from + (radius_to - radius_from) * (t - t_start) / transfer_time
35.     return r * np.array([np.cos(angle), np.sin(angle), 0])
38. # 初始化绘图元素
39. earth, = ax.plot([], [], [], 'o', color='blue', markersize=8)
40. mars, = ax.plot([], [], [], 'o', color='red', markersize=6)
41. ship, = ax.plot([], [], [], 'o', color='white', markersize=4)
42. trajectory, = ax.plot([], [], [], '-', color='gray', alpha=0.5)
43. sun = ax.plot([0], [0], [0], 'o', color='yellow', markersize=12)[0]
45. # 坐标轴设置
46. max_orbit = mars_orbital_radius * 1.2
47. ax.set_xlim(-max_orbit, max_orbit)
48. ax.set_ylim(-max_orbit, max_orbit)
49. ax.set_zlim(-max_orbit / 10, max_orbit / 10)
50. ax.axis('off')
53. # 动画更新函数
54. def update(frame):
55.     t = frame * time_step
57.     # 更新天体位置
58.     earth_pos = celestial_pos(t, earth_period, earth_orbital_radius)
59.     earth.set_data(earth_pos[0], earth_pos[1])
60.     earth.set_3d_properties(0)
62.     mars_pos = celestial_pos(t, mars_period, mars_orbital_radius)
63.     mars.set_data(mars_pos[0], mars_pos[1])
64.     mars.set_3d_properties(0)
66.     # 飞船状态机
67.     if t < transfer_time:  # 前往火星阶段
68.         ship_pos = transfer_orbit(t, 0, earth_orbital_radius, mars_orbital_radius, transfer_time)
69.     elif t < transfer_time + 30:  # 火星停留
70.         ship_pos = mars_pos
71.     else:  # 返回地球阶段
72.         ship_pos = transfer_orbit(t - transfer_time - 30, 0, mars_orbital_radius, earth_orbital_radius, transfer_time)
74.     ship.set_data(ship_pos[0], ship_pos[1])
75.     ship.set_3d_properties(0)
77.     # 更新轨迹
78.     x, y, z = trajectory.get_data_3d()
79.     x = np.append(x, ship_pos[0])
80.     y = np.append(y, ship_pos[1])
81.     z = np.append(z, 0)
82.     trajectory.set_data(x, y)
83.     trajectory.set_3d_properties(z)
85.     return earth, mars, ship, trajectory, sun
88. # 创建动画
89. ani = FuncAnimation(fig, update, frames=int(total_duration / time_step),
90.                     interval=50, blit=True)
92. # 添加图例和标注
93. ax.text(0, 0, 0, "SUN", color='yellow', ha='center')
94. ax.text(earth_orbital_radius, 0, 0, "Earth", color='blue')
95. ax.text(mars_orbital_radius, 0, 0, "Mars", color='red')
97. plt.show()

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