Difference between revisions of "Gravity turn/ru"

From Kerbal Space Program Wiki
Jump to: navigation, search
(Обратите внимание)
m (Reverted edits by Rocketing Rudolph (talk) to last revision by Vladzx)
(11 intermediate revisions by 3 users not shown)
Line 4: Line 4:
  
 
Такая эффективность также применима при спуске с [[orbit/ru|орбиты]]. Вместо уничтожения всей горизонтальной скорости и последующего медленного спуска на поверхность, в действительности, наиболее эффективно замедлить свои горизонтальную и вертикальную скорости одновременно.
 
Такая эффективность также применима при спуске с [[orbit/ru|орбиты]]. Вместо уничтожения всей горизонтальной скорости и последующего медленного спуска на поверхность, в действительности, наиболее эффективно замедлить свои горизонтальную и вертикальную скорости одновременно.
==Механика==
+
== Механика ==
 
[[File:Gravity turn start.svg|thumbnail|Силы, воздействующие на ракету при пуске.]]
 
[[File:Gravity turn start.svg|thumbnail|Силы, воздействующие на ракету при пуске.]]
 
[[File:Gravity turn executed.svg|thumbnail|Силы, воздействующие на ракету, после ее наклона на 30° (при выполнении гравитационного маневра).]]
 
[[File:Gravity turn executed.svg|thumbnail|Силы, воздействующие на ракету, после ее наклона на 30° (при выполнении гравитационного маневра).]]
Гравитационные маневры используют гравитацую, что бы разогнаться.
+
Гравитационные маневры используют гравитацию для разгона. Гравитационные маневры работают, противодействуя силе тяжести наименьшее затратным способом, возможным, чтобы получить достаточную высоту и горизонтальную скорость для желаемого [[maneuver/ru|маневра]]. Так как гравитация локального [[celestial body/ru|небесного тела]] всегда притягивает [[Craft/ru|аппарат]], то он всегда будет ускоряться медленнее при направлении прочь от этого [[celestial body/ru|небесного тела]] и ускоряться быстрее в любом другом направлении, отличном от строгой вертикали. Если бы запущенный [[Craft/ru|аппарат]] следовал строго вертикальным курсом полета, то он потратил бы всю свою тягу, ускоряясь в самом медленном направлении, эффективно растрачивая большую часть [[Delta-V/ru|характеристической скорости]], чтобы получить наименьшее количество скорости, не получая, при этом, боковой составляющей скорости, необходимой для движения по [[Orbit/ru|орбите]]. Другими словами, строго вертикальный запуск - наименее эффективный запуск.
Gravity turns work by fighting gravity the least amount possible to gain enough altitude and horizontal speed for the desired maneuver. Since the gravity of the local celestial body is always pulling on the craft, it will always accelerate most slowly when pointing directly away from that body and would accelerate faster in any other direction than straight vertical. If a launched craft followed a purely vertical flight path, then it would spend all of its thrust accelerating in the slowest direction, effectively spending the most [[Delta-V]] to gain the least speed without gaining any lateral speed necessary to orbit. In other words, a straight vertical launch is the least efficient launch.
 
  
The gravity turn maneuver is accomplished as follows. Assuming a perfectly flat launch site, the maneuver begins as a vertical launch, then once a certain altitude is reached, a slight turn is made. By turning away from vertical slightly, gravity will pull the velocity vector of the craft down towards that direction and the craft will tilt to follow it. As this happens, the craft will gain more speed sooner since it is travelling in a vector that is not directly opposed to gravity, effectively saving fuel and time. The farther the vector tilts to the side, the percentage of thrust spent fighting gravity becomes smaller and the percentage of thrust spent gaining speed becomes larger. Since the majority of this vector change is done by gravity and not by the flight controls, another tiny amount of fuel is saved. By the end of the gravity turn, no fuel is wasted fighting gravity. If the craft has gained enough lateral speed at an altitude above any mountains or atmosphere, it then begins a stable orbit.
+
Гравитационный маневр выполняется следующим образом. Если принять стартовую площадку за идеально плоскую, то [[maneuver/ru|маневр]] начинается с вертикального запуска, а, при достижении определенной высоты, выполняется небольшой поворот. Повернувшись немного от вертикали, сила тяжести потянет вектор скорости [[Craft/ru|аппарата]] к тому направлению, к которому наклоняется [[Craft/ru|аппарат]], следуя за ней. Из-за этого [[Craft/ru|аппарат]] получает больше скорости раньше, поскольку он перемещается по вектору, который не является прямо противоположным по отношению к вектору силы тяжести, эффективно экономя топливо и время. Дальнейшие наклоны вектора в сторону, уменьшают процент тяги, затрачиваемый на борьбу с силой тяжести, и увеличивают процент тяги, затрачиваемый на получение скорости. Поскольку большинство изменений этого вектора сделано силой тяжести, а не средствами управления полетом, то сохраняется еще какая-то небольшая часть [[Fuel/ru|топлива]]. К концу гравитационного маневра никакое [[Fuel/ru|топливо]] не тратится впустую на борьбу с силой тяжести. Если [[Craft/ru|аппарат]] получил достаточно боковой скорости на высоте выше любых гор или [[atmosphere/ru|атмосферы]], тогда он начинает движение по стабильной [[Orbit/ru|орбите]].
 +
 
 +
Высота начала гравитационного маневра зависит от нескольких факторов. На [[celestial body/ru|небесных телах]] с [[atmosphere/ru|атмосферой]], аэродинамическое сопротивление также учитывается при определении наиболее эффективного гравитационного маневра.
  
The altitude to start a gravity turn at depends on several factors.  On bodies with [[atmosphere]]s, drag also comes into determining the most efficient gravity turn.
 
 
== Расчет ==
 
== Расчет ==
When to begin and the amount of tilt in a gravity turn are based mainly on three things:
+
В начале маневра, угол наклона в гравитационном маневре зависит, главным образом, от трех условиий:
# any possible obstructions in your flight path
+
# Наличия каких-либо преград на своей траектории полета;
# the density of any atmosphere
+
# Наличия и плотности атмосферы;
# the gravity of the local body and by extension the craft's [[thrust-to-weight ratio]] (TWR)
+
# Гравитации локального [[Celestial body/ru|небесного тела]] и, дополнительно, [[thrust-to-weight ratio/ru|соотношение тяги к весу (TWR)]] самого [[Craft/ru|аппарата]].
  
Any hill or mountain in your flight path should obviously be avoided. While changing the height of the turn to clear an obstacle may not be the most efficient flight path for a gravity turn, it will avoid a collision.
+
Любых холмов или гор на своем курсе полета нужно, естественно, избегать. Поскольку изменение высоты поворота для преодоления препятствия может не являться самым эффективным курсом полета для гравитационного маневра, то это может помочь избежать крушения.
  
On bodies with no atmospheres, a launched craft need not worry about any drag generated, and thus should turn to face near horizontal as early as possible given its TWR and the height of nearby surface features. Doing this minimizes the percentage of thrust spent resisting gravity, while maximizing the percentage of thrust spent gaining enough horizontal speed to achieve orbit.
+
На телах без [[atmosphere/ru|атмосферы]], запущенный [[Craft/ru|аппарат]] не должен волноваться ни о каком создаваемом аэродинамическом сопротивлении, и, таким образом, должен повернуться носом как можно ближе к горизонтали, сразу, как только позволяет его [[thrust-to-weight ratio/ru|соотношение тяги к весу (TWR)]] и высота находящегося на траектории рельефа местности. Выполнение этого минимизирует процент тяги, затраченный на сопротивление силе тяжести при максимизации процента тяги, затраченного на получение горизонтальной скорости, достаточной для достижения [[Orbit/ru|орбиты]].
  
On planets with an atmosphere however, timing and amount of tilt are crucial to the success and efficiency of a gravity turn. If a craft turns too late or too little in its flight, it will waste more fuel fighting gravity than would be used resisting drag. If a craft turns too early or too far, it will travel a longer distance through the atmosphere, losing more speed to drag, requiring more fuel to regain that lost speed. If such a turn results in the craft pointing horizontal before arriving at an altitude above the atmosphere, then the craft will have to spend more delta-V to gain the necessary altitude, if the TWR of the current stage allows itIf not, then it will result in an inevitable surface collision.
+
На [[planets/ru|планетах]] с [[atmosphere/ru|атмосферой]], однако, время и значение наклона крайне важны для успеха и эффективности гравитационного маневра. Если [[Craft/ru|аппарат]] выполнит его на слишком маленький или слишком большой угол при своем полете, то он потратит впустую больше топлива на борьбу с силой тяжести, чем использовалось бы для преодоления аэродинамического сопротивления. Если [[Craft/ru|аппарат]] начнет его слишком рано или слишком поздно, то он будет лететь более долгое расстояние через атмосферу, теряя больше скорости на аэродинамическое сопротивление, требуя больше топлива на возврат этой потерянной скорости. Если таковы результаты поворота [[Craft/ru|аппарата]] в горизонтальном направлении до выхода за пределы [[atmosphere/ru|атмосферы]], то [[Craft/ru|аппарат]] должен будет потратить больше [[delta-V/ru|характеристической скорости]] для достижения необходимой высоты, если [[thrust-to-weight ratio/ru|тяговооруженность (TWR)]] текущей [[stage/ru|ступени]] позволяет это. В противном случае, это приведет к неизбежному столкновению с поверхностью.
  
The gravity strength of the local body also comes into effect. On bodies with very strong gravity wells, a larger portion of thrust must be spent fighting gravity, leaving a smaller portion of thrust to spend gaining altitude and lateral speed. On such a body, that means a high turn at a narrow angle. Conversely, on a body with very light gravity, the turn can be low at a sharper angle. The craft's TWR also affects when to begin a turn. Crafts with very high TWRs will have plenty of thrust to spare, so they can spend a smaller percentage of their thrust fighting gravity and a larger percentage gaining lateral speed. This means that such a craft can make their gravity turns lower and sharper than a craft with a low TWR.
+
Сила силы тяжести локального [[Celestial body/ru|небесного тела]] также учитывается при расчете. На [[Celestial body/ru|небесных телах]] с очень сильными гравитационными колодцами, большая часть тяги должна быть потрачена на борьбу с силой тяжести, оставляя малую часть тяги для затрат на набор высоты и боковой скорости. На таком [[Celestial body/ru|небесном теле]] это означает поворот на большой высоте под острым углом к вертикали. С другой стороны, на [[Celestial body/ru|небесном теле]] с очень слабой гравитацией, поворот может быть совершен на низкой высоте под более острым углом к горизонту. [[thrust-to-weight ratio/ru|тяговооруженность]] [[Craft/ru|аппарата]] также влияет на время начала поворота. У [[Craft/ru|аппаратов]] с очень высокой [[thrust-to-weight ratio/ru|тяговооруженностью]] будет достаточно тяги для экономии, таким образом, они смогут потратить меньший процент своей тяги на борьбу с силой тяжести и больший процент на получение боковой скорости. Это означает, что такой [[Craft/ru|аппарат]] может сделать свой гравитационный маневр ниже и более резко, чем [[Craft/ru|аппарат]] с низкой [[thrust-to-weight ratio/ru|тяговооруженностью]].
 +
Гравитационные маневры не полностью совершенны. Наиболее эффективный гравитационный маневр будет при непрерывном движении работающего сопла двигателя до завершения маневра по хорде. Такие факторы как [[Thrust-to-weight ratio/ru#Влияние физических условий|изменение тяговооруженности во время полета аппарата]] и время человеческой реакции не дают им быть совершенными. В таком случае [[Craft/ru|аппарат]], возможно, должен приостановить работу двигателя, сразу после выхода из слоев [[atmosphere/ru|атмосферы]], двигаться по инерции к [[apoapsis/ru|апоцентру]], а после - включить двигатель и перемещать сопло по дуге.
  
Gravity turns are not always perfect.  The most efficient gravity turn will have a continuous burn right up to completing circularization.  Factors like [[Thrust-to-weight ratio/ru#Physical background|TWR changing as the craft flies]] and human reaction time keep them from being perfect. In such a scenario, the craft may need to pause its burn once any atmosphere is escaped, coast to apoapsis and then do a circularization burn.
+
Например, исходя из надлежащей синхронизации поворота и результата, самый эффективный гравитационный маневр для [[Kerbin/ru|Кербина]] начинается на высоте около 10 километров, с наклоном [[Craft/ru|аппарата]] и значка вектора на значение от 30 до 40 градусов выше искусственного горизонта.
  
For an example of proper turn timing and amount, the most efficient gravity turn on [[Kerbin]] begins around 10 kilometers, with the ship and vector marker facing 30 to 40 degrees above the artificial horizon.
 
 
== Соотношение силы тяги к весу (TWR) ==
 
== Соотношение силы тяги к весу (TWR) ==
The [[Thrust-to-weight ratio/ru|TWR]] of a craft can greatly influence the gravity turn of a craft. Burning fuel will keep raising the TWR of the craft over time. The TWR will also change as staging progresses, rising as empty fuel tanks are lost but falling as engines are lost. If the craft is following too sharp a gravity turn, it could completely exhaust its more powerful beginning stages before escaping the atmosphere and advance to a stage meant for a higher altitude but now has a TWR too low to fight gravity, eventually leading to a surface collision. If the craft follows too narrow a gravity turn, it could spend its more powerful beginning stages reaching an altitude above the atmosphere, but then advancing to a stage with a TWR not powerful enough to properly circularize and orbit, eventually re-entering the atmosphere and colliding with the ground.
+
[[Thrust-to-weight ratio/ru|Соотношение тяги к весу (TWR)]] [[Craft/ru|аппарата]] значительно влияет на его гравитационный маневр. Сжигание топлива постоянно продолжает повышать [[Thrust-to-weight ratio/ru|соотношение тяги к весу]] [[Craft/ru|аппарата]]. [[Thrust-to-weight ratio/ru|Соотношение тяги к весу]] также изменяется при [[Staging/ru|отделении ступеней]], повышаясь из-за потери пустых [[Fuel tank/ru|топливных баков]], и понижаясь из-за потери [[Engines/ru|двигателей]]. Если [[Craft/ru|аппарат]] совершит слишком резкий гравитационный маневр, то он может полностью исчерпать свои наиболее мощные первые [[Stage/ru|ступени]] прежде, чем выйдет за пределы [[atmosphere/ru|атмосферы]] и использовать [[Stage/ru|ступень]], предназначенную для большей высоты, но, в данных условиях, имеющую слишком низкое [[Thrust-to-weight ratio/ru|соотношение тяги к весу]], чтобы бороться с силой гравитации, что, в конечном счете, приведет к столкновению с поверхностью. Если [[Craft/ru|аппарат]] совершит слишком узкий гравитационный маневр, то он может потратить свои наиболее мощные первые [[Stage/ru|ступени]] и достичь высоты выше границ [[atmosphere/ru|атмосферы]], и тогда использовать [[Stage/ru|ступень]] с [[Thrust-to-weight ratio/ru|соотношением тяги к весу]] не достаточно мощным, чтобы достичь орбиты, в конечном итоге, повторно входя в атмосферу и сталкиваясь с поверхностью.
 +
 
 
== Обратите внимание ==
 
== Обратите внимание ==
 
* {{Wikipedia}};
 
* {{Wikipedia}};
 
* [[w:ru:Гравитационный маневр|Гравитационный маневр]] в Википедии;
 
* [[w:ru:Гравитационный маневр|Гравитационный маневр]] в Википедии;
  
[[Category:Maneuvers]]
+
[[Category:Terminology/ru]][[Category:Maneuvers/ru]]

Revision as of 18:33, 17 March 2017

Гравитационный маневр (англ. "gravity turn") - это маневр, используемый для запуска аппарата на, или его спуска с орбиты вокруг небесного тела при минимальном потреблении топлива. Для отрыва от поверхности, аппарат должен набирать высоту быстрее, чем сила тяжести его притягивает. Для поддержания стабильной орбиты, у аппарата должен быть достаточный поперечный импульс на достаточной высоте, чтобы избежать столкновения с какими-либо неровностями рельефа или замедления атмосферой, если таковые имеются. Гравитационный маневр совмещает эти два действия в один маневр, экономя топливо в процессе. Поскольку аппарат начинает взлетать вертикально, то он медленно поворачивается на бок, и летит параллельно поверхности небесного тела, с которого был запущен.

Для сравнения, представим себе достижение орбиты без гравитационного маневра: это должен быть прямой полет, вертикально к поверхности, затем - поворот на 90 градусов при достижении высоты достаточной для достижения орбиты. Считайте, что гравитационный маневр - это "сокращение угла", так сказать. Он - наиболее короткий путь и, таким образом, экономит больше топлива.

Такая эффективность также применима при спуске с орбиты. Вместо уничтожения всей горизонтальной скорости и последующего медленного спуска на поверхность, в действительности, наиболее эффективно замедлить свои горизонтальную и вертикальную скорости одновременно.

Механика

Силы, воздействующие на ракету при пуске.
Силы, воздействующие на ракету, после ее наклона на 30° (при выполнении гравитационного маневра).

Гравитационные маневры используют гравитацию для разгона. Гравитационные маневры работают, противодействуя силе тяжести наименьшее затратным способом, возможным, чтобы получить достаточную высоту и горизонтальную скорость для желаемого маневра. Так как гравитация локального небесного тела всегда притягивает аппарат, то он всегда будет ускоряться медленнее при направлении прочь от этого небесного тела и ускоряться быстрее в любом другом направлении, отличном от строгой вертикали. Если бы запущенный аппарат следовал строго вертикальным курсом полета, то он потратил бы всю свою тягу, ускоряясь в самом медленном направлении, эффективно растрачивая большую часть характеристической скорости, чтобы получить наименьшее количество скорости, не получая, при этом, боковой составляющей скорости, необходимой для движения по орбите. Другими словами, строго вертикальный запуск - наименее эффективный запуск.

Гравитационный маневр выполняется следующим образом. Если принять стартовую площадку за идеально плоскую, то маневр начинается с вертикального запуска, а, при достижении определенной высоты, выполняется небольшой поворот. Повернувшись немного от вертикали, сила тяжести потянет вектор скорости аппарата к тому направлению, к которому наклоняется аппарат, следуя за ней. Из-за этого аппарат получает больше скорости раньше, поскольку он перемещается по вектору, который не является прямо противоположным по отношению к вектору силы тяжести, эффективно экономя топливо и время. Дальнейшие наклоны вектора в сторону, уменьшают процент тяги, затрачиваемый на борьбу с силой тяжести, и увеличивают процент тяги, затрачиваемый на получение скорости. Поскольку большинство изменений этого вектора сделано силой тяжести, а не средствами управления полетом, то сохраняется еще какая-то небольшая часть топлива. К концу гравитационного маневра никакое топливо не тратится впустую на борьбу с силой тяжести. Если аппарат получил достаточно боковой скорости на высоте выше любых гор или атмосферы, тогда он начинает движение по стабильной орбите.

Высота начала гравитационного маневра зависит от нескольких факторов. На небесных телах с атмосферой, аэродинамическое сопротивление также учитывается при определении наиболее эффективного гравитационного маневра.

Расчет

В начале маневра, угол наклона в гравитационном маневре зависит, главным образом, от трех условиий:

  1. Наличия каких-либо преград на своей траектории полета;
  2. Наличия и плотности атмосферы;
  3. Гравитации локального небесного тела и, дополнительно, соотношение тяги к весу (TWR) самого аппарата.

Любых холмов или гор на своем курсе полета нужно, естественно, избегать. Поскольку изменение высоты поворота для преодоления препятствия может не являться самым эффективным курсом полета для гравитационного маневра, то это может помочь избежать крушения.

На телах без атмосферы, запущенный аппарат не должен волноваться ни о каком создаваемом аэродинамическом сопротивлении, и, таким образом, должен повернуться носом как можно ближе к горизонтали, сразу, как только позволяет его соотношение тяги к весу (TWR) и высота находящегося на траектории рельефа местности. Выполнение этого минимизирует процент тяги, затраченный на сопротивление силе тяжести при максимизации процента тяги, затраченного на получение горизонтальной скорости, достаточной для достижения орбиты.

На планетах с атмосферой, однако, время и значение наклона крайне важны для успеха и эффективности гравитационного маневра. Если аппарат выполнит его на слишком маленький или слишком большой угол при своем полете, то он потратит впустую больше топлива на борьбу с силой тяжести, чем использовалось бы для преодоления аэродинамического сопротивления. Если аппарат начнет его слишком рано или слишком поздно, то он будет лететь более долгое расстояние через атмосферу, теряя больше скорости на аэродинамическое сопротивление, требуя больше топлива на возврат этой потерянной скорости. Если таковы результаты поворота аппарата в горизонтальном направлении до выхода за пределы атмосферы, то аппарат должен будет потратить больше характеристической скорости для достижения необходимой высоты, если тяговооруженность (TWR) текущей ступени позволяет это. В противном случае, это приведет к неизбежному столкновению с поверхностью.

Сила силы тяжести локального небесного тела также учитывается при расчете. На небесных телах с очень сильными гравитационными колодцами, большая часть тяги должна быть потрачена на борьбу с силой тяжести, оставляя малую часть тяги для затрат на набор высоты и боковой скорости. На таком небесном теле это означает поворот на большой высоте под острым углом к вертикали. С другой стороны, на небесном теле с очень слабой гравитацией, поворот может быть совершен на низкой высоте под более острым углом к горизонту. тяговооруженность аппарата также влияет на время начала поворота. У аппаратов с очень высокой тяговооруженностью будет достаточно тяги для экономии, таким образом, они смогут потратить меньший процент своей тяги на борьбу с силой тяжести и больший процент на получение боковой скорости. Это означает, что такой аппарат может сделать свой гравитационный маневр ниже и более резко, чем аппарат с низкой тяговооруженностью. Гравитационные маневры не полностью совершенны. Наиболее эффективный гравитационный маневр будет при непрерывном движении работающего сопла двигателя до завершения маневра по хорде. Такие факторы как изменение тяговооруженности во время полета аппарата и время человеческой реакции не дают им быть совершенными. В таком случае аппарат, возможно, должен приостановить работу двигателя, сразу после выхода из слоев атмосферы, двигаться по инерции к апоцентру, а после - включить двигатель и перемещать сопло по дуге.

Например, исходя из надлежащей синхронизации поворота и результата, самый эффективный гравитационный маневр для Кербина начинается на высоте около 10 километров, с наклоном аппарата и значка вектора на значение от 30 до 40 градусов выше искусственного горизонта.

Соотношение силы тяги к весу (TWR)

Соотношение тяги к весу (TWR) аппарата значительно влияет на его гравитационный маневр. Сжигание топлива постоянно продолжает повышать соотношение тяги к весу аппарата. Соотношение тяги к весу также изменяется при отделении ступеней, повышаясь из-за потери пустых топливных баков, и понижаясь из-за потери двигателей. Если аппарат совершит слишком резкий гравитационный маневр, то он может полностью исчерпать свои наиболее мощные первые ступени прежде, чем выйдет за пределы атмосферы и использовать ступень, предназначенную для большей высоты, но, в данных условиях, имеющую слишком низкое соотношение тяги к весу, чтобы бороться с силой гравитации, что, в конечном счете, приведет к столкновению с поверхностью. Если аппарат совершит слишком узкий гравитационный маневр, то он может потратить свои наиболее мощные первые ступени и достичь высоты выше границ атмосферы, и тогда использовать ступень с соотношением тяги к весу не достаточно мощным, чтобы достичь орбиты, в конечном итоге, повторно входя в атмосферу и сталкиваясь с поверхностью.

Обратите внимание