中文 | English
基于 Patched Conic Approximation（圆锥曲线拼接近似） 的轨道力学沙盒模拟器。物理引擎使用 Rust 编译为 WebAssembly，前端采用 React + Three.js 进行 3D 可视化渲染。
- 真实轨道力学 — 解析求解开普勒方程（椭圆 / 抛物线 / 双曲线），支持万有引力常数 G 的精确计算
- SOI 边界跨越 — 自动检测并处理引力作用球（Sphere of Influence）转移事件，使用 Brent 方法精确求根
- 轨道预测 — 对飞船进行多段 Patched Conic 路径推演，可视化未来轨道
- [WIP] 飞船机动 —
支持飞船引擎点火 / 熄火，动态切换解析模式与数值积分 - 3D 可视化 — 基于 React Three Fiber 的天体渲染、轨道线绘制、自由视角控制
- 时间控制 — 可暂停，支持 0.1x ~ 1,000,000x 多级时间加速
- 实体管理 — 动态添加 / 删除行星、卫星、飞船，支持自定义轨道参数
- 遥测面板 — 实时显示选中天体的位置、速度、轨道参数（SMA / ECC / Pe / Ap / Period）
- 双语界面 — 支持中文 / English 切换
- 多星系配置 — 通过 JSON 配置文件切换预设星系（太阳系、KSP 星系）
orbit-simulator/
├── index.html # Vite 入口 HTML
├── package.json # 前端依赖与脚本
├── vite.config.ts # Vite 构建配置（React + WASM 插件）
├── tsconfig.json # TypeScript 配置入口
├── tsconfig.app.json # 应用 TypeScript 配置
├── tsconfig.node.json # Node 端 TypeScript 配置
├── eslint.config.js # ESLint 规则配置
│
├── public/ # 静态资源
│ ├── favicon.svg # 网站图标
│ └── icons.svg # SVG 图标集
│
├── physics-engine/ # Rust 物理引擎（WASM）
│ ├── Cargo.toml # Rust 项目配置
│ ├── Cargo.lock # 依赖锁定文件
│ └── src/
│ ├── lib.rs # 物理引擎主逻辑（~676 行）
│ │ ├── Body 结构体 # 天体数据结构
│ │ ├── SOIEvent 结构体 # 引力作用球转移事件
│ │ ├── compute_analytical() # 解析开普勒方程求解
│ │ ├── find_tca() # 黄金分割搜索最近点
│ │ ├── brents_method() # Brent 求根算法
│ │ ├── analytical_escape_time() # 解析预测 SOI 逃逸时间
│ │ ├── find_first_soi_transition() # SOI 转移检测主循环
│ │ ├── execute_soi_transition() # 执行 SOI 转移（坐标变换）
│ │ ├── update_keplerian_at() # 从位置/速度反推开普勒参数
│ │ ├── compute_all_absolute_states_at() # 递归计算绝对坐标
│ │ ├── update_to_time() # WASM 入口：推进到目标时间
│ │ ├── predict_patches() # WASM 入口：飞船轨道预测
│ │ └── get_specific_orbital_energy() # WASM 入口：轨道比能量
│ └── constants.rs # 万有引力常数 G、迭代参数、数值容差
│
├── src/ # React 前端源码
│ ├── main.tsx # React 应用入口
│ ├── App.tsx # 根组件：布局 3D 画布 + UI 叠加层
│ ├── App.css # 全局样式表（CSS 变量体系）
│ ├── index.css # 基础样式重置
│ │
│ ├── store/ # Zustand 状态管理
│ │ ├── useEngineStore.ts # 仿真状态：天体数据、时间控制、引擎指针、AVAILABLE_SYSTEMS 导出
│ │ └── useUIStore.ts # UI 状态：选中天体、模态框开关、语言、焦点模式
│ │
│ ├── components/ # React 组件
│ │ ├── SolarSystem.tsx # 核心 3D 组件：WASM 初始化、物理步进、网格同步、遥测计算
│ │ ├── SolarSystemHelpers.tsx # 轨道辅助组件：静态椭圆轨道 + 飞船动态预测轨道调度
│ │ ├── OrbitPathHelper.tsx # 轨道线渲染器：支持 SOI 精确裁剪的开普勒轨道可视化
│ │ └── ui/ # UI 面板组件
│ │ ├── TimeControlBar.tsx # 顶部时间流速控制条（暂停/播放/加速）
│ │ ├── SidebarPanel.tsx # 左侧实体导航面板（天体/载具分页）
│ │ ├── AddEntityWindow.tsx # 添加天体/飞船的表单弹窗
│ │ ├── DetailPanelWindow.tsx # 右侧遥测详情面板（轨道六要素实时显示）
│ │ └── SettingsWindow.tsx # 设置面板（星系切换/语言切换）
│ │
│ ├── hooks/ # 自定义 React Hooks
│ │ ├── useCameraTracking.ts # 相机平滑追踪（Pan/Zoom 双阶段插值）
│ │ ├── useSpacebarToggle.ts # 全局空格键暂停/播放（防输入框误触）
│ │ ├── useTranslation.ts # i18n 翻译 hook（动态加载语言包）
│ │ └── useNativeDrag.ts # 原生 DOM 面板拖拽（绕过 React 渲染周期）
│ │
│ ├── utils/ # 工具函数
│ │ ├── coords.ts # 物理坐标系 ↔ Three.js 渲染坐标系变换
│ │ ├── telemetry.ts # 轨道遥测数据计算（从 WASM 内存推导 Kepler 参数）
│ │ └── formatters.ts # 数值格式化（距离/时间航天标准格式）
│ │
│ ├── data/ # 星系配置文件（JSON）
│ │ ├── solar_system.json # 太阳系预设（太阳/地球/月球/极地探测器）
│ │ └── ksp.json # KSP 坎巴拉星系预设
│ │
│ └── locales/ # 国际化语言包
│ ├── zh.json # 中文翻译
│ └── en.json # English translation
│
├── VERSION # 项目版本号
├── CHANGELOG.md # 变更日志
│
└── docs/ # 项目文档
├── rust-api.md # Rust 物理引擎 API 参考
└── react-api.md # React 组件与 Hooks API 参考
- Node.js ≥ 18
- Rust 工具链（rustup）
- wasm-pack —
cargo install wasm-pack
cd physics-engine
wasm-pack build --target web
cd ..npm installnpm run dev浏览器访问 http://localhost:5173/
npm run build # TypeScript 编译 + Vite 打包
npm run preview # 预览构建产物| 操作 | 方式 |
|---|---|
| 旋转视角 | 鼠标左键拖拽 |
| 缩放 | 鼠标滚轮 |
| 平移 | 鼠标右键拖拽 |
- 点击左侧 ▶ / ⏸ 按钮或按空格键暂停 / 继续
- 点击三角形加速档位（0.1x → 1,000,000x）切换时间倍率
- 直接在输入框输入自定义倍率
- 左侧面板显示所有天体与载具，点击列表项跳转追踪
- 直接点击 3D 场景中的天体进入追踪模式
- 追踪模式下相机会自动跟随天体运动
- 点击左侧面板 + 按钮或通过设置面板打开添加窗口
- 选择类型（载具 / 卫星 / 行星）、参考天体、设置轨道参数
- 点击「点火入轨」添加到模拟
- 选中飞船后在右侧遥测面板可点火 / 熄火引擎
- 点火后飞船会进行连续推力机动，熄火后恢复纯 Kepler 轨道
选中天体后右侧面板实时显示：
| 数据 | 说明 |
|---|---|
| Mass | 质量（kg → t → Kt → Mt → … → Yt → 科学记数法） |
| SMA | 半长轴（负值 = 双曲线逃逸轨道） |
| Apoapsis (Ap) | 远拱点高度 |
| Periapsis (Pe) | 近拱点高度 |
| Eccentricity | 轨道偏心率（≥1 = 逃逸） |
| Altitude | 当前相对参考天体表面高度 |
| Period | 轨道周期 |
| Pos X/Y/Z | 绝对位置坐标（米） |
| Velocity | 相对参考天体速度（m/s） |
┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ React 前端 (TypeScript) │
│ ┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────────┐ │
│ │ UI 面板层 │ │ 3D 渲染层 │ │ 状态管理 (Zustand) │ │
│ │ TimeControl │ │ R3F Canvas │ │ useEngineStore │ │
│ │ Sidebar │ │ SolarSystem │ │ useUIStore │ │
│ │ Telemetry │ │ OrbitPath │ └────────┬─────────┘ │
│ └─────────────┘ └──────┬───────┘ │ │
│ │ │ │
│ ┌──────────▼────────────────────▼───┐ │
│ │ WASM 共享内存缓冲区 │ │
│ │ Float64Array (pos/vel) │ │
│ │ Int32Array (parent indices) │ │
│ └──────────┬─────────────────────────┘ │
└──────────────────────────┼─────────────────────────────────┘
│
┌──────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│ Rust 物理引擎 (wasm-bindgen) │
│ ┌─────────────────┐ ┌──────────────────────────────┐ │
│ │ 开普勒方程求解器 │ │ SOI 转移检测与执行 │ │
│ │ - 椭圆 Newton │ │ - analytical_escape_time() │ │
│ │ - 双曲线 Newton │ │ - Brent 法精确求根 │ │
│ │ - 抛物线 Barker │ │ - 相对坐标 ↔ 绝对坐标转换 │ │
│ └─────────────────┘ └──────────────────────────────┘ │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 轨道预测 (predict_patches) │ │
│ │ - Patched Conic 多段拼接 │ │
│ │ - 最多 24 段 × 15000 推演步 │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────┘ │
└────────────────────────────────────────────────────────────┘
Orbit Simulator is an open-source, non-commercial fan project and educational tool.
The source code is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0). You are free to download, run locally, study, and modify the code for personal or educational use. Commercial use is strictly prohibited. Modified versions must be released under this exact same license.
"Kerbal Space Program", "KSP", and all related planetary names (e.g., Kerbin, Mun, Jool), orbital parameters, and terminology are trademarks and copyrights of Take-Two Interactive Software, Inc. and Squad.
This project is an independent creation and is in no way affiliated with, authorized, maintained, sponsored, or endorsed by Take-Two Interactive or Squad. All KSP-related data and references are strictly for non-commercial, educational, and transformative purposes to demonstrate orbital mechanics computing.