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. Остановите игру, чтобы за время выполнения расчета орбита и местоположение корабля не изменились.
   2. Откройте Архитектор миссий и импортируйте в него начальное состояние из KSP.
   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. Создайте событие типа Delta-V maneuver.
   5. В настройках события снимите все галочки оптимизации, кроме нормальной компоненты импульса.
   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. Перейдите на вкладку Optimization. В окне Mission Optimizer выберете функцию оптимизации (Objective Function) – Minimize Inclination – на событии 4.
   8. Запустите оптимизатор нажатием кнопки Optimize Mission.
   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. Постройте ориентацию корабля на маневр. Внимание: без ускорения времени! Разворот займет около 3 минут.
   11. Ускорьте время до маневра. Включите маршевый двигатель.
   12. Нажмите правой кнопкой на "Daedalus" Internal Confinement Fusion Engine.
   13. Выберите пункт "Вкл. двигатель".
   14. Увеличьте тягу до 100%.
   15. 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.
   16. Проверьте полученное наклонение. Величина должна быть порядка 5 град.
2. Спланируем и выполним маневр торможения до местной орбитальной скорости 50 км/с.
   1. Необходимо рассчитать время начала торможения (tстарт) относительно времени до прохождения перицентра (tпери).
      1. Чтобы получить tстарт воспользуемся помощью утилиты Maneuver Execution Assistant.

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

1. 1. 1. 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. 1. Введите в блок Burn parameters значения компонент вектора маневра торможения: Prograde dV = Vконеч - Vнач (в м/c), Vконеч=50000 м/с.
      2. 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. Нажмите кнопку расчета длительности маневра
      4. tстарт появится в окне результатов как Burn Start Time.
   2. С помощью Архитектора миссий получить время прохождения перицентра tпери.
      1. Импортируйте начальное состояние из KSP
      2. Создайте событие Coast типа Go to periapsis.
      3. Нажмите правой кнопкой на событие и скопируйте временную метку tпери выбрав пункт "Copy UT at End of Selected Event" в меню.
   3. Теперь мы можем создать маневр торможения и загрузить его в KSP, указав расчётное время торможения:
      1. В Архитекторе миссий создайте событие типа Delta-V maneuver (его можно поместить после события прохождения перицентра).
      2. В настройках события снимите все галочки оптимизации и задайте величину prograde компоненты импульса равной Vконеч - Vнач.
      3. Нажмите правой кнопкой на событие маневра и выберите из меню пункт Upload Selected DV Maneuver
      4. В открывшемся окне в поле Univ Time скопируйте значение временной метки tпери.
      5. Вычтите из tпери время начала торможения tстарт.
      6. Загрузите маневр в KSP нажав "Upload Maneuver".
   4. Заранее постройте ориентацию корабля на маневр.
   5. Ускорьте время до маневра с помощью команды run warput(временная метка маневра= tпери- tстарт).
   6. Включите маршевый двигатель.
      1. Нажмите правой кнопкой на "Daedalus" Internal Confinement Fusion Engine.
      2. Выберите пункт "Вкл. двигатель".
      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.

1. 3После завершения маневра необходимо проверить параметры орбиты: в первую очередь высоту перицентра и наклонение.

1. С помощью архитектора миссий рассчитаем маневр выхода на круговую парковочную орбиту с выбранными параметрами.
   1. Импортируйте начальное состояние из KSP.
   2. Создайте событие Coast - Go to Periapsis,
   3. Создайте событие DV Maneuver типа Circularize.
   4. Импортируйте маневр в KSP, сориентируйте корабль на маневр, ускорьте время до маневра и выполните его.