Аннотация: Этот текст - что-то вроде популярных пояснений о том, как в космосе корабли летают, и как это всё-таки понимать при разработке реалистичной космофантастики.
Коллеги, для будущих космобоев или ещё что - меня тут проперло расписать схему действий в пространстве. Что-то вроде дизайн-дока для мира ТЯРДа.
Итак. Введем зоны событий(игровые зоны). Внутри зоны перемещения относительно просты, переход в зону выше или ниже сопряжен с трудностями. Каждая зона обладает своим масштабом и особенностями.
Зоны событий(по энергии):
1)планетарная;
2)околопланетная или орбитальная;
3)системная;
4)звёздная.
Самая последняя - самая простая.
Масштаб для карты - 1 см на 1 световой год(~10^16 метра, то есть 10 триллионов километров, т.е. до хрена).
Контакт между объектами невозможен(на досветовых скоростях технически, на сверхсветовых физически).
Скорости передачи информации того же порядка, что и передачи материи.
Траектории перелётов прямолинейные и в полёте не меняются.
Движение звёзд по внутригалактическим орбитам при перелётах вносит меньшие влияния, чем погрешность прилёта. И потому звёзды могут считаться стоячими. Куб пространства, а в нём разбросаны точки, между которыми линии перелётов.
Для иллюстрации перехода с зоны 4 на 3 и обратно см. картинку.
Косая трасса в начале ролика вполне может быть догоняющим звездолётом. А может - просто кометой. В данном случае плоскость эклиптики, в которой кружаца планеты, видна чётко. Да, там ещё в большинстве случаев есть пыль, которую тоже видно.
При прибытии кроме доворота прибывающего аппарата в плоскость эклиптики также требуется компенсации относительной скорости движения конечной звёзды относительно стартовой(лучевой и радиальной). Впрочем, эта вредная скорость компенсируется даже парусами, световым и магнитным, просто она есть, как и угол к системной плоскости.
При отбытии единственным значимым моментом является направление старта. Вполне возможно, что звезда-цель находится не в плоскости эклиптики, а как, например, Полярная, высоко над ней. Для досветовых звездолётов это важно - разгон будут очень красивый... Примерно как у кометы с предыдущего рисунка - спиралька такая разворачивающаяся.
Скорость же для любых нормальных звездолётов известна и характер её изменения тоже. Ну и то, что для большинства космолётов нужны очень суровые девайсы в системах старта - тоже известно.
Самую нижнюю расписывать не надо - планетарную зону все и счас знают =) . Условно - плоскость, масштабы всем известны.
Переход из планетарной зоны в орбитальную сопровождается рёвом ракетных двигателей. С орбитальной в планетарную - сгоранием или просто нагревом теплозащиты.
Нюанс при старте - без астроинженерных сооружений, каким фактически является и набор импакт-трекеров на орбите, основную тягу, даже при наличии всяких гиперзвуковых ВРД, набирать приходица ракетной тягой на ЖРД, РДТТ и ЯРД. С астроинженерными сооружениями всё куда проще, но и сами понимаете - построить такое это не кулек семечек сщёлкать. Ну и про скорость вращения планеты забывать не надо.
Нюанс при возвращении - чем быстрее летим, тем жарче тормозить.
Самыми интересными являются орбитальная околопланетная и орбитальная системная зоны.
Для понимания действий в орбитальной зоне стоит выделить два этапа взаимодействия на нём - операционный и тактический.
Действия на операционном - орбитальное маневрирование. Да, то самое ужасное орбитальное маневрирование.
Орбита - это траектория, в околопланетной зоне имеющая вид круга или эллипса, в центре или одном из центров которой соответственно находится центральное тело(планета или спутник). По этой траектории корабль двигается с некоторой скоростью(1-й космической), для Земли на уровне 0 это 7,9 километров в секунду. Для высоты в 300 км над уровнем 0 это примерно 7,6 км/с.
Параболические или гиперболические орбиты - это уже переход в планетарную или системную зоны и здесь для кораблей не используются. Могут использоваться для ракет, но тогда их просто представить как прямую линию между стартовой точкой и целью. Обычно для перехода на такую орбиту надо набрать 2-ю или 3-ю космическую скорость(для Земли плюс к 1-й космической скорости от 3 с третью километров в секунду до 9 км/с или ещё больше. Проще говоря - много!)
Орбита описывается наклонением, высотой и эксцентриситетом... Для понимания этого должно хватить.
Наклонение орбиты(угол наклона) легче всего показать так.
И вот так.
Высоту орбиты - вот так. Чем выше орбита, тем ниже скорость аппарата относительно поверхности планеты и тем больше время одного витка.
А эксцентриситет(форма орбиты) - вот так. В ближней к планете точке эллипса у нас максимум скорости, на верхней - минимум.
Е=0 - круговая орбита.
Е=0,5 - эллипс
Е=1 - парабола, отлётная или пролётная орбита
Е=2 - гипербола, тоже отлётная или пролётная.
А ещё надо помнить, что планеты вращаются, и поэтому орбиты спутников и космических кораблей имеют привычку поворачивать. Ну, кроме объектов на планетостационарных орбитах - они вращаются с той же скоростью, что и планета.
Сложнее всего менять наклонение круговой орбиты, поэтому его либо не меняют в принципе, а ждут, пока орбита сама повернётся вокруг планеты(что долго), либо сначала поднимают эксцентриситет орбиты, и вот там, на самом верху, начинают поворачивать.
Так реально меньше затрат энергии и топлива.
Эксцентриситет менять проще всего, а высоту - примерно в два раза сложнее(так как по сути смена высоты орбиты это две последовательных смены эксцентриситета, что видно на рисунке).
Две орбиты могут иметь одинаковое наклонение, на различные долготы восходящего узла. Это очень важный момент. На картинке выше показано, что орбита, имеющая наклонение 45 градусов (синяя линия, орбита видом "с ребра") пересекает плоскость экватора где-то в районе Австралии. В то же время другая орбита, имеющая такое же наклонение (45 градусов, представьте, что речь идет о голубой линии, только направление движения противоположное тому, что указано на рисунке) пересекает плоскость экватора где-то "на той стороне" - над Южной Америкой. Наклонение одинаковое, но долготы восходящих узлов - разные. Фактически, в данном примере, изображенном на рисунке, видно, что плоскости орбит перпендикулярны друг другу.
Таким образом, для того, чтобы попасть с нашей орбиты на орбиту цели, мы должны не только сделать наклонение нашей орбиты таким же, как наклониение орбиты цели, но и повернуть плоскость орбиты так, чтобы она пересекала экватор в тех же точках и в том же направлении, что и орбита цели (т.е. выровнять долготы восходящих узлов).
Первая часть практики: Траектории-орбиты орбитальных бомбардировщиков.
Они должны тупо проходить над целью. Просто заранее, может быть, даже над другой стороной планеты, будет отделена(отстрелена, запущена) бомба, которая и воткнётся в атмосферу над целью и пройдёт через воздух сверху вниз, по вертикали.
Нюанс заключается во вращении планеты, из-за чего орбита смещается и в проекции на земную поверхность выглядит вот так:
Вторая часть практики: Траектории бомб, приходящих со спутников планеты, атакующих ТЯНов или вообще из далекого космоса.
У них есть только одно ограничение - полушарие, в которое они попадут. Летящий рядом огромный залп перекроет только одно полушарие. Впрочем, если запустить бомбы длинной очередью, чтобы время падения всех снарядов очереди растянулось примерно на сутки планеты-цели, а ещё устроить подлёт к планете со стороны экватора, а не с полюсов - то они смогут равномерно распределиться по всей планете, которая будет послушно поворачиваться нетронутыми местами к подлетающим снарядам.
Третья: Траектории взаимодействия космических кораблей на орбите.
Для того, чтоб оказаться рядом с противником и перейти в тактический режим, нужно попасть либо на ту же самую орбиту, либо на пересекающуюся с ней, да ещё так, чтобы оказаться в точке пересечения в тот момент, когда там будет цель. Согласитесь, с РУКАми это осуществлять значительно проще.
Так... Орбиты пересечения по наклонению делятся на встречные, догонные и перпендикулярные.
Это пример первых двух(разница тольцо в направлении движение по орбите, и угла между прлоскостями может вовсе не быть):
Это пример последней:
На встречных больше скорость встречи(что важно для кинетических болванок), но меньше время контакта, на перпендикулярных время контакта примерно так же, но ракурс подхода забавный, а скорость меньше раза в два, чем на встречке, а на догонных(причём кто кого догоняет, здесь несущественно) время контакта большое, но вот кинетическим болванкам уже очень неудобно - скорость удара будет не 10-20 км/с, как для встречки, и не 5-10, как для перпендикуляра, а всего-то жалкие метры в секунду. Как у пули из автомата. Зато в этом случае можно осуществить мирную стыковку - или немирный абордаж.
Есть ещё вариант совмещения двух из трёх орбит - при использовании крафтов.
При запуске они не ускоряются или тормозятся, а поворачивают свою орбиту так, чтобы из встречной или догонной она стала перпендикулярной... Или из перпендикуляра во встречную или догонную. Ну вы поняли суть.
При этом орбиты могут быть неодинаковой высоты и неодинакового эксцентриситета. Соответственно, скорости в точке пересечения будут значительно отличаться(при разном эксцентриситете), а также пересечения орбит может вовсе не быть, несмотря на сближение(при разной высоте орбит).
В случае орбит разной высоты нам опять помогут РУКА, чтобы перетаскивать медлительный ТЯН на орбиту пересечения. Они будут менять только свою орбиту так, чтоб она стала пересекающейся. И здесь есть нюанс - тот, кто выше, тот круче. У него при выходе на такой пересекающийся курс будет больше скорость, а значит, и энергия снарядов.
Тактический уровень орбитальной зоны
А вот здесь пошла потеха. Маневрирование по орбите примерно аналогично маневрированию авианосных эскадр перед боем. А переход в тактику - это уже сам бой.
Тактический уровень достаточно сильно ужат в пространстве - теоретически в нём задействованы только участки орбиты, не скрытые за планетой, а практически - и ещё меньшая часть пространства, не более тысячи-другой километров - для Земли, естественно. Для других планет может быть и значительно иначе(для Марса меньше, для Юпитера больше).
Именно в нём всё просто - то есть именно здесь работают схемы, называемые реалистичными из аркадных космосимов(и даже Элиты). А именно - сопротивления воздуха нет, ограничения по скорости нет, можно лететь боком и т.д. Пока мимо цели не пролетишь и пока орбиты расходится не начнут.
Системная зона
В этой зоне осуществляются межпланетные перелёты, начинаются и заканчиваются межзвёздные, да и достаточно много интересных объектов не привязаны к планетам - варп-станция, Рой, астероиды.
В принципе, переход из орбитальной в системную и из системной в межзвёздную одинаков по сути - разгон. Как и обратные переходы - торможение. Просто скорости разные. Вот как пример скоростей.
Пояснение:
LEO - низкая околоземная орбита.
GTO - геопереходная орбита(высокий эллипс)
C3 - отлётная/прилётная орбита.
GEO - геостационарная орбита.
И при всех этих перелётах при построении перелётной орбиты есть проблема времени старта и полёта - а вот для разных скоростей отлёта с орбиты можно уже выбирать. Для минимальной отлётной скорости - самые долгие, для достаточно большой - уже более быстрые, для полёта с постоянной тягой - ещё набор орбит-траекторий. И если у нас есть возможность варьировать скорость полёта в широких пределах - нужная орбита подберётся. Просто время полёта будет меняться. Ну и прочая обстановка - вроде пролёта рядом с другими планетами и Солнцем просто "по пути".
За пояснениями прошу сюда: Атомные ракеты(1, 2, и почти весь сайт). Но помните - ошибки есть везде. И в этом тексте - тоже.
А за иллюстрацией движения планет в Солсистеме, чтобы было видно, как это - попасть с одной движущейся планеты на другую, сюда: Флэш-схема Солсистемы.
Для космической же тактики интересен случай появления тактического объёма в системной зоне. Проще говоря - здесь не звёзды, здесь два летящих корабля таки могут сблизиться для контакта и проконтактировать. Но. В половине случаев время контакта будет очень небольшим - всё-таки в системной зоне разность скоростей не ограничена какими-то двумя десятками километров в секунду, как в орбитальной зоне. Здесь можно влёгкую увидеть разницу в тысячи километров в секунду... Но да, сближение и стыковка возможны и здесь. Просто довольно-таки сложны - а это опять время. Время на разгон, маневры, сближение и так далее. Ну и топливо/энергия, затраченные на всё это.
Зато размеры тактического объёма в чистом пространстве могут быть значительно больше - сотни тысяч километров и даже миллионы километров.
