題:
模擬器遊戲是否使用逼真的軌跡進入軌道?
Sembei Norimaki
2019-06-02 21:02:22 UTC
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在視頻遊戲(例如KSP或Spaceflight模擬器)中,人們按照以下步驟將火箭送入軌道:

  • 打開引擎並垂直移動一點。

  • 啟動滾動程序以將垂直軌跡變成彈道軌跡。

  • 繼續前進,直到軌蹟的頂點達到期望值

  • 關閉引擎,等到火箭(幾乎)到達頂點後。

  • 前仰角燃燒以增加圍手術期直到達到軌道。

我理解每個操縱裝置背後的原因,但是我想知道這是否是真正的火箭進入軌道的方式。

切斷發動機並讓火箭鬆散的垂直速度對我來說是違反直覺的(您基本上花了很多燃料來加速,然後讓火箭減速)。

所以我的問題是:真正的火箭如何進入軌道?在某處是否有關於它們進入軌道的操縱和軌蹟的解釋?

小修正;轉牌是“音高程序”,而不是滾動程序。橫滾是圍繞發射器的長軸旋轉的,本身不會改變火箭的航向。
@RussellBorogove-NASA稱它為“滾轉計劃”,或者至少對Saturn V(阿波羅)和航天飛機有幫助。
@DavidHammen我的理解是,“滾動程序”是完成滾動的過程,將火箭的俯仰軸與所需的飛行方位角*在俯仰點之前*對齊,因此可以在所有俯仰角且沒有偏航的情況下完成重力轉彎,但是你是前火箭科學家。
@RussellBorogove-滾動程序是圍繞單個軸旋轉,使車輛處於機組人員和車輛操作的正確滾動方向,飛行方位的正確偏航方向以及重力轉彎開始時的正確俯仰方向。那個單軸不圍繞橫搖,俯仰或偏航軸。
因此,其真實的NASA名稱為SAR-單軸旋轉。
嗯今天我學到了!
“啟動滾動程序,將垂直軌跡變成彈道軌跡。”術語“彈道”是指沒有推進力的物體所採取的軌跡。
@RussellBorogove為什麼土星五號和航天飛機在發射後必須滾動?為什麼不將發射台旋轉90度,使火箭已經朝正確的方向發射呢?
@Skyler聽起來像一個單獨的問題,可以提出
@Skyler發射台(以及與發射飛行器相接的塔臂和臍帶)牢固地固定在地球上,但是不同的發射將針對不同的發射方位角-通常,這不是90º的機動。由於發射器比墊子更具移動性,因此可以進行機動。
我猜實際的發射會少得多的燃料儲備,因為一切都經過精心計算。 (而且一切都很昂貴,他們通常不會使用任務所需的delta-v兩倍的火箭)。在遊戲中,您通常擁有更大儲備的火箭,因此,如果您只有99%的效率而不是100%的效率,您就不會失敗。這只是我的猜測。
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我相信,阿波羅11號召喚開始時就是“俯仰和側傾操縱”。然後將側傾操縱和底坑操縱的結局分開。偏航操縱只是將其從發射塔上移開。
六 答案:
Russell Borogove
2019-06-02 22:23:07 UTC
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我了解每種操作背後的原因,但是我想知道這是否是真正的火箭進入軌道的方式。

切斷發動機並讓火箭失去垂直速度對我來說是違反直覺的(您基本上會花費大量的燃料來加速,然後讓火箭減速)。

在大多數向低地球軌道的實際發射中,燃燒一直持續到升空直到進入軌道,沒有慣性滑行。有些(例如 Antares)會在第一階段和第二階段燃燒之間滑行;

在飛行到更高軌道(例如地球同步軌道)的過程中,始終使用滑行相位;在KSP中,通常軌跡和火箭設計都不是最優的,並且行星比地球小得多,因此需要進行權衡取捨,這是一個近似的霍曼轉移軌道

不同。

這很有趣,所以我問了[長(100+秒)亞軌道海岸相的軌道機械優勢是什麼?](https://space.stackexchange.com/q/36529/12102)
當然,實際上許多火箭確實在部分上升過程中減小了推力:)
對於上升的一部分,推力的減小通常是在通過最大動壓“ max Q”時進行的,推力的減小是為了減少損耗,這是由於仍在濃密的稀薄大氣中打破聲屏障而引起的阻力上升
模擬器通常不會模擬的一件事是,許多火箭發動機的重啟次數有限(或可能根本無法重啟!),因此,使其以較低的推力運行比將其關閉和返回更有意義。上。
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@Skyler和Harabeck和男孩們使遊戲變得更加複雜!!!尤其是當摻入缺損時。
實際上,您可以安裝一個使KSP中的太陽系距離和質量真實的mod。我嘗試過,它減少了滑行階段的機會。
Flater
2019-06-03 14:46:33 UTC
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物理學

關於物理學,KSP相當現實,除了它沒有對n體物理學建模(與在地球軌道範圍內並不相關) / Kerbin)。

關於工程,KSP使其零件比實際組件更堅固。這裡的權衡是,當KSP中的某些東西最終破裂時,它會爆炸並消失。發動機也更強大,燃料(略微)減輕了重量。這樣做是為了讓玩家“四捨五入”,以確保有限的零件可以完成最合理的工作。

關於控件, KSP的控制系統沒有現實世界的飛船那麼細。考慮到鍵盤和鼠標以及推力計的靈活性,您只能合理地期望玩家有這麼高的精度。

關於上升輪廓, KSP航天器具有更強的工藝能力和更細粒度的控制,因此能夠比實際生活中實際使用的急轉彎上升。在KSP中,一個簡單的上升曲線是直線上升約10公里,然後轉45度並開始建立水平速度。

在現實生活中,由於施加在車輛上的壓力,火箭轉彎不會那麼容易(例如,轉彎45度);最重要的是,進入的風仍會繼續向上(由於慣性)向上移動,從而開始在舷側船體上開始向下跳動(通過將飛行器的方向遠離其前進矢量來進行暴露)。
為避免這種情況,最好的方法是將您的飛船定位為盡可能接近其前進矢量,因為與空氣動力學的機頭相比,它使空氣動力學較小的側面船體的暴露最小化。

這意味著現實中,航天器傾向於將其90°(從垂直到水平)轉為緩慢而穩定的(即在發射後立即旋轉)。實際上,這並不難:即使是很小(但始終如一)的長期偏差也可以為您完成大部分工作,並且不需要主動轉向(除了由於初始設置中的缺陷而需要進行的校正之外)


遊戲性

在KSP的防禦中,存在現實主義的邊界,當它對遊戲性產生負面影響時,您應該避免這種現實主義。達到“真實”上升輪廓所需的精度水平(用於推力和姿態調整)相當高,需要大量計算,並且模擬中的任何缺陷都會使任何計算都無法獲得準確的結果。因此,KSP並沒有冒險冒險讓玩家的計算方法無用,而是選擇稍微簡化一些事情以使事情更加直觀。

大多數火箭都可以在褲子的座位上飛行(基本了解大氣摩擦,並且可以通過水平速度實現軌道飛行),這很有趣 >對於大多數人來說。 KSP不會強迫玩家在發射前就整個任務計劃到每個控制輸入(NASA會做很多,當然需要進行必要的更正)。 KSP使玩家可以自由地進行一些計劃,然後體驗任務(並且只在該階段(而不是在發射前)弄清楚諸如星際飛行機動之類的事情)。這也是為什麼(未修改)KSP不會這樣做的原因。實施食品/氧氣物流。不受此限制,這意味著在最終進行霍曼轉移之前(例如,等到芒在正確的位置之前)再進行幾次軌道並沒有真正的缺點。

NASA有多年的時間來完善其方法併計算有關任務的每一個小細節(例如,單個裸露的太陽能電池板的傾斜對空氣動力的影響,或者一定程度的傾斜會影響上昇路徑) ,但要求玩家為KSP這麼做會導致在完成任何事情之前進行大量的預計劃和測試。 那不好玩(除了一些死忠的粉絲),而且這根本不是一個好的設計設計(在遊戲性方面)。

您忘了提到的一個區別是,柯爾賓的較小半徑使停留在軌道上所需的水平速度要低得多-僅約2.3 km / s,而低地球軌道為7.8 km / s。這是使KSP更寬容次優發射軌蹟的另一個因素。 (有一個名為[Real Solar System](https://forum.kerbalspaceprogram.com/index.php?/topic/177216-161-real-solar-system-v162-19-apr-2019/的KSP mod))它的名字確實做了很多事情,包括用一個實際大小的地球替換Kerbin,的確使進入“很多”軌道變得更加困難。)
另外,另一個顯著的區別是,KSP火箭,尤其是由初學者建造的火箭,經常具有較差的空氣動力學特性和相對較高的阻力,這使得從低空迅速爬升顯得尤為重要。在較舊版本的遊戲中尤其如此,該版本沒有有效載荷整流罩,而簡單的空氣動力學模型使大氣層感覺非常“差勁”。遊戲的更高版本對空氣動力學模型進行了很多調整和改進,但仍遠非現實。這是可以理解的;畢竟,KSP仍然主要還是_space_飛行模擬器。
@IlmariKaronen:除了用作時間的比例因子之外,行星的規模並不重要。從本質上講,KSP可以輕鬆地放鬆各種物理限制並擴大引擎的功率,然後Kerbin大小的地球同樣可以正常工作。調整與不調整完全有關。 KSP的開發人員選擇了更小的行星,以便在更合理的時間內進入軌道,但由於重力很直觀,因此重力保持不變(無論較小的行星如何)。或者,您可以將時間縮短相同的倍數,並且(玩家)進入軌道的時間將保持不變[...]
[...]但隨後重力的體驗就會消失。這裡的兩個最大因素(重力和玩家偏愛的到達軌道的時間)導致了關於行星大小的矛盾性質。過度簡化的調整(例如大量的發動機輸出)會導致其他矛盾(即為了保持正常狀態需要大不相同的氣壓)。必須提供一些東西,而且由於人們對行星的大小並不真正了解(也不喜歡),所以這是在真實性(重力)和遊戲玩法(到達軌道的時間)之間折衷的最佳方法。
實際上,可以通過使Kerbin小於Earth來更改其他參數,以達到與KSP開發人員相同的效果。但由於IMO進行了*更改*是一件值得注意的事情,因此半徑縮放非常顯著(例如,將到達軌道所需的delta-v減小到大約是地球的1/3),這會產生非常顯著的後果比例如重要得多KSP與現實生活之間在引擎性能方面的差異相對較小。
...而且,它們並沒有改變大氣層標高的多少,因此從Kerbin發射時,您將相對“向上”移動而較少“側身”移動。特別是,由於抵抗阻力和重力而失去的delta-v往往與現實中大致相同,但在KSP中,它占到達軌道所需的delta-v的很大一部分。
“在KSP中,一個簡單的上升曲線是直線上升約10公里,然後轉45度並開始建立水平速度。”-此元數據與早期版本的KSP有所不同;更現代的方法是在發射後不久就開始進行重力轉向,更像是真正的火箭。
+1表示KSP是一款遊戲,如果您無法擺脫Lauchpad的困擾,那就沒什麼好玩的了。
KSP是一個發射模擬器@IlmariKaronen-第三維,軌道物體,衛星,然後又添加了行星。
Loren Pechtel
2019-06-03 07:00:44 UTC
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這是真實的,儘管許多朝著低軌道飛行的火箭都是經過精心設計的,因此當頂峰到達所需的高度時,就該開始進行最後的燃燒了。

請記住,無論如何,軌道並不是真正的零重力好萊塢很多時候都這樣稱呼它。相反,它是免費的下降-低軌道飛行器向地球墜落的速度與在地球上墜落的速度差不多。只是它們的速度平衡(想像在頭上繞著一根繩子-它正在向外拉。)這不是僅存在於軌道中的一些神奇特性-而是,軌道只是力量平衡的速度。即使不在軌道速度下,水平移動也會帶來一些好處。因此,任何進入軌道的東西都會盡可能快地建立水平速度。因此,您所觀察到的在發射後立即翻倒的內容。火箭前進得越快,您失去的重力就越少,並且火箭可以傾倒而又避免後退的可能性就更大。

Kerbal太空計劃的經濟學是非常錯誤的,發動機太便宜了,油箱太貴了。這有利於功率過大的火箭,這意味著發動機必須在脫軌前很長時間關閉。 (最佳KSP火箭通常會在轉彎時獲得最大推力。)在現實世界中,發動機是最昂貴的部分,因此,火箭的推力要比典型的KSP設計小得多-在許多情況下經過專門校準,可以在不停機的情況下一直燃燒到軌道。此外,KSP無需為引擎重新點燃費用-在實踐中,您必須包括點火系統(這可能需要其自身的化學物質-請參閱首次Falcon Heavy發射時中央核心的損失)以及免費使用跌落還需要一些破損燃燒。 (燃料將在油箱中漂浮,在這種狀態下嘗試點燃發動機可能會導致它們未吸入適量的燃料和氧化劑。很可能會發生不良情況。為防止這種情況,您可能會加入一些小固體火箭助推器,或者使用一些反應控制系統推進劑來完成這項工作。)

換句話說,它掉到了地上卻不斷地失踪。
KSP的另一個問題是行星:它太小,大氣層太厚,地心引力太大。這有利於發射剖面,其具有大致垂直的踢動以達到大氣層以上,然後進行短暫的水平燃燒以提高軌道速度。
確切地說,科爾賓的大氣層大約是地球大氣層的一半,但行星的半徑是地球的1/10。因此,大氣的比例是地球深度的5倍。
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@Mark注意,Kerbin的氣氛有利於稍後提出建議。如果您要從沒有空氣的物體上發射,則要“真的”提前提示-我是從Minmus發射的,方法是垂直燃燒幾秒鐘,然後關閉發動機並旋轉(遊戲有時會出錯) -您旋轉** **的速度太快)到水平並再次燃燒。
IvanSanchez
2019-06-03 16:16:27 UTC
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是的,從廣義上講,這就是真實的航天器進入軌道的方式。儘管KSP鼓勵(非常)低效率的版本,但它卻被稱為重力轉向,只是因為它更快(就地對軌道時間而言)並且更有趣(就等待而言) -有時)以增加更多的助推器並更快地增加您的頂點。

有效的重力KSP庫存轉彎看起來更像:

  • 打開引擎並垂直移動一點。
  • 啟動變槳程序以將其旋轉10-20度
  • 一旦火箭指向前進,請使用SAS使其保持前進 pro>
  • 一旦火箭超過最大動壓,就開始節流。
    • 這樣做是為了最大程度地減少大氣阻力和垂直爬升dV損失。
    • 一個簡單的技巧是將“到達頂點的時間”保持在50秒左右。
  • 繼續前進,直到軌蹟的頂點達到所需的高度。
    • 有效的重力轉向意味著這可能需要很長的時間,超過15英里
  • 關閉引擎,等到火箭(幾乎)到達Aapapsis。
    • 否則,因為KSP發動機的油門可降低至0.001%
  • 燃燒進步可以增加圍手術期直至達到軌道。
    • 為了有效發射,這是小於20 m / s dV。甚至可以使用RCS來完成。

您可能想嘗試 KSP的GravityTurn Continued mod。請注意,它是針對股票KSP進行了優化。

我還建議您嘗試針對KSP的RealismOverhaul-這會改變遊戲的物理效果,因此其行為更像是從現實世界中發射。讓我引用其wiki頁面之一,其中總結了股票KSP和類似地球的發射之間的區別:

您不想走10公里再翻身;浪費很多燃料。您也不想降低油門,因為這也會浪費燃油(由於重力損失增加)。相反,要全速前進,在大約50 m / s(初始TWR為1.7)或大約100 m / s(初始TWR為1.3)時開始重力轉向並瞄準表面升級,直到您脫離大氣層為止。如果做得正確,您將以〜1 km / s的速度向下飛行45度。

您不會滑行到頂點,而是燃燒到圓化。您沒有時間進行此類燒傷。相反,您將不得不繼續燃燒引擎,直到您進入軌道。一旦您離開較低的大氣層(約60公里),請將火箭對準略高於前進的位置,以延遲到達頂峰。對於較低的軌道,您可能必須在頂峰之後進行圓化(燃燒很多以進行補償)。如果您認為在跌落到大氣層之前將無法進行圓化,那麼您將無法進行;將火箭傾斜以延遲到達頂點的時間,並儘快執行以減少轉向損失。

如果您嘗試進行RealismOverhaul,請嘗試 MechJeb2上升指南,它提供了幾個上昇路徑配置文件。讓我從MechJeb Wiki中引用:

動力顯式製導(RSS / RO)PEG是來自Surveyor任務的實際重力轉向算法,可以正確地整合軌跡。

如果您想在現實世界的上升算法上獲得更多的核心經驗,請查看 PEGAS。讓我引用其KSP論壇頁面:

我很自豪地介紹PEGAS:動力顯式製導上升系統-一種kOS腳本,用於使用直接從航天飛機獲取的真實制導算法進行自動發射文檔:統一動力飛行指南!

這些KSP mod可以幫助您了解現實中的PEG上升算法如何工作。

如果您發現自己在重力轉彎中轉彎過多以逃避大氣,請嘗試使用更強勁的發動機。相反,如果轉彎不充分,則可以降低飛行中的發動機。
ANone
2019-06-03 14:47:17 UTC
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“海岸”是進入軌道非常自然的部分。靠近行星表面燃燒可以節省改變速度所需的總量。機械原理有點複雜,但是簡短的版本是,當您加快速度時,可以通過更改速度來獲得更多能量。當您在上升過程中失去速度時,最好盡一切努力儘早離開大氣層。但是,這並不能使您進入軌道,因為您始終需要在大氣層上方進行一些燃燒才能到達軌道。如果您能在到達目的地之前完成燃燒工作以達到最終高度,那麼您將得到一個“海岸”。

開始並進行俯仰的直線運動與平衡有關盡快脫離大氣層,並且不必對重力施加超過必要的時間(空氣和重力損失)。關於直線上升的“神奇”部分與軌道力學無關,但通常足夠接近最優。

這兩個都是精確建模的(足以匹配這些高級結果),由KSP和其他人。

實際上,某些火箭確實遵循了這一描述。某些現實世界中的火箭之所以沒有,是由於遊戲中沒有很好地建模的工程限制。例如,如果您無法重啟發動機,則必須連續燃燒一次。如果您的推力太小而無法到達目的地,則必須進行第二次燃燒:仍然需要長時間燃燒。

KSP火箭會在沒有任何損失的情況下重啟。這樣一來,設計具​​有足夠推力以加入環行和上升的火箭所涉及的數學就超出了大多數玩家願意進行的計算。大多數太空計劃都沒有這個問題。但是,KSP火箭卻缺少許多現實世界的限制。相對於其他零件,主要是成本,重啟能力和質量

user25300
2019-06-02 21:31:40 UTC
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這就是真正的火箭進入軌道的方式,而對於軌道,您需要失去垂直速度,否則將呈螺旋形。軌道大約是水平速度,但不是垂直。

垂直速度通常會因增加高度而損失。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 4.0許可。
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