Difference between revisions of "Tutorial:Basic Rocket Design/zh-cn"

Revision as of 09:40, 9 October 2024

原作者: Senshi

这个教程会讲解如何使用 VAB（Vehicle Assembly Building，火箭组装平台）并将你的第一枚火箭平平安安地送入轨道。在这个过程中，你会了解 VAB 的基本功能、零件们的用法、如何给火箭分级以及如何成功发射并返回地表。除此之外，该教程还会简要介绍一些常用的科学与工程术语，如果对此感兴趣，你也可以通过点击附带的站内链接来获取更多信息。

• 预估阅读时长：45分钟
• 难度对应人群：纯新手
• 适用版本：全版本通用（除了最新版的 demo）

期待你们在讨论页的反馈！ 如果教程显得很难或无法理解，那么一定是教程写的还不够简单明了。所以就大胆的抱怨吧！

火箭升空的基本知识

让一个物体从 Kerbin 星球飞上太空并呆在那里（也即进入稳定轨道）所要克服的困难只有两项：重力和阻力。

牛顿万有引力定律告诉我们，引力与物体间的距离呈平方反比，因此随着你远离 Kerbin 的中心，你所受的重力会迅速衰减。但仅仅飞的高是不够的，为了入轨你还需要积累足够的水平速度。合适的水平速度能够使你在仅受重力作用的情况下保持轨道高度不变，而这被称之为轨道速度。对于 Kerbin 来说，你大概需要 4000 m/s 的 Delta-V。

空气阻力相较于地表高度近似于指数衰减，于大气上界减少至零（Kerbin 的大气上界为 69,078 米）。相较而言，飞行器的重量要比阻力重要得多，不过一个好的外形设计依旧能大大增加你火箭的运载效率。在高速条件下，空气表现得就像液体一样，火箭必须把前方的空气排开从而让自己挤进去。这也是为什么现实生活中的火箭与飞机总是流线型的，这种外型使得它们更容易将前方的空气分开并赶到舰体旁边。如果你设计出一块砖头状的东西，那么不要怀疑，它的飞行轨迹也会跟砖头一个样。

所以设计火箭的规则也就三条：让它尽量的轻，让它尽量的光滑，再给它足量的推力。相当简单不是吗？

先设计你的负载，然后再另外设计你的运载火箭是非常好的习惯，这一方面会让你以后能使用标准化的运载火箭来运载各种相近的载荷，另一方面也在培养你预估所需运载火箭的能力。

火箭设计辅助工具

本节讨论的是如何使用设计辅助。有关于如何使用 VAB/SPH 控件的信息参见“使用 VAB/SPH 控件”。

对称

在屏幕的左下角，有一个中间有一个黄点的按钮。如果你点它一下，你就打开了对称选项。这意味着从现在起，不论何时，只要你把一个组件放在非火箭中轴线的位置上，它都会自动的被放在四周相对称的地方。当设计运载火箭的时候这个选项非常的有用，这样可以确保你不会意外的放错了零件导致重心偏移。有时你不得不让重心从火箭的中央偏开少许，但所有的偏移都必须在整个火箭升空的过程中不断的修正，就像它让你的火箭不断的在向一个特定的方向翻滚一样。而这些用来修正火箭航向的能量就不能用来让你的火箭向前飞行了。

有两种方式来调整对称。你可以通过左键单击、右键单击、X 和 Shift-X 来更改对称数，也可以通过鼠标中键单机或按 R 来更改对称模式。对称数指的是对于一个未放置在中轴线上的零件，你希望同时放置多少与之对称的相同零件。对称数可以被设置成 2、3、4、6、8 或者设置为 1 来关闭对称。对称模式有两种可选：“径向”或者“镜像”。寥寥数语难以讲清这两种模式的含义，借用数学语言，在选用径向模式时我们希望零件关于 Z 轴旋转对称，而在镜像模式下零件关于 XoZ 平面对称。前者常用于设计火箭而后者用于设计空天飞机。

角度限制

就在对称按钮的旁边，有一个有一个黄色的圆圈和一个点的按钮。它就是一个简单的开关，开启这个选项后所有的零件都会被对齐到22.5的整数倍角度上。这同样在确保火箭能有一个基本对称的重心方面非常有用。即使你是打算在两边分别放一个单独的零件。在整个教程中这个选项都应该打开（注：当圆圈变成六边形时表示打开了）（事实上，只有极少数的情况下才需要关闭这个选项。）

物理指示器

在两枚黄色按钮下面还有三个绿色的按钮。从左至右它们分别会让你能够获得关于质量中心，升力重心以及推力中心的可视标志。名字已经充分说明了它们各自的作用了。不过升力中心主要用于设计大气层内飞行器（也就是飞机），对火箭没什么用。另外两个则非常有用，可以用来检查重心和推力的位置是否合适。两者都应该位于中轴线上（从火箭的头顶向下看可以确认这一点）。质量中心应该处在你火箭最底层的三分之一处，或者尽量接近你的推力中心。如果它太高了，你的火箭就会头重脚轻并很难控制。由于燃料的消耗和分离的级，质量中心会在飞行过程中发生变化。

旋转组件

这个在控制里有所说明，但我还是打算来一个简短的注解。你可以通过 WASDQE 键随心所欲的旋转任何组件，所有旋转都是以90度为单位的，除非你按住Shift才能以较小的角度（5°）转动组件（这对于防放置倾斜面板，梯子，推进器等有帮助）。

航天器设计

在一切开始之前你需要先明确你发射火箭是去完成什么任务，以及如何用最少的成本与精力完成该任务。顺带一提，该教程的示例任务是将卫星送入一个绕 Kerbin 环行的稳定轨道。在设计一个新火箭的时候，你首先要选择一个合适的指令舱。指令舱的选择取决于你希望设计一款无人的探测器还是载人的飞船。如果你想把你的小绿人送进太空，那么你就要选择一个载人的指令舱。反之如果你希望在你探索太空的过程中不要出现小绿人的伤亡，那么就选择一款无人的指令舱吧。再次强调一下，火箭的吨位越小越好。

动量轮

动量轮通过对航天器施加反作用力来控制航天器的旋转。其旋转的中心取决于动量轮安装的位置，因此请尽量将动量轮安装在航天器的中心位置。动量轮工作不会消耗燃料，但需要电力供应。所有的指令舱（不论里面有没有人）都会包含基本的动量轮。动量轮提供的扭矩与指令舱的质量大致成正比（质量越大，扭矩越大）。游戏中的动量轮提供的扭矩远大于现实世界中，因此更加容易控制航天器。

当航天器的载荷非常大时，你需要增加额外的动量轮来减少旋转所耗费的时间并提高航天器的稳定性。 在“控制”面板中你可以找到额外的动量轮组件。

姿态稳定系统（SAS）

姿态稳定系统（SAS）和高级姿态稳定系统（ASAS）是坎巴拉太空计划里独有的系统。它们能够自动的辅助稳定你的火箭，并可以在飞行的任何时候通过默认设置的“T”键开关。在开启时SAS系统会尝试保持火箭当前的指向（不是速度方向）因此你将会发现你很难操作火箭进行转向。

SAS的稳定能力有限，不要指望它能让一个重心严重偏斜的火箭也正常升空。虽然SAS的力量可以通过简单的堆更多的SAS模块来改善，然而我们不建议你增加这么多的负载来实现一个在设计良好的火箭上根本不需要的设计（注：带一个ASAS还是有必要的）。

SAS会自动的操作火箭上任何能够提供控制能力的组件（例如有矢量推力的引擎，或是控制翼片，当然，后者只能在大气层中使用）大多数的液体引擎都会提供一定的矢量推力，通常来说这些引擎的矢量推力就足够让你的火箭能维持控制了。

电力

火箭上大部分的设备都或多或少的需要电力。

最简单的供电方法就是装足够多的电池组。电池组的位置可以随意安排，整个火箭都被视为”通电的“并且可以从火箭上任何一处的电池组获得电力。无论中间隔了多远

然而，电池组的电能是有限的。如果你想要让一个卫星在太空中活动很长的一段时间，那么你最好还是在上面安装一些能发电的设备。在目前的版本中有三种方法可以获得电能。

• 温差发电机
• 所有的液体燃料引擎都会在工作时产生一定的电力
• 各种太阳能电池板

长轨道周期的卫星使用太阳能板，太阳能板有很高的输出而且没有任何的消耗，重量也比较轻。但是，它们非常的庞大，所以要给它们足够的空间来展开并且几乎不能承受任何物理压力（例如，撞击，颠簸）。需要更加紧凑坚固的结构的星球探测器则更倾向于使用温差发电机。温差发电机的发电时间近乎无限，而代价是相对更重了一些。 当你决定在卫星上使用太阳能的时候，我们强烈建议你在卫星上配备足够的电池以便于在当卫星绕到星球暗面而无法从太阳获取能量时提供持续的能源。当卫星重新回到向阳面时，太阳能板能自动的为电池充电。两三个小型电池包或一个大的电池环通常就能很好的应付这种情况。

对称的安装两块 OX-4型太阳能板或四块OX-STAT太阳能板 通常就能满足大部分的需要了。对称同时也能保证至少有一片太阳能板能朝向太阳，不管火箭朝向什么方向。

姿态调节喷口（RCS）

RCS是一个简单的通过喷出压缩气体产生推力的推进系统。压缩气体以一种被称为”Monopropellant "(简称Monoprop或Mono)的超压缩状态下。所以它不像其他引擎那样需要消耗燃料和氧化剂。这种引擎的推力非常小，它们设计的初衷是要为太空中的火箭提供精确的转向推力（不需要考虑克服风阻或重力的问题，所以一点点推力就够了）。另一种方面的应用则是为低重力真空环境（例如陨石或月球）上的探测器提供推力。一个配有大量喷口的轻型探测器将会很容易控制。它有两个主要的优点：* 尽管它们需要专门的燃料（意味着额外的重量），喷口本身却非常轻而且是全方位的。而且完全不用考虑燃料的流通问题，RCS喷口也可以布置在任何位置而不一定要与RCS燃料舱直接相连（注：也就是说任何位置的RCS喷口都可以从火箭上任何位置的RCS燃料舱取得燃料）* 另一个（可能也是最大的）有点则是它们的燃料消耗非常非常低，即使只是一小罐（25个单位）的monoprop就能维持几分钟的推力。安装之后RCS不会默认开启，你同样可以在飞行的任何时间通过“R”键来开启或关闭RCS系统。如果RCS和SAS系统同时开启，那么SAS可以利用RCS来辅助调节航向。如果你需要快速进行方向的调整，这将会非常有用。但记得千万不要长时间的开着RCS，SAS系统很喜欢不停的做一些微小的RCS推进来持续的修正航向（注：这将导致你很快就把RCS燃料耗光）如果你不需要快速的转向或精准的控制（例如将来会接触到的对接）那么你完全可以不装RCS系统并省下数吨的重量（驾驶舱里有飞轮，可以提供一些基本的调节能力）。

如果你打算装上RCS系统，那么你还需要考虑一些问题：由于RCS喷口的推力很小，你将会需要很多的RCS喷口。一个大约三吨的卫星就需要6~8个RCS喷口。虽然之前说过RCS喷口几乎是全方位的，但是为了更好更快的完成转向等动作，你还是需要合理的摆放你的RCS喷口。关于喷口的布置，我建议你开启“质量中心”的指示器，然后使用4对称或3对称的模式，将一组喷口放在你负载的顶部，另一组放在负载的底部。

科研组件

这个部分基本没什么作用，但是它们能提供一些科学上的信息用于研究。它们同样会带来额外的负载和阻力，所以我在这个教程里先无视了它们。

降落伞

如果你不打算让你的卫星永远都呆在宇宙里，或者希望你的小绿人能平安返回地面，那再也没有比装降落伞更好的方法了。在你的航天器顶上装一个降落伞是最好的降落方法。如果你的航天器外形是长条状的，那么可能在质心上装一个降落伞会比较好。降落伞的力量很强，能借助大气的力量让你的航天器平安的在大气层内减速。不要担心降落伞在激活后怎么是缩成一团的，他们只会在最后的500米才完全打开，只有极重的航天器才会需要使用MK25重型降落伞，并且需要在之前先减速到一定的程度。如果你的航天器正以极高的速度坠落而降落伞突然完全展开，那么很有可能你的降落伞会被扯掉。所以寻找一个流畅而安全的降落轨道。