Нашел у себя не законченную статью годовалой давности, посвященную игре KSP. Выкладываю "как есть". Больше статей по этому поводу уже не будет.

 

KSP: карьера с модами. Часть 8. Двигатели из разных модов. Сравнение.

Не успела выйти версия 1.4, как появилась 1.4.1. К ней уже прикрутили мод создания миссий. В целом интересно, но как же быть с карьерой? Посмотрев меньком на новые воможности, решил продолжать игру в версии 1.3.1 с установленными модами.

Введение.

Большое количество установленных модов даёт в Цехе вертикальной сборки очень много всевозможных деталей. В этой части эпопеи речь пойдёт только о ракетных двигателях. Стоковые фантастические двигатели, советские и российские двигатели, американские, китайские. Ещё множество двигателей из других модов. При прохождении карьеры они становятся доступными довольно быстро и начинаешь теряться - что же поставить? Что мощнее? Что экономичнее? Что эффективнее? А как быть с двигателями из разных технологических классов? Что лучше: классический жидкостный двигатель или криогенный двигатель? Особенно это касается второй и последующих ступеней, когда корабль уже выведен в космос и не надо преодолевать гравитацию. В предыдущих частах я активно летал по керберианской системе, как на первых, так и на вторых. Так уже получилось. Никакой особой разницы между криогенным двигателем на второй ступени и обычным жидкостным я не заметил. Ступень примерно одинаковой конструкции (сейчас только по картинкам можно понять сколько конкретно баков было задействовано, но думаю, что одинаково потому как проходило всё примерно на одном и том же уровне развития науки) позволяла добраться до Муны и ещё вернуться назад, и даже начать торможение возле Кербина. В обоих случаях. Третья ступень у меня строилась как на жидкостных двигателях Факел, так и на более продвинутых ядерных двигателях. Впрочем, и криогенный Челябинск тоже использовался. И что же? Да примерно всё одинаково. В том смысле, что никаких заметных преимуществ ни какой из двигателей не даёт. Если посмотреть предыдущие части эпопеи, то станет понятно, что я шел по пути модификации существующего крафта, поэтому, например, двигатели третьей ступени имели одинаковые топливные баки (содержимое, конечно в них менялось, но масса отставалась той же) и одинаковую полезную нагрузку. Именно из-за этого у меня и сложилось впечатление, что никакого ощутимого эффекта от смены стокового двигателя Факел на что-то другое нет. С установкой дополнительных модов появились другие двигатели, работающие на других видах топлива, например, аэрозине из мода SSTU. Они чем то лучше в своем, естественно, классе? Вообще, есть смысл огород городить ставя и ставя новые моды с новыми детальками и, что более существенно, апгрейтируя свой компьютер? Вообще, игра очень критична не столько к производительности процессора, сколько к объему и частоте работы оперативной памяти и жесткого диска. Наилучший, наверное, вариант: DDR4 от 16 Гб (>2100 МГц) оперативки и SSD-диск. И ещё винду подчистить надо. Она, как уже писал, стала наглой до неимоверности. Уже нельзя полностью отключить обновление. Защитник (в кавычки взято не случайно), тоже отключить теперь можно только на время да и то не полностью. Так что процессы и службы приходиться убивать через диспетчер задач, который уже стал моим постоянным спутником (он полностью не закрывается никогда). Перед игрой от сети отключатся вообще обязательно иначе внутненние службы винды не дадут играть.

Двигатели первого уровня.

В самом начале игры в режиме карьеры проходят испытания на ТРД. Их мы рассматривать не будем. Поэтому первым уровнем cчитаем ЖРД времён первых орбитальных полётов (выход на орбиту, встреча в космосе, переход между кораблями и т. д.). На этом этапе мне, с моими установленнными модами, доступны:

Наименование Диаметр, м Масса, т Тяга в атм. кН Тяга в вак. кН Уд. имп. в атм. Уд. имп. в вак. Расход Атмосфера Вакуум
топливо окислитель Тяга/расход полн. Имп.*расход/тяга Тяга/расход полн. Имп.*расход/тяга
KW Rocketry Vesta VR-1 1.25 0.71 69.851 90.0 260 335 2.466 3.012 12.7512 20.86 7.0582 47.46
KW Rocketry WildCat-V 1.25 1.5 204.844 230.0 285 320 6.596 8.062 13.9769 16.46 16.4557 17.32
Mercury Atlas Booster Rocket Engine 1.25 1.0 167.797 180.0 275 295 5.6 6.844 13.4842 20.39 13.3490 22.10
LV-T45 Вертлявый 1.25 1.5 167.969 180.0 275 295 6.166 7.536 12.2587 20.39 13.3490 22.10

Изучено в науке: Основы ракетостроения, Инженерия, Общее ракетостроение, Живучесть, Стабилизация. Как правило, все эти научные достижения доступны после первых полётов. Понятно, что двигатели РД-171, РД-180 залетели сюда, скорее всего, по ошибке. Не должно быть столь мощных двигателей в самом начале игры.

Какие характеристики есть у ракетных двигателей? Двигатели первой ступени. Начальный уровень.

Для примера берём двигатель первой ступени (бустер) Mercury Atlas Booster Rocket Engine. Для него установлены такие значения показателей:

Тяга, кН - F = 167.797 kN;
Импульс в атм. - I = 275 с;
Расход топлива/окислителя: 5.6 | 5.6 / 12.444 ~ 0.45 6.844 | 12.444

Дополнительно примем, что вес всего корабля рассчитывается, как N = mgx, где gx - ускорение свободного падения для высоты h. При h = 0 gx = g0 - 9.81 м/с2. Тяга записывается выражением F = ma, где a - полное усконение за вычетом гравитационной потери (сопротивлением воздуха пренебрегаем). Тода а = ax - gx, где ax - ускорение, создаваемое двигателем для ракеты массой m. Отсуда, кстати, мы получаем коэффициент TWR = ax/gx. Становиться понятно, что если TWR меньше 1, то ракета не сможет взлететь или ускоряться при подъеме. Считается, что TWR на старте должно находиться в диапазоне 1.5 -2.5. Хорошо. Ставим задачу: какая масса ракеты будет оптимальна для этого двигателя на старте? Берем минимальное значение коэффициента TWR 1.5 (здесь и далее используется аббревиатура применяемая в игре). Тогда mоптимальное = F/(TWR*g0) = (F/TWR)/g0 = 157797/(1.5*9.81) = 10.723 (тонны). Не густо. Масса командного модуля из фольги - 841,2 кг. Вес Джеба 90 кг. Паращют - 100 кг. Тепловой щит (аблятор) - 300 кг. Итого, полезная нагрузка (минимальная) - 841.2+90+100+300 = 1331.2 кг. Тогда на двигатель и баки с горючим остаётся 9391.8 кг. Из них вычитаем вес самого двигателя - 1.0 т. Бак (стоковый) FL-400 вмещает, соответственно, 400 кг горючего (керосин + кислород) и весит 2250 кг. 400 кг топлива хватит на: 400/12.444 = 32 секунды полёта. Таких баков мы можем установить в одноступенчатой схеме ракеты: 8391.8 mod (2250+400) = 3. При этом общая масса на 441.8 кг меньше расчётной. На другие пассивные компоненты вроде систем жизнеобеспечения. Уменьшением силы притяжения с высотой в первом приближении пренебрегаем. Сопротивлением атмосферы тоже. Тогда при установленных 3 баках мы имеем 1331.2+1000+3*(2250+400)=10281.2 кг массы. 1200 кг горючего хватит на 89 секунды работы двигателя. Ускорение ракеты при меньшей массе составит 157797/10281.2=14.716 м/с. TWR соответственно будет 1.5 ровно.

;

Теперь тоже самое посчитаем для двигателя KW Rocketry Vesta VR. Его масса 1.5 т. Тогда масса конструкции 1331.2+1500 = 2831.2 кг. К этому добавляем сухой вес баков - 2250 кг. 2831.2+3*2250 = 9581.2. Полная маса с топливом - 9581.2+1200 = 10781.2 т. Время работы двигателей - 90 с. Ускорение 204844/10781.2 = 19 м/с. TWR на месте старта - 1.93.

Как видим двигатель KW Rocketry Vesta VR предпочтительнее, чем Mercury Atlas Booster Rocket Engine - работает он столько же по времени, но дает гораздо более высокий импульс (285 против 275). К тому же он лучше работает в условиях вакуума (в верхних слоях атмосферы). Таким образом, не смотря на большую массу, KW Rocketry Vesta VR предпочтительнее.

В дополнение отметим, что для выхода на низкую орбиту гравитационные потери составляют 1100 м/с и от 100 до 200 м/с аэродинамические потери. Чем ниже показатель TWR на месте старта, тем больше гравитационные потери и меньше аэродинамические и наоборот. Встроенные в моды калькуляторы показывают, что максимальный прирост скорости составит около 1900 м/с (вышеописанная конструкция). В зависимости от выбранного двигателя это число может быть больше или меньше, но после того, как высота апогея выйдет за пределы атмосферы можно будет разогнаться ещё на 300 - 600 м/с в зависимости от начальной траектории и типа двигателя. Соответственно, одной ступени не хватит. Поэтому ТРД являются практически обязательными. Например, посчитаем. Масса второй ступни с двумя баками FL-T400 и двигателем Rocketry Vesta VR-1 составит соответственно: 1331.2+2*2250+2*400+100+710 = 7341.2 кг (добавлен вес разделителя - 100 кг). К этому прибавляем вес двигателя и баков первой ступени: 7341.2+4*2250+4*400+1000 = 18941.2 т, что, кстати, уже больше максимальной массы немодернизированной стартовой площадки. Для двигателя Mercury Atlas Booster Rocket Engine считаем TWR: 157797 (кН) / 18941.2 / 9.81 = 0.85. То есть двухступенчатая ракета вообще без помощи ТРД не взлетит. С двигателем KW Rocketry Vesta VR она будет медленно-медленно ползти вверх пока не исчерпает топливо.

 

Параллельное соединение двигателей.

Что делать если мы не хотим использовать ТРД и взлететь только на ЖРД? Выход только один - ставить параллельные двигатели. Ставить неколько двигателей в торец когда они наползают друг на друга, как это делают некоторые товарищи с ютуба, - моветон. Если игра такое позволяет, то это ещё не значит, что надо пользоваться. Поэтому на один торец бака 1.25 м можно поставить только один двигатель. Если нужно параллелить, то ставим вокруг основного несколько баков и к ним крепим двигатели. Дополнительные двигатели можно ставить и по одному - так сделан демонстрационный Орбита Один. У него только один, стоящий под углом, ТРД в качестве допускорителя. Но подбирать углы... не моё. Так что ставим параллельно и симетрично. Обычно 4 или 6 штук. Допустим на первых порах ставим дополнительнно четыре двигателя. Обычно я использую для этого LV-T45 Вертлявый. Из-за переменного вектора тяги - управлять и стабилизировать ракету на курсе проще. Его тяга составляет 167.969 кН и суммарный расход топлива - 6.166 + 7.536 = 13.702 кг/с. Таким образом на одном баке FL-T400 он сможет проработать 29 с. Если добавить ещё бак FL-T200, то он проработает уже 44 секунды. Этого в принципе достаточно. Четыре двигателя дополнительно создадут тягу 671876 кН. Масса дополнительных баков составит: (2250+1125)*4 = 13500 кг. К этому добавим вес четырех двигателей и тогда общая дополнительная масса составит 21.9 т. Стартовый вес ракеты 40941.2 кг. При всём при этом ожидаемая TWR ~2.2. Теперь прикинем какая эффективность такой ракеты: 1331.2 / 40941.2 = 3.25%. При этом эффективность только стартовой ступени 7341.2 / 40941.2 ~ 18%. Это очень низкий показатель. В дополнение хочется отметить, что хоть я и ставил на другие аппараты LV-T45 Вертлявый, но по сравнению с ним Mercury Atlas Booster Rocket Engine получается выгоднее. При той же тяге у него удельная тяга на единицу сгораемого топлива выше.

Как видно из написанного выше обойтись без ТРД практически, конечно, можно, но слишком не эффективно. Чуть более эффективную схему показывают двигатели LV-T55 Стукач, когда они установлены во второй ярус ускорителей. Использование ТРД позволяет решить вопрос. Так, например, установка всего двух ТРД Glob2 VI SVB на двухступенчатую схему, описанную выше, позволяет устойчиво выводить корабль на обриту и совершать там манёвры. При этом стартовый вес составляет 31420 т. Полезная нагрузка возрасла: добавлены солнечные панели, аккумуляторы и модули жизнеобеспечения. Первая ЖРД-ступень сделана возвращаемой для чего на неё поставлен автоматический модуль SSTU-SC-GEN-PPC-Custom Probe Core представляющий собой большую шайду диаметром 1.25 м и массой 19.8 кг. Ну и конечно парашюты. Автоматический модуль нужен только для того, чтобы парашюты раскрылись и не более. Три малых ТРД T2 Solid Rocket Separation Retro-Booster отводят отработанную первую ступень от второй. В этих условиях, если выводом на орбиту первой ступени занимается MechJeb, ступень удаётся приземлить. Точнее, проследить за приземлением. На устойчивую орбиту выводится 5.00 т включая остаток топлива второй ступени и остается ещё весьма приличный Delta V.

Второй уровень. Двигатели первой ступени.

В дополнение к вышперечисленному в науке добавилось: Фундаментальная наука, Авиация, Базовая сборка, Повышенная живучесть, Управление полётом. Все эти модули перечислены для солидности, но двигатели есть только в модуле Легкое ракетостроение. В этой группе безусловным фаворитом выступает РД-171. Хотя он и стал доступен раньше. Появившийся после открытия раздела Легкое ракетостроение двигатель Gemeni ему сильно уступает.

 

 

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить