Проект "Snowball" (3): Радиосвязь, теория

Kerbal Space Program: Проект Snowball (3): Радиосвязь, теория
При построении спутниковой сети мы будем придерживаться максимальной простоты и эффективности. Мы никогда не сможем вывести спутники на идеальные расчётные орбиты, получившиеся геометрические фигуры не всегда будут правильными и, из-за несоответствия орбитальных параметров идеалу, со временем они неизбежно будут дрейфовать. Нужно помнить об этом, вводить резервирование, проводить корректировки, когда необходимо, или иногда заменять спутники.

При запуске спутников нужно постараться минимизировать количество оставляемого в космосе мусора, максимально сжигая отработанные ступени в атмосфере, и предусмотреть систему для убирания спутников с орбиты. Это можно реализовать как типовое решение в конструкции спутников, что сделает их более громоздкими, либо разработать специализированный корабль-мусорщик для уборки околокербинского пространства.


Andre , журнал экспедиции.

Эта запись сделана до того, как я смог в полной мере оценить модификации игры, подобранные Локом. С помощью ионных двигателей и солнечных батарей стало возможным сконструировать лёгкие спутники связи, способные сколько угодно корректировать орбиты не боясь, что закончится топливо.

Напомню, что радиосвязь, добавленная в игру модификацией, нужна для удалённого управления беспилотными аппаратами. Пилотируемые корабли в ней не нуждаются и в этом аспекте игры всё по-старому.

Kerbal Space Program: Синие линии показывают путь радиосигнала
Беспилотникам нужно нести на борту антенну и процессор для обработки сигнала. Первичным источником радиосигнала является командный центр KSC, а чтобы его принимать аппарат должен находиться в прямой видимости источника. Получается, что для удалённого управления спутником на противоположной стороне планеты нужен хотя бы один ретранслятор.

Для создания основы сети связи мы выбрали самое простое и красивое решение: размещение трёх спутников на экваториальной кербостационарной орбите на максимальном удалении друг от друга. Какая геометрическая фигура при этом получается получается, предлагаю вам оценить самим.

Запускать спутники по одному не только неэффективно, но и скучно, поэтому все три решили доставить на орбиту за один запуск.

Kerbal Space Program: Проект Snowball (3): Радиосвязь, теория
Для выполнения поставленной задачи сконструирован прототип универсального спутника связи массой 4.2 тонны, оснащенный ионной силовой установкой мощностью 15 кН. Он способен нести до 4 спутниковых тарелок (3 ближние — 50 000 км; и 1 межпланетную — 500 млн. км), плюс дипольную антенну ближней связи (5 000 км). Использование спутником функций модуля MechJeb возможно до тех пор, пока не кончится запас RCS топлива (320 л). Ручное управление также доступно в полной мере.

Необходимость доставить сразу три спутника на орбиту на одном корабле-носителе значительно усложняет дело. Первые прототипы оказались слишком громоздкими и нестабильными из-за чрезвычайно большой высоты корабля. Что бы решить эту задачу потребовалось уменьшить его размеры и пересмотреть способ перевозки и отстыковки спутников. В ходе работ два из трех спутников лишились межпланетных тарелок, а двигатель корабля-доставщика был заменен на атомный, как более экономичный.


L0ckAndL0ad , журнал экспедиции.

Результатом стараний Лока стал грузовой корабль “Monstromo-1”. Зажигание! Первый космический полёт в рамках программы “Снежок” стартовал.

Kerbal Space Program: Проект Snowball (3): Радиосвязь, теория
Продолжение следует...
Читайте также

35 комментариев

avatar
Вставлю свои пять копеек.
Использовать атомный двигатель с поверхности достаточно расточительно, по двум причинам: повышенный расход горючего в плотной атмосфере (примерно вдвое); низкая грузоподъемность (6).
Вопрос: вы пользуетесь какими-то дополнительными инструментами расчета массы ступеней и выводимой полезной нагрузки?
avatar
Справедливое замечание, но атомный двигатель на старте этого монстрика играет весьма слабую роль, и включён по принципу «раз торчит наружу — пусть работает». Основную нагрузку берут на себя разгонные блоки.

Лично я считаю массы на глаз или в блокноте, а пользуется ли чем-то более продвинутым Лок, он расскажет сам. :)
avatar
Будет ли отдельный материал по конструированию спутников? Если я верно понял из текста, они являются составными, а не поставляются готовыми, подобно роверу из предыдущих статей?
avatar
Отдельного материала скорее всего не будет. Во-первых, это мод, во вторых подобный функционал появится в базовой версии 0.18. Спутники собираются так же как и корабли, из деталей со своими свойствами и описанием.

Особенность мода в том, что сброшенным с корабля «мусором» можно управлять, если на нём есть аналог командного модуля и антенна для приёма сигнала. В данном случае построили корабль, содержащий однотипные секции-ступени, которые после отстыковки станут спутниками.
Комментарий отредактирован 2012-11-12 15:11:26 пользователем Andre
avatar
По поводу атомного двигателя поясню. Первостепенной задачей было построить максимально стабильный и эффективный корабль. Использование маршевого (для космического полета) двигателя в атмосфере помогло избавиться от дополнительного веса — установки еще одного двигателя на цетральной оси, который пришлось бы потом все равно выбросить. Плюс, наращивание внизу еще одной ступени сделало бы ракету гораздо менее стабильной (из-за высоты и центра массы). Грузовая часть довольно высокая, и опускать еще ниже центр массы было бы чревато. Масса итогового варианта, что на снимке — 295 тонн, при массе грузовой части ~23 тонн. Довольно неплохое соотношение, как по мне. Но можно было бы и лучше сделать, без сомнений, все упирается лишь во время, затраченное на разработку. Нет предела совершенству.

А касательно инструментов расчета массы ступеней… Когда я начал играть в KSP, то проводил все расчеты вручную, на бумаге. Считал массу всех деталей, мощность движков, и потом даже рассчитывал TWR для разных уровней притяжения. Потом, когда открыл для себя MechJeb, перестал считать вручную, т.к. пропала необходимость — в MechJeb масса и TWR всей ракеты указываются на отдельной вкладке. А в последней версии эта информация теперь указывается по каждой конкретной ступени, и даже прямо на экране конструктора (VAB).
avatar
Использование маршевого (для космического полета) двигателя в атмосфере помогло избавиться от дополнительного веса — установки еще одного двигателя на цетральной оси, который пришлось бы потом все равно выбросить.
Disclaimer: не холивара ради, а понимания для.
Поясню свое недоумение: LV-N имеет max thrust 60 и поднимает аж 6 «попугаев». В атмосфере расход топлива увеличивается в 3+ раза. Отрицательные эффекты атмосферы начинают существенно уменьшаться только после 8к, постепенно сходя на нет к 20к. Получается, что одной стороны, LV-N до этой границы буквально «изрыгает» топливо, а с другой — дает практически нулевой вклад в общую грузоподъемность. В то же время, есть три Mainsail с их суммарным титаническим 450 «попугаев». Зачем нужен осевой работающий двигатель на взлете?
avatar
Все верно. Я кстати немного ошибся, масса грузовой части — 27 тонн. При этом, над уровнем моря TWR у нее ~0.25. Но. Он не нулевой, и не отрицательный. И, пускай, действительно, на фоне тяги трех Mainsail-ов его показатели ничтожно малы, он все равно хотя бы чуть-чуть, но толкает основную, осевую часть. Тем более, нижние слои атмосферы преодолеваются всего за 60-90 секунд, и TWR у него постоянно увеличивается.

В общем, да, на момент старта работа атомного двигателя практически несущественна, но всего через полторы-две минуты после — вполне себе.
Комментарий отредактирован 2012-11-12 16:03:03 пользователем L0ckAndL0ad
avatar
Кажется, понял. Ты имеешь в виду, что без работающего осевого двигателя увеличивается динамическая нагрузка на конструкцию, т.е. центральная часть «проваливается» от ускорения?
Я увидел кое-что, что не заметил сразу: топливопроводы от боковых носителей к центру. Это сразу снимает вопрос о мало полезном расходовании топлива из бака разгонного блока (как это принято называть в российской космонавтике).
Кстати, вопрос к оформлению: хотелось бы кликабельных full-res скриншотов. Этому препятствуют технические причины, или организационные?
Комментарий отредактирован 2012-11-12 16:11:11 пользователем Avicorn
avatar
Не совсем так. Я говорю о том, что центральная, грузовая часть, которую мы доставляем на орбиту, имеет массу 27 тонн, при этом на 1/4 способна сама себя держать в воздухе неподвижно, находясь при этом в атмосфере на уровне моря. 1/4 это не так уж и плохо, особенно для атмосферы и нулевой высоты.

А по поводу топлива, да, питание к этому центральному атомному двигателю на этапе подъема шло из разгонных блоков, оставляя собственный бак грузового модуля полным.
avatar
Нубовопрос — а баки тоже по ступеням назначать можно, и тогда топливо будет браться из соответствующего?
avatar
Топливо течёт в баках независимо от того, в какую ступень они назначены. Топливо течёт «вниз», то есть пустеет в первую очередь «верхний» в неразрывной цепочке баков.
Я беру эти слова в кавычки потому, что в конструкторе есть топливопроводы (жёлтые шланги), которые могут менять ток топлива. Бак, к которому подсоединен такой шланг, становится «верхним», и топливо забирается из него в первую очередь. Топливопроводы имеют приоритет над баками, то есть в первую очередь топливо старается утекать по ним.

P.S. Похоже, мы добрались до потолка вложенности комментариев. Давайте с новыми вопросами начнём новую веточку? :)
Комментарий отредактирован 2012-11-12 16:48:20 пользователем Andre
  • Andre
  • +1
  • v
avatar
Нубовопрос — а баки тоже по ступеням назначать можно, и тогда топливо будет браться из соответствующего?
Вообще говоря — нет.
В ракетах топливо убывает сверху вниз, если не вмешиваться в этот порядок трубопроводами. И тут на самом деле не важно, где расположен бак на линейке ступеней. Конструктор часто расставляет их «от балды», особенно если ракета имеет боковые двигатели. Важно то, как и с каким двигателем он соединен.
Т.е. если у вас есть три последовательно соединенных бака и двигатель, то первым израсходуется самый верхний, и не важно, в какую «ступень» его поместил конструктор.
В самолетах сложнее. Там горючее расходуется так, чтобы в полете центр тяжести по возможности не смещался, так что предсказать это можно только после некоторой тренировки.
Комментарий отредактирован 2012-11-12 17:02:45 пользователем Avicorn
avatar
LS не сохраняет полноразмерные картинки, насколько мне известно, и это одна из проблем, которые мы тоже хотели бы решить (но это задача мне не по зубам :)).
Как показала практика (см. прошлую заметку Ranger , можно вставлять картинки как ссылки со сторонних ресурсов. Однако при этом они всё равно не открываются по клику, хотя из можно развернуть принудительно через правокнопочное меню.
Я подумаю, что тут можно сделать своими силами.
avatar
Сам себе и отвечу :) Попробовал заменить иллюстрацию с разрезом корабля на ссылку. Теперь по правому клику — «показать изображение» можно увидеть увеличенный (правда, ненамного) вариант.

Такой формат подходит больше, как считаете?
Комментарий отредактирован 2012-11-12 16:41:36 пользователем Andre
  • Andre
  • +1
  • v
avatar
Спасибо за ответы про баки и топливопроводы!
  • Anton
  • 0
  • v
avatar
Доброго времени!
Вопросов много, извиняюсь.
Время прохождения сигнала какое? Если например дюноход посадить а на орбите оставить тормозной модуль с солнечными батареями и антенной. Можно поконкретнее ткнуть носом в манул по конструированию спутников связи, нацеливанием узконаправленных антенн и ТД. Какие компоненты нужно поставить на спутник связи допустим если это тормозной модуль привезший луно муно джуло или тд ход. Пусть связь будет только когда совпадут орбиты но это несколько часов в день.

Значит отдельно:
1. Какие компоненты надо поставить на тормозную ступень выведшую на орбиту целевой планеты автоматический зонд? Ну и на спутники связи у планет?
2. Как обеспечить связь автоматической станции ведущей Дюноход на посадку? По пути следования сели ей необходимо множество переориентирований и маневров?
3. Как нацеливать направленные антенны на расстоянии в 60млнкм?
4. После провала в связи или полного разряда батарей в тени плетены востановится ли связь и сориентируется ли спутник?
5. Какова задержка связи при общении допустим с Дюной. По схеме, 1-2 спутника у Кирбина 1-2 на солярной орбите, тормозной модуль на орбите Дюны — Дюноход? Реально им будет управлять на поверхности?
Комментарий отредактирован 2013-01-17 13:14:23 пользователем aminb
  • aminb
  • 0
  • v
avatar
Вот тема Remote Tech на форуме. Там есть описания деталей и всего остального.

Ниже могут содержаться ошибки, так я не пользовался этой модификацией в 0.18.

Вкратце: переориентирования антенн аппаратов не требуется, главное, чтобы сохранялась прямая видимость.
Антенны работают независимо от того, куда смотрит моделька, если есть прямой, не перекрытый планетой или луной, путь для сигнала.
Направление направленных антенн задаётся в меню — там можно выбрать, куда «направить» тарелку. Можно направлять на планеты, луны или другие аппараты.
После «затенения» связь восстанавливается сама.
Задержка межпланетной связи будет существенная (секунды).
Большой пилотируемый командный модуль может служить первичным источником радиосигнала, то есть являться центром управления.

Надеюсь практики 0.18 исправят возможные ошибки в моём ответе. :)
  • Andre
  • +1
  • v
avatar
А антенны из базовой версии игры работают? Не в курсе? А то у меня половина аппаратов без связи останется. И если работают то на каком расстоянии?
avatar
Базовые антенны пока просто украшательства. Никаких функций у них пока нет.
avatar
С модом — не уверен, скорее всего нет, они появились уже позже. Без мода — тоже нет, чистая бутафория.
avatar
если я поставлю мод то все мои текущие мисси прекратятся в связи с пропажей связи, даже если я на орбиты закину спутники связи?

Задержка будет влиять и при маневрировании? С задержкой даже в 2 сек оно будет невозможно. Только автопилот?
Комментарий отредактирован 2013-01-17 15:39:03 пользователем aminb
avatar
Задержка связи это время между твоим нажатием клавиши и реакцией радиоуправляемого корабля. Да, и при маневрировании.
Как поведут себя старые беспилотники 0.18 я не знаю, но раз на них нет деталей из мода, связи, по идее, не будет.
avatar
Кербонавты насколько я понимаю бессмертны и в пище не нуждаются? Если выкинуть на орбиты достаточное колво спутников связи, а в некоторых местах повесить станции с населением, то беспилотник будет переходить от точки к точке с наименьшим удалением?
по паре спутников на орбитах планет и пяток станций контроля на солярной орбите и получится избежать серьезных провалов связи? и больших пингов?
Какова скорость света в этой вселенной?
avatar
Уже непринципиально, в связи с отсутствием вменяемого автопилота не реализуемо, Даже с задержкой в 3-4 сек не представляю себе посадку на двигателях, только парашютная.
Остается пилотируемое летание. Не вариант. Хотя идеи есть.
Орбитальный модуль с пассажиром, садиться беспилотный аппарат пассажир летит домой. Нет затрат на взлет посадку.
avatar
Изменить скорость света до 10-20 млн км сек. Тогда даже на больших расстояниях управление будет боль мене вменяемым.
И не придется таскать сверх далеко Кербонавтов.
avatar
В общем идея со связью очень заманчива, но без очень толкового автопилота бессмысленна.
Ведь кербонавтам связь с домом не нужна))) А аппаратам почти бесполезна при таких расстояниях.

Интересно будет даже играть при скорости света 100-200 млн км сек. Потому что пилотаж будет еще возможен, а спутники связи будут иметь смысл. Для поддержания связи с зондами. Пошел думать реально ли ломануть патч и скинуть скорость света к величинам безконечно большим.
avatar
Немного вещей, очевидных для любого интересующегося космическими аппаратами:
В реальном мире прямое управление аппаратами дальше орбиты Луны лишено практического смысла. Даже для Луны задержка в 2 с уже великовата. Причем, речь идет о двух световых секундах, так что радиосигнал, учитывая его меньшую скорость (по сравнению со скоростью света в вакууме) и задержки в приемо-передающей аппаратуре будет проходить еще медленнее. Т.е. это подходит уже исключительно для черепашьих скоростей на поверхности. Ни о какой телеуправляемой посадке, например, речи уже не идет.
Так что использование автоматических и пилотируемых аппаратов в KSP вполне оправдано реалиями нашего мира, и без радиосвязи.
В реальном мире радиоканал используется для получения данных с аппарата и обновления управляющего софта, но не для прямого маневрирования.
И по этому, если в новостях говорят что-то типа «аппарат Новые горизонты направили к %название небесного тела%», это значит, что ему уже загрузили весь пакет необходимых маневров для этой процедуры, которые он отработает в нужный момент и в режиме реального времени.
avatar
В принципе и я про это же.
Сама суть спутников связи в реальном мире мне ясна. И пинг до спутника Войджер на границе солнечной системы идет пару суток.
Но в реальном мире автопилоты программируют сотни людей месяцами.

А в игре необходимость в спутниках связи добавит интереса, но хочется самому его пилотировать.
И жертвовать пилотами по приколу не хочется.

Или нужен идеальный автопилот. Которому только укажи куда лететь. И где садиться.

Нужен корректор скорости света. И будет намного интереснее.
avatar
Да, физики давно о чем-то таком мечтают :)
avatar
Пока физики мечтают, игроделы... ;-)
avatar
Причем, речь идет о двух световых секундах, так что радиосигнал, учитывая его меньшую скорость (по сравнению со скоростью света в вакууме)
Радиосигнал, это та же электромагнитная волна, что и видимый свет, только длина волны побольше (или, если хотите, тот же поток фотонов, только энергия поменьше). Так что разницы в скорости в вакууме нет и быть не может.
А вообще, этот плагин отлично отображает ситуацию «луноход управляется с Земли» (кстати, из-за несовершенства аппаратуры, задержка при управлении реальным Луноходом составляла все 20 секунд), но марсоходами так уже не поуправляешь (как в анекдоте: В чём главная проблема жизни на Марсе? Пинг полчаса!).
В общем, для полётов к далёким планетам самый близкий к реальному способ управления — это запланировать манёвр и сказать автопилоту выполнить его.

А в плане ручного дистанционного управления космическим кораблём в реальном времени слышал только о Прогрессе — его стыковкой можно управлять со станции. И один раз так на Мире промахнулись, разгерметизировав модуль и сломав солнечную батарею.
avatar
Радиосигнал, это та же электромагнитная волна, что и видимый свет, только длина волны побольше (или, если хотите, тот же поток фотонов, только энергия поменьше). Так что разницы в скорости в вакууме нет и быть не может.
Оп-па. Где-то в моем образовании есть пробел. Я всегда интуитивно считал, что радиоволны распространяются медленнее, чем видимый свет и имеют немного другую природу. Ушел читать википедию.
Комментарий отредактирован 2013-01-17 19:36:44 пользователем Avicorn
avatar
Все различия касаются взаимодействия с разными веществами (отношение масштабов облака электронов к длине волны, соотношение энергии фотона к энергетическим уровням/энергии ионизации) и нюансов реализации излучателя (радиоволны, излучаемые антенной, отличаются от теплового излучения объектов далёкого космоса примерно так же, как луч лазера от света фонарика)
avatar
Там есть ещё RemoteTech Probe Compatability — этот реконфиг превратит стандартные детали в совместимые с дистанционным управлением (как сами беспилотные модули, так и антенны).
Только осторожно — аппарат без антенн/с нераскрытой антенной/с недостатком мощности может просто лишиться управления.
avatar
К счастью, соблюдать ориентацию детали для связи не требуется. Это было бы слишком хардкорно, да и невозможно. Даже в 0.18, при наличии автоматических модулей, корабли на базе последних не поддерживают ориентацию при переключении фокуса на другой корабль. Это не говоря уже о том, что объекты далее 2,5км от наблюдателя фактически не существуют. Для них не работает физика, нет прорисовки и т.п.

Оставить комментарий