Difference between revisions of "Tutorial: Gemini 6A and 7/zh-cn"

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Latest revision as of 18:51, 2 May 2019

我们嘴巴上常说浩瀚的宇宙,可你真体会不到它有多么的巨大、广袤,比你能想象的最大再大上一亿万倍都不止。嗯,有时你会觉得这么一路走到药房真尼玛挺远的,不过比起宇宙的疆界来,说实话这连沧海一粟都比不上。

道格拉斯·亚当斯, 银河系搭车客指南

在 NASA 计划登月的过程中,他们很快就意识到携带全部的返航燃料进行登月任务是完全不可能的。飞船会变得非常重,而很多重量实际上对于着陆飞行任务是毫无用处的,又会大大增加着陆的难度。为了解决这一问题,他们决定采用这一策略:到达月球轨道后,登月舱会与指令舱分离,前者会独立完成登月任务,再返回轨道与指令舱会合对接。不过,这就要求进行在轨会合与对接 —— 这是一个全新的尝试,以前还没有进行过。没有人知道它是不是可行。假如失败的话,登月队员会被困在月球上,失去返回地球的机会。

所以他们决定最好先在相对安全的近地轨道演练飞行器的会合与对接,然后再在月球轨道进行类似的飞行。这就是“双子座 (Gemini)”计划诞生的初衷。

在本教程中,我们会重现“双子座” 6A 和 7 号的飞行,这是人类太空飞行史上载人航天器的第一次轨道对接。我们还会进行一次 EVA —— 一位 Kerbal 航天员会出舱,利用喷气背包在飞船周围飞行,再返回飞船。

飞船的设计

“双子座”飞船可以搭载两名乘员,所以我们选用 Mk2 型着陆舱 来作为指令舱。和真正的“双子座”计划一样,我们的飞船在轨飞行将只依靠单组元推进剂发动机。这就是为什么飞船装载了巨大的单组元推进剂燃料舱。

Titan II GLV

这次我们会在飞船加入 S.A.S. 模块,它可以大大降低发射和对接的难度。注意,我们在这里并没有采用 高级 S.A.S. 模块。因为 ASAS 模块打开后会利用推力矢量进行滚转控制,这会带来少量的侧向加速。这对于我们试图进行的高精度对接操作是害处很大的。

下面是运载火箭:苏联人的火箭设计思路是为最初设计的 R-7 型运载火箭 不断增加更多的级数来提高任务载荷量,而美国人信奉的设计哲学则是“越大越好”,他们试图提高每级火箭的质量。Titan II GLV 型运载火箭 就体现了这一设计理念(Gemini Launch Vehicle)。它只有两级,但每一级都很巨大。相应的,我们会选用 Rockomax 燃料舱、Rockomax “主帆(mainsail)”型发动机和“船长(skipper)”型发动机。

Rockomax “主帆(mainsail)”型发动机是 KSP 中推力最大的发动机,可达 7 台 LV-T30 型发动机的推力之和。它的燃料消耗量稍大于 7 台 LV-T30 型发动机,不过另一方面它自身的质量要少得多。这两者互相抵消。而“船长(skipper)”型发动机推力比“主帆(mainsail)”型要低(大约相当于 3 台 LV-T30 型发动机),但它更轻,燃料消耗更少 —— 正如 Titan 型火箭的次级发动机。因此它非常适合用于次级火箭。[1]

你或许会问为什么我们不用 Jumbo-64 型燃料舱来代替 X200-32。原因之一是 Jumbo 燃料舱段会带来某些导致火箭不稳定的因素,我们需要加入支撑件来提高稳定性。还有一个奇怪的原因是:安装在 Jumbo 燃料舱下方的“主帆(mainsail)”型发动机在全推力下会迅速过热,但安装在两节功能相同的 X200-32 型燃料舱下方是却没有这个问题。我不知道原因是什么。

任务阶段

在发射之前,最好能给两艘飞船分别取名方便识别。假如喜欢重现历史的话,你可以把第一艘飞船叫做“双子座” 7 号,第二艘叫做“双子座” 6A 号(为什么倒着编号?那就是一个很长的故事了……)。

发射 —— “双子座” 7 号

第一枚运载火箭将“双子座” 7 号发射到 100 km 高度的轨道。在这一阶段你应该对此已经驾轻就熟了。

尽量把轨道调整到接近正圆。轨道远近点的每一米差别都会加大会合的难度,所以在这儿尽量做最大的努力吧。完成之后关闭发动机,按 Esc 键返回航天中心准备下一次发射。

发射 —— “双子座” 6A 号

调整本轨道近点至与另一艘飞船的轨道近点重合

现在我们发射第二枚相同的运载火箭。

我们的目标是让两艘飞船尽可能的接近,所以在点火之前,应注意第一艘飞船最好能在发射时刻的两分钟之内途径发射点。

然后就按照同样的步骤发射。保证与第一艘飞船相同的轨道近点高度。然后和第一艘飞船一样,尽量把轨道调整为正圆形。

轨道的对齐校正

倾角修正

现在两艘飞船都与次级火箭进行分离。此后的所有轨道机动都应该只采用单组元推进器来进行。按下 H 和 N 键可以直接进行加速和减速,而不再是用 shift 和 ctrl 键调整推力的大小。这种方式可以更精确的进行推力的矢量控制 —— 对于本次的任务,精确性无疑要排在第一位。

目前,你的飞船应该都处于相同高度的圆形轨道,但轨道倾角可能有一定的区别。为修正倾角的区别,把一艘飞船设为目标。轨道视角会相应在轨道上标出两个点:“升交点(ascending node)”和“降交点(descending node)”。它是两个飞船各自轨道的交会点。在这些点向北或向南推进,就可以减小与目标轨道的倾角差,并最终让两个轨道完全重合,正如轨道飞行 101 教程中介绍的那样。

进行 EVA

在轨出舱太空行走

在开始对接之前,我们要尝试在太空中演练出舱任务,一名 Kerbal 航天员将出舱利用喷气推进背包进行太空行走。

首先,请确保飞船没有处于旋转状态。假如在这种状态进行出舱无异于自杀。

点击一名航天员的头像,选择 “EVA” ,并立即按 F 键抓住舱口附近的舷梯。你的 Kerbal 航天员会紧贴停留在飞船表面。稍等片刻心态平静之后就可以放开了。Kerbal 航天员会慢慢的飘离飞船。如果希望返回,按 R 键激活太空行走的喷气背包。你可以用 A, W, S, D, Q, E, Ctrl 和 Shift 控制太空人的飞行方向和速度。利用它返回舱门,并按 F 键抓住舷梯。练习的差不多之后,你可以做一些更刺激的动作,比如绕飞船一周再返回。

但是要记住,喷气背包的燃料也是有限的!点击航天员可以确定燃料的剩余量。

假如你不小心耗尽了燃料无法返回飞船,你还可以把控制切换到飞船,并尝试着靠近航天员进行救援。假如真的牺牲了一位航天员,这无疑是一个悲剧,但是并不意味着任务的结束 —— 其实每艘飞船你只需要一名航天员就可以完成任务。

与另一艘飞船会合

完成练习太空行走后,现在到了与另一艘飞船会合的时间了。

点击另一艘飞船的轨道,把目标设置为该飞船。注意不要误选为该飞船运载火箭的残骸,因为它运行的轨道与飞船很相似。

两艘飞船的轨道相同,但距离相差大约几百公里。怎么去解决这个问题?你应该记得这个规律吧,低轨道高度的物体运行速度要高于高轨道高度的物体。这意味着,假如你的飞船位置靠前,你可以增加轨道高度。假如飞船落后,你就需要进入低轨道。在两艘飞船彼此接近后,再回到原来的轨道上来,同时保证两者轨道的重合。你的目标是把两艘飞船的距离调整到 5 km 之内。这一操作技巧性十足,你很可能需要经过多次尝试才能实现。

在进行本机动时,要注意观察单组元推进剂的剩余量。假如燃料量低于 100,在轨道视角双击目标切换到另一艘飞船,再进行相应的机动。假如两艘飞船的燃料量都低于 100,你基本可以认为本次任务以失败告终。你接下来的任务就是利用剩余的推进剂进入返回轨道,至少能让航天员安全返回。

对接机动

一旦目标距离小于 10 km ,导航球会自动由“轨道”模式切换到“目标”模式。下面是在该模式下各显示信息的实际意义:

  • 速度(speed) 指示对目标的相对速度 —— 以什么样的速度靠近和远离目标
  • 黄色标志 指示增加和降低相对速度的加速方向;
  • 紫色标志 指示靠近和脱离目标的加速方向;

Killing speed

先对准黄色标志,打开推力调节相对速度为 0.0 m/s 。此时你与目标飞船处于平行飞行状态。然后转向对准紫色标志,慢慢打开推力向目标飞船靠近。不要加速过快 —— 请保持耐心。在与目标发生碰撞前,对准黄色标志反推飞船降低相对速度为零。重复此过程,直到相对距离降低为几米至十几米,同时相对速度为零。

就快到了

现在你离目标不过一臂之隔了,不过很可能它的对接舱口位置并不合适。你可以绕飞并从其他角度进行接近机动,但还有更简单的办法。把你的对接口对准目标飞船,激活 SAS,然后在轨道地图视角切换控制另一艘飞船。

Facing the target

现在你只需要把第二艘飞船转向对准第一艘飞船,稍稍加速靠近,让对接舱口逐渐靠近,直到它们完成互连锁定。

祝贺你,对接任务达成!

对接飞行

Exchanging fluids

很好,飞船已经对接。这意味着什么呢?两艘飞船连为一体,共同飞行。旋转飞船的方向,你注意到两艘飞船的姿态调整引擎会同时工作,对飞船的机动共同做对应的调整,而不是各行其是。假如飞船安装的是火箭发动机,效果也是一样的。

另一个有趣的事情是你现在可以交换燃料和其他资源。右键点击某个燃料舱,按住 Alt,再用右键点击另一个。你就可以把燃料从一个燃料舱输送到另一个里去。如果某艘飞船的单组元推进剂余量相对较低,你可以进行一定的补充。

截至 0.19.1.54,航天员还无法通过对接舱口进行转移。目前唯一可行的转移方法是让航天员执行 EVA ,通过太空行走到达另一艘飞船(技术上说,只要你靠得够近,相对速度为零就可以了,没必要对接也可以进行乘员的 EVA 转移)。

返回 Kerbin

右键点击某个对接环舱口,选择“分离(undock)”,两艘飞船重新独立飞行。第一艘飞船利用剩余的单组元推进剂返航(记住,这时的黄色标志指示的还是相对速度,而不是轨道速度!),并完成再入和着陆。

然后,再让第二艘飞船返航着陆。

或许你可以试着让两艘飞船以对接状态进行减速再入飞行,在进入大气层前分离,并各自开伞降落。

保持对接状态一同着陆似乎充满了诱惑力,但我自己试过一次以后就放弃了,一艘飞船在下降时解体,乘员全部牺牲。如果还想试试看,那你就自求多福吧。

下一步?

现在你掌握了一项重要的能力 —— 如何让两个在轨飞行器交会对接。这项能力对于其他行星的登陆飞行任务非常重要。每次发射入轨的载荷重量是有限的。但是通过对接,你可以建造大型的飞船,只需要把部件逐个发射升空,再在轨道对接组装就可以。很多人都说航天员是不可能从Eve表面升空返航?证明他们是错的吧 —— 只要有足够的硬件,没有什么是不可能的!

不过现在离那个目标还有一定的距离。我们先把注意力集中在更简单些的任务上:探月

Notes

  1. 0.20.2中按照该方案搭建火箭,发现会出现大幅度的抖动,初级和次级火箭间一直在摇摆,飞行异常不稳定。需要在每级的两个Rockomax X200-32 Fuel Tank上加入加强筋EAS-4 Strut Connector