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那个天才告诉你“霍曼转移”最优(十)

已有 3803 次阅读 2018-7-21 15:54 |个人分类:唯恐天下不乱|系统分类:观点评述| 历史是你我写的

博主按:这个系列写到这里,越写越没劲,原来是无处话凄凉,现在说出来了,也没有引起各位共鸣,反倒是以往活跃的博主现在安静下来了,我百思不解,难道说俺是李时珍转世,写博文,还能起到安康医院的效果。今天在头条新闻看到演员魏新雨的话,才一语点醒梦中人呀:

不要向任何人诉苦,因为20%的人不关心,剩下的80%听了会高兴。摆正心态,温柔自相随,人生就是苦给自己听,笑给别人看!

初看散发鸡汤味,但是有道理。那么我为什么还要说呢?今天有一个例子。我最近买了三次桶装、保险期内的低脂鲜奶,买回原装防到冰箱。第一次微波炉加热喝了一次,再喝时,成豆腐渣状,于是马桶倒掉;前天商场买第二桶,从家里冰箱里拿出来,打开,直接豆腐渣,于是商场换回第三桶,今天刚刚打开,微波炉热,一分钟后,又是豆腐渣,奶还没坏味,于是俺去商场,营业员说:这奶不应该加热,凉着喝,就不会豆腐渣了,这话的威力都能将我一辈子喝过的奶直接变成豆腐渣。还好最后直接退掉。

难道我是为了那一桶牛奶钱吗?非也,俺是为了维护世界和平呀。注意,我到这里“控诉”那些不靠谱的期刊,是有风险的。我的结局和商场这事类似呀,就是:他们这辈子再也不会卖给我牛奶了。然而对你们而言,要么那些豆腐渣牛奶下架,要么你们的投稿会得到尊重,有相对公平的处理。

下面“道听途说”那个航天先驱 Battin 以及他对霍曼转移最优性所做的工作。

 十、Battin 的故事和他的证明

美国人 Richard Horace Battin,Mar. 3, 1925-Feb. 8, 2014. 以下来自美国工程院的纪念文章

Dick was a brilliant mathematician with an uncanny ability both to solve practical problems in an intuitive way and to explain complex procedures in simple, elegant terms. The latter enabled him to provide a deep understanding of difficult subjects to generations of students who otherwise may have been lost in the mathematics, myself among them.

中文大意:

迪克是一位才华横溢的数学家,具有不可思议的能力,能够以直觉的方式解决实际问题,并以简单,优雅的方式解释复杂过程。 后者使他能够为几代学生感到困难的科目,提供深刻理解,否则他们可能会迷失在数学里,包括我自己。

Dick 是 Richard 的诨名,这让我想起水浒传的混江龙李俊,看来美国那就是黑社会呀,和水泊梁山有点像。我现在已经不再愿意津津乐道歪果仁的那些传说轶事了,更愿意“控诉”他们一代不如一代徒子徒孙的昭彰劣迹。

Battin 的工作和 Kalman 滤波的关系

Battin 在1960年代的 Apollo 登月工程中,举足轻重,主要负责导航算法,是软件部门的负责人。那个时候,很多专业名词还未出现或者在萌芽阶段,比如这个相对于 hardware 的 software,Battin 的妻子还以为他是吃“软饭”的,没啥作用、可有可无,于是羞于向别人提起。

Battin 在为1950年代火星探测或者弹道导弹设计过一个 Q-导航系统,里面有递推估计,这个和后来的1960年的 Kalman 滤波器很像,只是他并不知道 Kalman 的工作,当别人向他介绍 Kalman 滤波器时,他才知道“我们和 Kalman 做的是同一件事”,他还抱怨说 Kalman 为什么写得让人看不懂呀。Battin 的这个工作后来在1962年发表,在那里, Battin 将线性系统的滤波问题归功于 Kalman, 不料却引来了 comment,一个叫 Swerling 的人说,他早在1957年在兰德公司时,就有过一个类似的工作

Battin 2002年代获得过 AIAA 的制导和控制奖,第一个获奖人是科学网博主何毓琦的 mentor, Arthur Bryson,他为 Battin 颁奖时,开玩笑说 Kalman 滤波应该叫 Kalman-Bucy-Battin 估计器,Battin 知道这是玩笑话,但听起来感觉很受用,还向别人提起这事。

Swerling 的工作后来得到学界的认可,维基上说他预见了未来的 Kalman 滤波。Kalman 在2009年获得了美国总统奖,2008年独享了美国工程院的Draper奖,据说有何先生的推荐。Battin 退休前一直在 MIT Draper Lab工作。

Battin 能够帮助那些迷失在数学里的学生们理解困难的专业课,抱怨 Kalman 为什么要写得让别人看不懂,这并不意味着他不追求数学上的严格。实际上 Battin 是 MIT 数学系的应用数学博士(1951年),他的博士学位导师就是“丁汝们”之一,林家翘 (Lin, C.C.)教授;关于“丁汝们”,见博文系列第一篇。这不1950年,在美国航空科学期刊的读者论坛中,他们发表了一页不到的 note:

"On the stability of the boundary layer over a cone", Journal of the Aeronautical Sciences, Vol. 17, No. 7 (1950), pp. 453-454. 

看到这里的边界层,一定想到这些人都是普朗特的学术后代呀,记得他们之中的一些人早些年抱怨:为什么诺贝尔物理奖没有发给他们的师爷爷,结果一查诺奖档案,基本上普朗特就没有被提名,看来诺奖会员会也是黑社会呀,要不然为什么呢。

Battin 的故事很多,我现在因为霍曼转移这篇文章被他的徒子徒孙们拒稿,没有心情去写,待以后再说吧。

Battin 在其1999年的书“An introduction to the mathematics and methods of Astrodynamics, revised edition”中为霍曼转移的最优性,使用拉格朗日法给出了一个证明,我简单地用 png 拷贝放在这里:

Screen Shot 2018-07-21 at 2.40.34 PM.png

这里优化的变量是3个,(11.22) 是总速度脉冲的等价表示,是要优化的指标,有两个等式约束(11-23)-(11-24),前一个是优化必要条件,后一个表示速度径向分量的关系。 Battin 只考虑了一阶必要条件。

在我们的文章里,约束优化里有2个待优化变量,有一个不等式约束,对于可行解,不仅考虑了一阶必要条件,也考虑了二阶充分条件,同时也可以扩展到三维情况,那位有兴趣,可以通过对比,看看我们工作的高明所在,我们的方法将在后面博文详述。 

Battin 也是 Journal of Guidance, Control, and Dynamics 的 founding team 创始队伍中的一员,因此俺应该在这里,说说我们霍曼转移文章向这个期刊投稿后,被主编秒拒,所得到的“批判”:

Reviewer(s)' Comments to Author:

This paper is well written, and the content is a nice exercise. However, nothing in this paper is not unknown. The paper merely repeats what has been long well known. In fact, even in that regard, the claim of global optimality of the Hohmann transfer is also long known to be incorrect. There are cases where an infinite bi-elliptical transfer offers better total Delta V than the Hohmann transfer-the authors do not seem to be aware of the work by John Hanson in the 1908s.

中文大意:写作还好,内容是一个好习题练习。然而,文章内容已知。论文仅仅重复了很早以前就知道的事情。事实上,即使在已有知识方面,霍曼转移的全局最优性也是不正确的。存在无穷双椭圆转移要好于霍曼转移。作者们似乎不知道 J. Hanson 1980年代的工作。 

这里无穷双椭圆转移指三脉冲情况,见博文系列七。这个期刊的意思就是说俺们做了一个习题,这个习题的结果人人都知道。我于是要问:对于这个习题,你们的老师前辈们,历史上,有过一个靠谱的解答吗?

这个学术界就是这样不靠谱,编辑们固步自封,凭借着一点记忆,主观臆断。更严重的歧视还在后面,通过贬低作者们,来展现他们这些所谓学术精英们的高明。同一个“习题练习”,在据理力争后,投稿的第二个期刊同意发表我们的“习题答案”(文章的第一部分)。唉,这个学术界就是这样不靠谱



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