Budowa międzyplanetarnych SSTO

[winged]

Postanowiłem poświęcić chwilkę czasu i napisać krótki poradnik jak budować międzyplanetarne SSTO. Nie wiem czy to najlepsza okazja bo nadchodzące zmiany w aerodynamice mogą nieco zmienić rozgrywkę aczkolwiek kluczowe zagadnienia takie jak sposób działania silników odrzutowych czy wlotów powietrza powinny zostać takie same.



Poradnik zakłada, że:

a) przeczytaliście poradnik Keptina przetłumaczony przez ShookTea i znacie go na wyrywki. Nie będę tutaj mówił o podstawach takich jak CoM/CoL albo odpowiednie ułożenie kół względem środka masy. Powiem tylko tyle, ze nawet niewielkie zmiany w tych dwóch aspektach potrafią zdziałać cuda.
b) używacie stockowej aerodynamiki (jeśli FAR albo NEAR osłabiają TWR turbojetów to ten poradnik jest nieaktualny)
c) nie używacie żadnych modów poprawiających realizm działania silników odrzutowych oraz działania wlotów powietrza (Advanced Jet Engine)
d) do budowy będziecie używać stockowych części (zbiorniki mogą być z modów o ile zachowują stockowe parametry)
e) każdy lot odbywa się w dwie strony. SSTO ma sens tylko wtedy jeśli wraca z powrotem na Kerbin i nadaje się do ponownego użytku.




I. BUDOWA

Jeśli budujesz międzyplanetarne SSTO, potrzebujesz około 13-14 wlotów (Ram Air Intake) na każdego turbojeta. Do tego silnik atomowy musi przypadać na każde 2 tubojety. Tak zbudowana konstrukcja powinna ważyć nie więcej niż 30-35t. Przy mniejszej masie będzie problem by dostarczyć sensowny ładunek (np. kokpit z kerbalem) dalej niż na Dunę, przy większej problemem stanie się samo wyjście na orbitę. Teraz ważne są skrzydła. Potrzebujesz ich w odpowiednich ilościach by móc wzbić się w górę. Moje 32tonowe SSTO używa 3,2t skrzydeł, 36tonowe ok. 3,6t skrzydeł.

Jeśli z jakiegoś powodu potrzebujesz większej masy startowej to powinieneś przestrzegać podanych wyżej proporcji. I tak np. dla masy startowej ok. 60-70t będziesz potrzebował 4 jetów, 2 atomowych, 52-56 wlotów i około 6-7t skrzydeł.

Teraz ważne są proporcje paliwa. Jeśli celem nie jest Laythe to całe paliwo dla jetów powinno zostać spalone w atmosferze Kerbinu. Po wyjściu na orbitę stosunek liquid fuel do oxidizer powinien wnosić ok. 81,8%. Każda różnica oznacza zbędną masę i pomniejszenie delta V. W przypadku lotów na Laythe będziesz potrzebował małej nadwyżki liquid fuel.


Teraz wypadałoby w końcu określić cel podróży. Lecąc na Laythe potrzebowałem ok. 4300m/s nieatmosferycznego delta V (w obie strony). Przy masie startowej 32t mogłem sobie pozwolić na zabranie ładunku w postaci ważącego 2,06t kokpitu. Jako ładunek traktuję wszystko co nie jest silnikiem, paliwem, zbiornikiem paliwa, skrzydłem, podwoziem, przewodem paliwowym. Panele i baterie pomijam bo można wybrać te, które nie mają masy. Kółka od samolotów chyba zresztą też nie mają. Później poprawiłem konstrukcję (lepsze proporcje paliwa) i przy masie startowej ok.37t mogłem już zabrać kokpit i 4-osobowy człon pasażerski. Tak więc 6 kerbali lecących jak sardynka w puszce albo dwójka w bardziej komfortowych warunkach. Z tym, że w drugim wypadku miałem dość niewielki margines błędu, w pierwszym zostało mi ponad 700m/s po powrocie na Kerbin.

W przypadku lotu na Eeloo stworzyłem ok. 33,7t konstrukcję (7550m/s) bez żadnego ładunku, ale tamten lot nie został przeprowadzony optymalnie. Na sam transfer w kierunku Eeloo straciłem 3300m/s czyli o jakieś 800-1000m/s za dużo. Dziś mógłbym zabrać tam samolot z małą kabiną dla Kerbala czyli jakieś 1,5-2t ładunku w dwie strony (masa startowa ok. 33-37t).







II. WYJŚCIE NA ORBITĘ

Kluczowa sprawa. Musisz osiągnąć prędkość orbitalną (ok. 2300m/s) na samych jetach. Jeśli tego nie zrobisz silnik atomowy będzie miał najpewniej zbyt niskie TWR i spadniesz z powrotem do atmosfery.

Zaraz po starcie ustawiasz pitch na 45 i trzymasz się tej wartości aż do wysokości 20km.




Będąc na 20km musisz obniżyć pitch w taki sposób aby wskaźnik vertical speed (jest na górze, na środku) spadł do wartości poniżej 100m/s.



Na wysokości około 28km ustawiasz pitch jeszcze niżej, już tylko nieznacznie powyżej linii horyzontu tak aby vertical speed spadło do poziomu ok. 10-13m/s.


Zaczynasz nabierać prędkości horyzontalnej. Obserwuj intake air, poniżej 0,09 zaczynają sie kłopoty, musisz zmniejszyć ciąg jetów by utrzymać poziom w okolicach 0,09. Na ok. 35-36km powinieneś mieć już Ap ponad 70km i Pe w okolicach 0, poderwij samolot do góry i włącz silnik atomowy nie wyłączając jetów. Po uzyskaniu Ap w okolicach 90-100km wyłącz atomowy i kontynuuj lot na jetach, przy takiej ilości wlotów będziesz miał możliwość generowania minimalnego ciągu gdzieś jeszcze na 50-60km. Potem wykańczasz orbitę na atomowych.

Musisz obserwować stosunek Liquid Fuel/Oxidizer. Jeśli nie lecisz na Laythe to w momencie wyjścia na orbitę powinien on wynosić ok. 0,82. Najlepiej przeprowadzić kilka testów dla nowej konstrukcji.






III. OGRANICZENIA

- Eve jest poza zasięgiem chyba, że SSTO zostaje na orbicie.
- Na Tylo można spokojnie polecieć ale tylko pod warunkiem posiadania osobnego lądownika (np. w ładowni samolotu), sam samolot pozostaje na orbicie.
- Moho wymagałoby asyst grawitacyjnych Eve albo zabrania kilku SSTO, z których jedno ląduje a reszta służy jako tankowce na orbicie Moho (całość wraca na Kerbin).
- 17000m/s to limit dla silnika atomowego wynikający z jego ISP, własnej masy a także masy pustych zbiorników paliwa. W praktyce jak dodasz jety, skrzydła itp. to ciężko jest zbudować coś co ma więcej  niż 10000m/s. Mój rekord to bodaj 9300m/s (Phoenix) ale ten samolot nie nadawał się do lądowania gdziekolwiek gdzie występuje jakaś sensowna siła grawitacji.







IV. PRZYKŁADY

a) Antares: 32t, 5200m/s nieatmosferycznego delta V, zbudowany pod kątem Laythe, ładunek 2t w dwie strony, 2 osobowy.



b) Antares V: ok.36t, 4500m/s, na Laythe, ładunek bodaj 4t w dwie strony, 6 osobowy. Problematyczne wyjście na orbitę (za duża masa)



c) Bravado: bodaj 34t, 7550m/s, na Eeloo, bez ładunku.



d) Bravado 2: 41t, 8200m/s, zbyt ciężki, bardzo problematyczne wyjście na orbitę.



e) Phoenix: 100t, 9200m/s, sztuka dla sztuki, niepraktyczny







V. REALIZM

Turbojety w Kerbalach to czyste sci-fi. Mają zbyt wysokie TWR własne, isp na poziomie 20000s (na skutek błędu twórców), można by rzec, ze wychodzi się nimi na orbitę pół darmo. Gdyby przenieść reguły gry do rzeczywistości to prawdopodobnie rakiety odeszłyby do lamusa a wszystko na orbitę wychodziłoby przy pomocy samolotów i turbojetów. Nie spodziewam się by 1.0 wprowadziło znaczące zmiany w tej dziedzinie to też poradnik powinien pozostać aktualny.


***


Jako ciekawostkę przedstawiam porównanie TWR dla Turbojeta i kilku naprawdę topowych silników:

TurboJet (KSP)    TWR 19
F119 (F22 Raptor) TWR 9 (z włączonym dopalaczem)
J58 (SR71 Blackbird) TWR 6
Sabre (Skylon) TWR 14 (atmosferyczne) (tak topowy, że jeszcze nie istnieje)

Jeśli ktoś chce się pobawić w budowanie samolotów z prawdziwymi modelami silników polecam FAR i AJE. AJE robi silnikom atmosferycznym to co RO robi silnikom rakietowym.

[Kadaf]

Całkiem niezłe. Ostatnio sporo się bujam SSTO (och, żeby mi się tak chciało to wszystko publikować), więc potwierdzam spostrzeżenia. Jakkolwiek dla każdego modelu wychodzenie w kosmos każdy powinien przetestować sam. Jedyne z czym się nie bardzo mogę zgodzić, to z sugerowaną prędkością 2300. To trochę mało. Ja staram się wykręcać 2400 i wówczas apo wychodzi mi w okolicach 140 km. No i ja wykręcam tą prędkość nieco wyżej, bo między 40 a 44 km. Natomiast co do ilości wlotów na silnik i innych rad, to jak najbardziej przydatne dla osób chcących się zmierzyć z problemami SSTO.

[DragonsNightmare]

Bardzo dobry poradnik, SSTO to dla mnie jeszcze temat owiany w większości tajemnicą i bardzo chętnie się douczę. Ciekawe, jak nowa aerodynamika wpłynie na pojazdy SSTO?

[ShookTea]

Ciekawe, jak nowa aerodynamika wpłynie na pojazdy SSTO?

Zgaduję, że zgodnie z przypuszczeniami wingeda nijak ;-;
Szczerze wątpię, by ta "niezwykle wychwalana cudowna nowa aerodynamika" mogła przynieść wielkie ochy-achy. Nie żądam oczywiście klonu FARa, ale raczej mało prawdopodobne, by ta "nowa aerodynamika" choć odrobinę się ku realizmowi w swej nieudolności potoczyła.

[Drangir]

Do czego pijesz, bo czepiasz się 1.0 na każdym kroku?
Kto ją wychwala? Squadacy w notach developerskich opisywali tylko jakie zmiany nas czekają, z oczywistym dla twórców entuzjazmem. Skąd wiesz że nowa aerodynamika jest "nieudolna", bo aktualna leży? Jesteś tendencyjnym krytykantem który nie potrafi zaczekać paru tygodni żeby wtedy rozebrać funkcje na czynniki pierwsze i wtedy zmieszać je z błotem, argumentując swoje uwagi czymś innym niż niskim "no bo się mnie tak wydaje".

Dlaczego "mało prawdopodobne"? Aerodynamika to nie jest wiedza tajemna, istnieją jej prostsze i bardziej zaawansowane symulacje, a aktualny system jest, jak stare KSC czy tryb kariery Science, rozwiązaniem tymczasowym, spowodowanym błędnymi decyzjami na bardzo wczesnym etapie produkcji. Niestety biorąc pod uwagę fakt jak aktualny poradnik SSTO jest szczegółowy, wątpię by cokolwiek z niego zostało w nowym systemie.

[ShookTea]

Proponuję przenieść tą rozmowę do tematu o 1.0.
Aby zobaczyć link - ZAREJESTRUJ SIĘ lub ZALOGUJ SIĘ

A odnośnie trwałości poradnika, mam - jak już powiedziałem - odmienne zdanie od twojego, a do czasu ukazania się wersji 1.0 jakiekolwiek próby przekonania jednego z nas do racji drugiego są pozbawione sensu. Ja cię nie "nawracam", więc błagam, ty mi tego też nie rób.

[Drangir]

odnośnie trwałości poradnika, mam - jak już powiedziałem - odmienne zdanie od twojego

Przecież mam identyczne zdanie jak twoje o..o

A nie, jednak nie. Cóż, nawet na NEAR różnice  w budowaniu SSTO są dramatyczne (milion wlotów nie jest potrzebnych), zobaczymy.

Ja cię nie "nawracam", więc błagam, ty mi tego też nie rób.

 

[Bill2462]

Skoro temat budowy SSTO to dorzucę coś od siebie ( mam trochę ekstremalne poglądy na ten temat ). Uważam , że silniki atomowe są słabe dla  SSTO, są ciężkie i spalają dwuskładnikowe paliwo które też jest ciężkie. Według mnie najlepsze do takich zastosowań są silniki jonowe. Są lekkie i spalają równie lekki xenon , no i mają isp na poziomie 2200 co czyni je bardzo wydajnym napędem.  Co prawda są jaja z manewrami ale można podzielić największe z nich na części np po 100 m/s , teorytycznie da się nawet wykonać manewr transferowy Hohmana. A lądowanie można przecież wykonać za pomocą silników na paliwo dwuskładnikowe. Czyli ogólnie jest to bardzo dobry napęd do SSTO.
[Post scalony: [time]Nie, 12 Kwi 2015, 19:32:56[/time]]Nie twierdzę oczywiście , że statki  wingeda są złe ale z napędem jonowym byłyby mniejsze i lżejsze.
Oczywiście teorytycznie.