坎巴拉太空计划新手教程(7)

VAB 系列第六部:交会对接

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前情提要

在被催更了无数次,又惊闻新版本Release之后,作者终于来写文了。

在先前的五部VAB系列中,我们从送飞船入轨,到精确机动,再到宰人登月,已经将这个游戏的基础知识学了个半。今天我们就来学习如何将两个在轨道上以每秒数千米的对地速度飞行的航天器对接在一起。


一些知识

我们回顾高中物理必修二的内容:

1. 在相同半径圆轨道飞行的航天器,无论质量大小,速度均相等。由万有引力提供向心力的公式可证:

m\frac{v^2}{R} = G\frac{mM}{R^2}

其中m为航天器质量,M为环绕星体质量,R为轨道半径,v为速度,G为万有引力常量。

v=\sqrt{\frac{GM}{R}}

速度与航天器质量无关,只与环绕星体的质量和轨道半径有关。

因此,两个在同轨道上的航天器是无法相互追及的。后方的航天器若加速欲追上前方航天器,其轨道另一端必然抬升,从而使轨道变为椭圆形。

2. 圆形轨道半径越小,周期越小。

这也就意味着,内圈的航天器可以在绕行过程中逐渐追上位于外圈的前方航天器。注意,“追上”的定义是两个航天器与地心的连线在同一直线上,且位于地心的同一侧。

原理概述

我们的空间站正飞行在距离坎星100千米高的近坎赤道轨道上。在它飞越KSC后大约3分钟,我们发射了一艘将与其对接运输船至80千米高的赤道轨道。

空间站和运输船

运输船与空间站可能还有零点几度的轨道倾角差。我们在升交点或者降交点调整运输船的轨道倾角,使其轨道平面与空间站轨道平面完全重合。这样,不论我们怎么加速或者左右偏航,最终都会留在空间站轨道所在平面内。具体原因在《精确机动》一章中已述。坎巴拉太空计划新手教程(3)

下面,我们规划一条转移轨道,使得其远坎点位于100千米高的空间站轨道上,且正好使得运输船与空间站在该点相遇(两者相距一千米以内)。

转移轨道

飞临相遇点后,加速使得运输船于空间站相互静止,两者轨道几乎重合。开启 RCS,使运输船慢慢向空间站靠近,随后对接。

具体操作步骤将在后面叙述。

火箭的建造

建造能够完成对接任务的火箭,最重要的是装载RCS燃料罐和喷口。

RCS 是一类通过喷射气体从而对火箭姿态进行微调,并完成平移、俯仰、偏航和滚转等动作的引擎。RCS 喷口使用 RCS 燃料,且应当合理分布在航天器质心周围。

今天我们建造的火箭是一个专门用来测试对接的火箭。它只有两级。

二级火箭顶端是一个对接口。其下分别为电池、动量轮、RCS 燃料罐和火箭燃料罐。侧壁挂有太阳能板、天线和 RCS 喷口。

对接测试船

这里安装的八个 RV-105 RCS 喷口能够合作提供上下左右前后六个方向的平移动作。应当注意的是,RCS 喷口应当平均分布在质心周围。或者说,同方向上 RCS 喷口的合推力应当尽量经过质心,以及燃料消耗以后航天器的质心。偏差会造成航天器的翻滚,但一般能够通过动量轮和 SAS 自动纠正。但若 RCS 合推力与质心相去甚远,动量轮扭矩又不够,就会出现问题了。此问题尤其容易出现在大型航天器上。确定 RCS 喷口位置时,应当移动燃料罐的燃料和氧化剂量,以模拟燃料消耗情况下质心的移动情况,并适当调整 RCS 喷口到折中的位置。

安装完一级火箭和助推器后,我们就可以先行发射一艘对接测试船(A 船)到坎星赤道轨道上了。将其变轨至一百千米高度。

实操

1. 前期准备:基本操作

待 A 船飞掠 KSC 上空3分钟后,我们就差不多可以让 B 船起飞追赶它了。由于我们要留出一些时间做轨道机动,因此不能跟的太紧,但是间隔太长的话又会浪费很多时间等待合适的相位(如果以最节省燃料的飞法)


入轨,调整轨道高度至80千米。然后设置 A 船为目标,在升交点或者降交点调整轨道倾角。

注意,如果 AB 两船的轨道都很圆的话,会大大减轻接下来操作的负担。

按下 F5 保存。


2. 追上A船

现在AB两船之间的相位角可能有30-60度,比较难以确定合适的加速点。但我们不急,先随意在轨道上设置一个机动节点,拉动速度方向标志直至轨道 AP 达到100千米,且出现了交汇点的标识。与此相对的,还有交汇点时目标的位置。把鼠标移动于之上可以看到相距距离。

这里的“交汇点”是 AB 两船离得最近的点,现在它们之间最近可能有上百公里。

我们的任务很简单:在轨道上前后滑动机动节点,但不要更改机动值,观察交汇点和交汇点时目标的位置,直至两点重合,然后微调机动值,直至相距距离小于一千米,但一般可以做到500米以内。

调整完成后,我们的B船只要按照机动节点的指示进行机动,就能与 A 船相遇了。

等到 A 船在几千米范围内之后,一般 B 船的速度表会自动切换到相对 A 船速度。如果没有自动切换,则点击导航球上的绿色速度进行切换。

这时候,导航球上标识的速度方向即相对于 A 船质心的速度方向。只要切换 SAS 到逆速度方向,等待 A 船到达距离最近的位置,就可以开动引擎直接消除与 A 船的相对速度了。假如以坎星为参考系,我们就相当于完成了一次霍曼转移,变轨到了100千米的圆轨。

假如一切如意,则按下 F5 保存。


3. 对接

接下来就是很微妙的操作了。

首先,右击对接口,设置为“基于此处控制”。该设置将会以对接口面向的方向为前方,重新定义航天器的上下左右前后。虽然在这里不会造成区别,但将来若想要使用侧壁上的对接口对接,就十分必要了。

然后使用"["或者"]"键切换到 A 船,也右击其对接口做相同设置。这样,B 船瞄准的就是 A 船的对接口。然后,让 A 船把 B 船设为目标(双击 B 船),然后将导航球旁的 SAS 方向设置为最后一行的目标方向。这样,A 船的对接口就对准了B船即将飞来的位置,我们也就不用让 B 船绕着 A 船兜圈子找对接口了。然后将 A 船的 SAS 切换回稳定辅助模式。(如果不切换回稳定辅助,A 船将会随着 B 船的移动而移动,比较不方便。

切换回 B 船,也将其 SAS 切换到目标方向。等待翻滚完成后,按下 R 打开 RCS。作者比较习惯直接使用 IJKLHN 键操作 RCS,但也可以在左下角切换到对接模式,使用 WASD Shifts Ctrl操作。

RCS的操作为,IJKL (WASD) 为上、左、下、右平移,HN (Shift Ctrl) 为前后平移。

按下 H 加速。假如与 A 船相差在500米以上,则可以加速到 10m/s左右,否则控制在5m/s左右。进入100米范围后,减速至2m/s以内。注意,由于 AB 两船的轨道不完全重合,我们又使用 RCS 对轨道造成了改变,因此在飞向A船的过程中两船的相对速度一定会有上下左右方向上的变化,即黄色速度方向逐渐偏离紫色的目标方向。不要惊慌,也不要看着航天器,盯着导航球上速度方向的偏离方位,然后使用 IJKL 做逆操作,使得速度方向再次与目标方向重合。

途中可以使用时间加速。等到两船相距30米以内时,减速至0.3m/s。如果发现A船的对接口有点偏离,可以切换到A船再做一次对准。随后慢慢等待两船对接口吸合即可。

假如第一次失败了,也不用着急。可以按下 N 使得飞船后退几十米,然后消除两者相对速度,再重新对准、对接。

操作请见视频(从调整轨道倾角开始)

https://www.zhihu.com/video/958294462611382272

1080p视频请移步B站 KSP VAB 6_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili

空间站

多尝试几次对接后,空间站的建造就不算太难的问题了。

一般空间站由乘员舱、燃料舱和各类功能舱组成。其中功能舱包括处理矿石的ISRU以及配套的电力和散热设备、实验舱和仪器舱等。少数能够进行星际航行的空间站(星舰)还配有推进节和登陆艇。

VAB中的库存空间站核心提供了一个良好的开端。我们可以在其之上对接各舱室以建造空间站。当然也可以自制环形空间站搭配二十七个3.75m直径燃料罐和九个猛犸引擎一发入魂。

总结

  1. 对接任务必备:RCS 燃料罐、RCS 喷口、对接口
  2. 建造要领:RCS 喷口均匀分布在质心周围
  3. 对接步骤:调整轨道倾角,规划相遇轨道,消除相对速度,开启 RCS 对接。
  4. RCS 操作方法:IJKL (WASD) 上左下右平移,HN (Shift Ctrl) 前后平移。也可以协助完成滚转、俯仰和偏航的姿态调整。

分享上图的空间站文件 pan.baidu.com/s/1fnevSh,密码6qlo

导入方式:复制 .craft 文件到Steam (SteamLibrary)\steamapps\common\Kerbal Space Program\saves\任一沙盒模式存档\Ships\VAB

作者的环形空间站文件暂已丢失,还请自行探索。

下集预告

会不会觉得坎星周围已经令人乏味?想不想来一次星际之旅?敬请收看下集:载人Duna往返

发布于 2018-03-17