Tutorial advanced orbiting

Гомановская траєкторія

Гомановская траєкторія - в небесній механіці еліптична орбіта, яка використовується для переходу між двома іншими орбітами, зазвичай знаходяться в одній площині. У найпростішому випадку вона перетинає ці дві орбіти в апоцентрі і перицентра. Орбітальні маневри для переходу включає в себе 2 імпульсу роботи двигуна на розгін - для входу на гомановскую траєкторію і для сходу з неї. В ідеалі маневри повинні виконуватися короткими імпульсами в перицентра і апоцентрі орбіти, чим коротше імпульс по відношенню до періоду орбіти, тим ефективніше він буде, отже бажано мати двигун з хорошою тяговооруженности. При поганій тяговооруженности маневри доведеться починати виконувати до перицентра і апоентра і закінчувати після них, що менш ефективно і призведе до перевитрати палива. Дану проблему можна також обійти, виконавши кожен необхідний в декілька заходів. Наприклад підйом апоцентра можна зробити за два проходження перицентра.

При переходу з більш низької орбіти на більш високу:

У перицентра прискорюйте космічний апарат в напрямку прогрейда орбіти (у напрямку руху) до тих пір, поки апоцентр не досягне заданої висоти.
По досягненню апоцентра прискорюйте космічний апарат в напрямку прогрейда орбіти до тих пір, поки перицентр також не досягне заданої висоти.

При переходу з більш високою орбіти на більш низьку:

У апоцентрі прискорюйте космічний апарат в напрямку ретрогрейда орбіти (проти напрямку руху) до тих пір, поки перицентр не зменшиться до заданої висоти.
По досягненню перицентра прискорюйте космічний апарат в напрямку ретрогрейда орбіти до тих пір, поки апоцентр також не зменшиться до заданої висоти.

Біелліптіческая перехідна орбіта

Біелліптіческій переліт це орбітальний маневр, що переводить космічний апарат з однієї орбіти на іншу і в деяких випадках вимагає менших витрат характеристичної швидкості (дельта-v), ніж переліт по траєкторії Гоманом. У порівнянні з перельотом по траєкторії Гоманом реалізація біелліптіческого перельоту вимагає на одне включення двигуна більше і, як правило, більшого часу перельоту. У той же час, в тих випадках, коли відношення піввісь кінцевої і початкової орбіт дорівнює чи перевищує 11,94, біелліптіческому перельоту можуть відповідати менші загальні витрати характеристичної швидкості на переліт (в порівнянні з гоманновскім переходом). Однак значна економія може бути досягнута тільки при досить великій різниці у величині великих піввісь орбіт. Одне з кращих застосувань в грі - максимальне наближення до зірки Кербол, в цьому випадку застосування біелліптіческого перельоту дозволить зменшити дельта-v в два рази при досить високо розташованому апоцентрі. Даний переліт включає три маневру (розглянемо на прикладі підвищення орбіти):

У перицентра прискорюйте космічний апарат в напрямку прогрейда орбіти (у напрямку руху). Апоцентр повинен виявитися вище, орбіти, якої ми хочемо досягти. Чим вище буде апоцентр, тим більше економія пального, але довше переліт.
У апоцентрі прискорюйте космічний апарат в напрямку прогрейда орбіти, поки перицентр орбіти не опиниться на висоті заданої орбіти.
У перицентра прискорюйте космічний апарат в напрямку ретрогрейда орбіти (проти напрямку руху) до тих пір, поки не опинитеся на заданій орбіті.

Для зниження орбіти всі дії необхідно виконувати навпаки (спочатку два гальмування, потім прискорення в кінці)

Поворот площини орбіти

Готуючись до зустрічі з іншим об'єктом (наприклад, з орбітальною станцією) або до перельоту до іншої планети або місяцеві, в першу чергу виконують вирівнювання площини орбіти корабля з площиною орбіти мети. У KSP одним з перших подібних об'єктів є Мінмус з нахилом орбіти в 6 °.

Вирівнювання площини орбіти вашого корабля з площиною орбіти мети означає збіг двох орбітальних елементів, що визначають орієнтацію орбіти: способу (inclination (i)) і довготи висхідного вузла.

Поворот площини орбіти вимагає перпендикулярного до площини орбіти напрямки тяги двигуна, причому двигун повинен бути включений під час проходження одного з вузлів орбіти, утвореного перетином площин поточної і цільової орбіт.

Поворот площини орбіти в KSP з використанням маневрових нодов завдання ускладнена. Пов'язано це з тим, що в ідеалі для виконання маневру ніс корабля потрібно тримати перпердікулярно поточної площині, але під час виконання маневру поточна площину змінюється, і, виходить так, що частина Делта-v починає йти не в поворот, а в розгін. Існує два способи уникнути цього. По-перше, можна змінювати площину орбіти потроху за кожне проходження перетину площин, на 2-3 ° за раз, тоді побічна трата дельта-v зведеться до мінімуму. По-друге, можна використовувати вирівнювання корабля по нормалі або анти-нормалі, яке є в просунутих модулях SAS або у прокачаних пілотів-кербонавтов, в цьому випадку потрібно тільки включити двигуни і стежити за зміною нахилу орбіти.
Може вийти так, що повний розворот площині орбіти за один раз (за одне перетинання орбіт) неможливий. Якщо кут між орбітами вже не може бути зменшений, вимкніть двигуни і почекайте моменту, коли ваш корабель знову досягне вузла перетину орбіт. Пам'ятайте, що маневр ефективний тільки, якщо ви дуже близько до точки перетину площин орбіт.
Оскільки маневр забирає кінцеве времяT, слід включати двигуни заздалегідь, за час ½T до моменту досягнення вузла перетину орбіт.
Розмір швидкості дельта-v, необхідний для повороту площини орбіти на кут дельта-i, пропорційний орбітальної швидкості. Отже, маневр буде тим ефективніше, чим менше швидкість корабля, тобто проводити його треба якомога ближче до апоцентра орбіти. Тобто з двох вузлів, в яких можливо зробити поворот орбіти, слід вибрати той, який знаходиться ближче до апоцентра орбіти. Іноді має сенс заздалегідь зробити орбіту більш витягнутою перед тим, як повертати її площину. Однак, якщо підняти апоцентр відразу до цільової орбіти, то потім буде складно відрегулювати час зустрічі з потрібним об'єктом, тому часто краще спочатку вирівняти площини орбіт.

Синхронізація орбіт

Наступний крок, який слід зробити після вирівнювання площин орбіт, це синхронізація орбіт. Необхідно так змінити орбіту вашого корабля, щоб створити умови для одночасного приходу в точку перехоплення і вашого корабля і об'єкта-цілі.

Конкретних правил по синхронізації орбіт двох космічних апаратів немає, але можна розглянути кілька прикладів синхронізації орбіт. Припускаємо, що вони вже знаходяться в одній площині:

Вам потрібно стикуватися з іншим вашим кораблем або станцією на низькій орбіті у Кербіна. Якщо мета відстає від вашого корабля, то займіть трохи вищу орбіту, для економії пального перицентр можна залишити на висоті орбіти цілі, а апоцентр підняти на 10+ кілометрів вище. Кожен виток мета буде трохи наздоганяти вас, чим вище ваш апоцентр, тим швидше. Ви можете відразу підняти апоцентр настільки, щоб опинитися близько цілі за 1 виток, однак це вимагатиме багато пального. При кожному проходженні перицентра стежте за тим, як змінюється відстань до цілі, так ви зможете визначити - на скільки кілометрів за виток відбувається зближення. Якщо при черговому проходженні перицентра мета виявиться досить близько до вашого кораблю, то можете просто долетіти до неї безпосередньо. Якщо бачите, що при наступному витку не зовсім потрапляєте в ціль, то відкоригуйте висоту свого апоцентра так, щоб потрапити до мети. Якщо мета відстає занадто сильно і ви її перелітати - знижуйте апоцентр, якщо недолетаете - підвищуйте. Якщо мета не відстає, а випереджає ваш корабель, то замість підвищення апоцентра, знижуйте свій перицентр, в іншому дії схожі.

The Exley Maneuver

A demonstration using a target planet with an orbit outside your starting planet's orbit.

In order to easily meet with a target planet's Sphere of Influence, you will need to perform a few burns while at either the Periapsis or Apoapsis of your transfer orbit.

Planets outside your original orbit

If you are meeting with a planet whose orbit is outside of your starting orbit, create a transfer orbit such that your Apoapsis is as close as possible to your target planet's orbit.

Next, make a few orbits until the target planet is slightly in front of you when you reach your Apoapsis. Begin a burn in the direction of your velocity until you see your orbit cross the target planet's near your Apoapsis for a fraction of a second. If you overshoot, simply turn around and burn against the direction of your velocity until the cross orbit is visible again. If your transfer orbit exceeds the planet's orbit, then you have gone too far, and have either missed the cross orbit, or do not have an Apoapsis close enough to the target orbit to be affected by the planet's Sphere of Influence.

Planets inside your original orbit

If you are meeting with a planet whose orbit is inside of your starting orbit, create a transfer orbit such that your Periapsis is as close as possible to your target planet's orbit.

Next, make a few orbits until the target planet is slightly behind you when you reach your Periapsis. Begin a burn in the opposite direction of your velocity until you see your orbit cross the target planet's near your Periapsis for a fraction of a second. If you overshoot, simply turn around and burn with the direction of your velocity until the cross orbit is visible again. If your transfer orbit goes within the planet's orbit, then you have gone too far, and have either missed the cross orbit, or do not have a Periapsis close enough to the target orbit to be affected by the planet's Sphere of Influence.

Once you are in the Cross Orbit, burn against the direction of your velocity until the orbit goes around your target planet.