Планирование маневров прибытия с гиперболической межзвездной траектории

Корабль-разведчик приближается к планетной системе со скоростью в несколько тысяч километров в секунду. Тяговооруженность корабельной двигательной установки невелика и время, необходимое для торможения с такой скорости равно нескольким земным месяцам. Такую большую длительность маневров необходимо внимательно учитывать при планировании прибытия.

Корабль движется к звезде по гиперболической траектории. Его скорость Vнач много больше второй космической для звезды, следовательно, гравитационными потерями можно пренебречь. Эксцентриситет траектории чрезвычайно большой e=1440, так что траекторию можно считать прямой. Необходимо сбросить скорость до местной орбитальной скорости приблизительно в момент прохождения перицентра звезды. Также важно, чтобы парковочная орбита получилась в плоскости, близкой к плоскости местной эклиптики (плоскости, в которой вращается большинство планет вокруг звезды).

Порядок решения задачи: 1. Спланируем и выполним маневр коррекции наклонения орбиты.

1. 1.1. Остановите игру, чтобы за время выполнения расчета орбита и местоположение корабля не изменились.
2. 1.2. Откройте Архитектор миссий и импортируйте в него начальное состояние из KSP.
3. 1.3. Создайте событие Coast - Go to Delta Time, уберите галочку оптимизации, величину Delta Time зафиксируйте равной 15 минутам (900 с). Данное событие создается для того, чтобы после импорта маневра у нас было время развернуться в направлении маневра.
4. 1.4. Создайте событие типа Delta-V maneuver.
5. 1.5. В настройках события снимите все галочки оптимизации, кроме нормальной компоненты импульса.
6. 1.6. Создайте событие Coast - Go to Delta Time, уберите галочку оптимизации, величину Delta Time зафиксируйте равной 10 секундам. Данное событие создается для задания на нем функции оптимизации – минимизации наклонения относительно планетной системы.
7. 1.7. Перейдите на вкладку Optimization. В окне Mission Optimizer выберете функцию оптимизации (Objective Function) – Minimize Inclination – на событии 4.
8. 1.8. Запустите оптимизатор нажатием кнопки Optimize Mission.
9. 1.9. После окончания расчета импортируйте маневр коррекции наклонения в KSP, нажав правой кнопкой мыши на событии маневра и выбрав Upload Selected DV maneuver – Upload Maneuver!
10. 1.10. Постройте ориентацию корабля на маневр. Внимание: без ускорения времени! Разворот займет около 3 минут.
11. 1.11. Ускорьте время до маневра. Включите маршевый двигатель.
    1. 1.11.1. Нажмите правой кнопкой на "Daedalus" Internal Confinement Fusion Engine.
    2. 1.11.2. Выберите пункт "Вкл. двигатель".
    3. 1.11.3. Увеличьте тягу до 100%.
12. 1.12. Маневр выполняется пока величина оставшегося изменения скорости не станет близкой к 0. Можно использовать ускорение времени во время выполнения маневра. Во время выполнения маневра может понадобится переориентировать корабль в антинормальном направлении, так как маневр довольно длительный и направление на него не всегда будет соответствовать нужному направлению для уменьшения наклонения орбиты.
13. 1.13. Проверьте полученное наклонение. Величина должна быть порядка 5 град.

2. Спланируем и выполним маневр торможения до местной орбитальной скорости 50 км/с.

1. 2.1. Необходимо рассчитать время начала торможения (tстарт) относительно времени до прохождения перицентра (tпери).
   1. 2.1.1. Чтобы получить tстарт воспользуемся помощью утилиты Maneuver Execution Assistant.

К сожалению, Maneuver Execution Assistant не умеет работать с гипеболическими траекториями.

       Задайте параметры орбиты корабля как круговую орбиту с высотой равной текущей высоте (altitude) корабля. (Ecc.=0, SMA=altitude в км!) или как эллиптическую траекторию с параметрами:

Orbiting about: Sun SMA: 10e13 Ecc: 0.99999. Остальные параметры начальной орбиты импортируйте из KSP.

Все поля ввода в KSP TOT поддерживают математические операции. Чтобы вычесть или разделить значение используйте операторы "-,+,/,*"

1. 1. 2.1.2. Введите в блок Burn parameters значения компонент вектора маневра торможения: Prograde dV = Vконеч - Vнач (в м/c), Vконеч=50000 м/с.
   2. 2.1.3. В блок System-Level parameters введите параметры маршевой двигательной установки: удельный импульс (Spec. Imp.) Isp=1500000 с, тяга (Thrust) Fмарш=3000 кН, и массу корабля в тоннах, которую можно получить, выполнив команду "run res." в терминале kOS (kOS выдает результат в кг. Необходимо перевести результат в тонны перед вводом в KSP TOT).
   3. 2.1.4. Нажмите кнопку расчета длительности маневра
   4. 2.1.5. tстарт появится в окне результатов как Burn Start Time.
2. 2.2. С помощью Архитектора миссий получить время прохождения перицентра tпери.
   1. 2.2.1. Импортируйте начальное состояние из KSP
   2. 2.2.2. Создайте событие Coast типа Go to periapsis.
   3. 2.2.3. Нажмите правой кнопкой на событие и скопируйте временную метку tпери выбрав пункт "Copy UT at End of Selected Event" в меню.
3. 2.3. Теперь мы можем создать маневр торможения и загрузить его в KSP, указав расчётное время торможения:
   1. 2.3.1. В Архитекторе миссий создайте событие типа Delta-V maneuver (его можно поместить после события прохождения перицентра).
   2. 2.3.2. В настройках события снимите все галочки оптимизации и задайте величину prograde компоненты импульса равной Vконеч - Vнач.
   3. 2.3.3. Нажмите правой кнопкой на событие маневра и выберите из меню пункт Upload Selected DV Maneuver
   4. 2.3.4. В открывшемся окне в поле Univ Time скопируйте значение временной метки tпери.
   5. 2.3.5. Вычтите из tпери время начала торможения tстарт.
   6. 2.3.6. Загрузите маневр в KSP нажав "Upload Maneuver".
4. 2.4. Заранее постройте ориентацию корабля на маневр.
5. 2.5. Ускорьте время до маневра с помощью команды run warput(временная метка маневра= tпери- tстарт).
6. 2.6. Включите маршевый двигатель.
   1. 2.6.1. Нажмите правой кнопкой на "Daedalus" Internal Confinement Fusion Engine.
   2. 2.6.2. Выберите пункт "Вкл. двигатель".
   3. 2.6.3. Плавно увеличить тягу до 100%. Включить ускорение времени до х10000 используя клавиши "<" и ">".

Торможение выполняется под ускорением времени пока величина оставшегося изменения скорости в маневре не станет близкой к 0, а скорость корабля - к Vконеч. Снижайте величину ускорения времени по мере приближения скорости к Vконеч.

3. После завершения маневра необходимо проверить параметры орбиты: в первую очередь высоту перицентра и наклонение.

4. С помощью архитектора миссий рассчитаем маневр выхода на круговую парковочную орбиту с выбранными параметрами.

1. 4.1. Импортируйте начальное состояние из KSP.
2. 4.2. Создайте событие Coast - Go to Periapsis,
3. 4.3. Создайте событие DV Maneuver типа Circularize.
4. 4.4. Импортируйте маневр в KSP, сориентируйте корабль на маневр, ускорьте время до маневра и выполните его.