🤷🏼 🐴 🐁 نحن ننزل سفينة روسية واعدة على سطح المريخ 🗓️ 🛴 🙍🏽

في شهر مارس من هذا العام ، في إطار أسبوع التقنيات العالية ، تم تنظيم رحلة افتراضية "الهبوط على المريخ" في جامعة رودن. في الواقع ، كان الأمر أشبه بأولمبياد - قامت فرق من أطفال المدارس في برنامج خاص بتعيين المعلمات الأولية للجهاز ، والذي كان من المفترض أن يقوم بهبوط سلس على المريخ:

عندما سمعت هذا الخبر ، كنت أشعر بالفضول حول البرنامج الذي تم استخدامه - لقد كنت أتحدث لفترة طويلة عن محاكي الفضاء الرائع Orbiter ، والذي يمكنك من خلاله دراسة علم الفلك والملاحة الفضائية بطريقة مرحة ، كما أنني مهتم ببرامج مماثلة تجمع بين التدريب مع لعبة / منافسة . لم أكن آمل حقًا في رؤية البرنامج مباشرة ، فكرت على الفور في كيفية محاكاة موقف مشابه مجانًا ومجاني للتنزيل Orbiter. لم تكن المهمة سهلة - تحتاج إلى تحديد جهاز يمكن زراعته على الكوكب الأحمر ، وتشكيل المعلمات المدارية الضرورية لحركته وتحديد المعلمات التي سنتحكم فيها.

صياغة المشكلة

يمكن الحصول على معلومات حول كيفية عمل البرنامج من مصادر مفتوحة. في البرنامج التلفزيوني لـ Roscosmos ، تكون واجهته واضحة تمامًا:

وعلى موقع المدرسة رقم 2123 في موسكو يوجد تقرير عن مثل هذا الحدث مع صورة لبيان المشكلة . الصورة ليست موجودة ، ولكن لحسن الحظ ، يمكن قراءة النص:

تدخل المركبة الفضائية جو المريخ بسرعة أولية تبلغ 6 كم / ثانية. الحدود المشروطة للغلاف الجوي هي 100 كم.
تتوفر معلمتان للتحكم - الجودة الأيرودينامية وزاوية دخول المسار إلى الغلاف الجوي.
المهمة: فرملة الجهاز في الجو بحيث تكون سرعته عند فتح المظلة في المرحلة النهائية من الهبوط.

برنامج تعليمي أولي صغير

زاوية المسار هي الزاوية بين متجه السرعة للمركبة الفضائية والأفق المحلي للكوكب. كلما صغرت زاوية المسار ، زاد دخول الجهاز أجوفًا. عند زاوية مسار 0 درجة ، يكون الجهاز في مدار دائري ، وعند 90 درجة يقع عموديًا على الكوكب.
الجودة الديناميكية الهوائية هي نسبة الرفع إلى السحب الديناميكي الهوائي للطائرة. بكلمات بسيطة ، إذا كانت الطائرة التي تم إيقاف تشغيل المحرك فيها تطير مسافة 10 كم ، بينما تنخفض بمقدار 5 ، فستكون جودتها الديناميكية الهوائية مساوية لاثنين. في الطيور ، عادة ما تكون في منطقة 10 ، يمكن للطائرات الشراعية ، اعتمادًا على الفئة ، أن تتمتع بجودة ديناميكية هوائية من 7-10 ، وتعليق الطائرات الشراعية - 17-20 ، ويمكن لأفضل الطائرات الشراعية في الهواء الهادئ أن تطير أكثر من 50 كم لكل كيلومتر من الارتفاع المفقود.
الجودة الديناميكية الهوائية هي معلمة معقدة إلى حد ما ، على سبيل المثال ، تعتمد على زاوية هجوم الجهاز:

زاوية الهجوم : الزاوية بين اتجاه حركة الجهاز ومحوره المختار خصيصًا. إذا كنا نتحدث عن زاوية هجوم الجناح ، فسيكون هذا المحور هو وتره ، وبالنسبة لحالتنا من المركبة الفضائية سيكون محور البناء.

اختيار الجهاز

كان الأصعب هو اختيار جهاز الهبوط. صنع المتحمسون عددًا كبيرًا من الإضافات لـ Orbiter ، ولكن لديهم عادةً ديناميكا هوائية ثابتة ، وسيتعين عليهم ضبط الجودة الديناميكية الهوائية عن طريق تغيير معلمات الجهاز في ملفات التكوين. عادة ما يتم تخزينها في شكل مفتوح ، ولكن تحريرها يدويًا غير مريح ، وكتابة منشور علمي شائع مع اقتراح لتحرير ملفات التكوين باستمرار ، حتى بالنسبة للمهوسين ، هو مبالغة. ما كان مطلوبًا هو بطريقة ما تغيير الجودة الديناميكية الهوائية للجهاز أثناء الطيران بطريقة أو بأخرى. لحسن الحظ ، تم العثور على مثل هذه الطريقة. يحتوي Orbiter على آلة تشذيب المصاعد التي تعمل على غرار أدوات التشذيب الشائعة في الطيران، مما يجبر الجهاز على رفع أو خفض أنفه من تلقاء نفسه. للتحكم في أداة التشذيب ، لا تحتاج إلى الانتقال إلى ملفات التكوين ، ومن خلال تحميل نفس النص البرمجي ، يمكنك الحصول على الجهاز بالجودة الديناميكية الهوائية المطلوبة.
كان المطلب الواضح التالي هو إمكانية الهبوط الناعم للمركبة الفضائية. محاولة إبطاء حقيقة أنه في النهاية ستظل تتحطم على السطح أمر غير مثير للاهتمام.
بعد العديد من التجارب ، تمكنت من العثور على جهاز يحتوي على أداة تهذيب قابلة للتعديل ونظام هبوط ناعم. فجأة ، تبين أنها سفينة روسية واعدة PTK NP. من ناحية ، هذا غير واقعي - لم يتم تصميم هذه السفينة مطلقًا للهبوط على كوكب المريخ ، ولكنها ، إلى جانب كونها مناسبة لمعلمتين مهمتين ، لها مزايا غريبة. يسمح التحرير اليدوي للمظلة بتحكم أكثر أو أقل مرونة ، ويمكن استخدام محركات نظام الهبوط الناعم للفرملة على الأمتار الأخيرة من الرحلة والقيام بهبوط واقعي ، على الرغم من ضعف المظلات المصممة لجو الأرض.

تشكيل المدار المطلوب

يحتوي Orbiter على محرر نصوص مدمج ، والذي يتم استدعاؤه بالضغط على Ctrl-F4 : هناك

عدة طرق للحصول على الجهاز في مدار المريخ. يمكنك فتح نص برمجي باستخدام أي جهاز في مدار المريخ ، إذا كان لديك واحد. يمكنك إنشاء جهاز جديد أو نقل جهاز موجود إلى مدار المريخ. لدي بالفعل برنامج نصي ، أسهل طريقة:

يتيح لك محرر البرنامج النصي ضبط جميع عناصر المدارولكن الحصول على المدار الصحيح من خلال تعديلها يدويًا فقط أمر صعب للغاية. سنذهب بطريقة أبسط من ذلك بكثير. بادئ ذي بدء ، سننقل الجهاز إلى مدار دائري فوق خط الاستواء في المريخ. حقيقة أن المدار دائري يعني أن انحرافه سيكون صفرًا ، ولكي يمر فوق خط الاستواء ، يجب أن يكون ميل المدار صفرًا. سنحدد ارتفاع المدار في منطقة 150 كم ، وتعديل معلمة المحور شبه الرئيسي:

اتضح:

نحن في مكان جيد جدًا في المدار - لقد عبرنا مؤخرًا خط النهاية. إذا دخلنا الغلاف الجوي حول هذه النقطة ، سيكون لدينا نصف كروي مضاء بالكامل لإبطاء مريح في ضوء النهار.
المهمة التالية هي الحصول على السرعة في منطقة 6 كم / ثانية. للقيام بذلك ، نبدأ في تسريع:

التسارع يستغرق وقتًا ، نترك المنطقة المحيطة بالمركز. لذلك ، في المحرر ، نعيد الوقت إلى النقطة التي تبقى فيها دقيقة تقريبًا إلى المركز ، ونكرر التسارع. نتحقق من السرعة من خلال الانتقال في المحرر إلى منطقة المركز - 6 كم / ثانية ، كما أردنا:

والآن ننتقل ساعتين إلى الوراء حتى نتمكن من تغيير معلمات المدار بشكل أكثر كفاءة:

هذا كل شيء ، تم حل المشكلة. احفظ النص.

تشكيل الخصائص الهوائية اللازمة للجهاز

مهمتنا التالية هي تغيير معلمات PTK NP بحيث يتم تنظيم جودتها الديناميكية الهوائية في نطاق (0-1.2) مماثل للبرنامج الأصلي. للقيام بذلك ، يجب عليك التسلق إلى ملفات التكوين الخاصة بالملحق. Addon PTK NP يتطلب ملحقًا آخر - spacecraft3.dll. هذه تدوين متقدم إلى حد ما للإنشاء البسيط نسبيًا للأجهزة المعقدة ذات الديناميكا الهوائية والميزات الأخرى. لحسن الحظ ، هناك دروس في المجتمع.. نقرأها ونفهم أننا بحاجة إلى طريقة بسيطة لتغيير الجودة الديناميكية الهوائية. أحد الخيارات هو محاولة تغيير وزن الجهاز. من الناحية النظرية ، يجب أن يغير التغيير في الكتلة القوى المؤثرة على الجسم ، على سبيل المثال ، إذا جعلنا سفينتنا أسهل ، فإن الأجنحة الصغيرة المثبتة في ملف التكوين ستجعل من السهل رفعها. نغير الكتلة ، نتحقق - لا يعمل.
والفكرة الثانية هي زيادة تأثير التحكم في أدوات التشذيب. والحقيقة هي أنه في نموذج السفينة يوجد أدوات تهذيب صغيرة غير مرئية. يخلق الجو المحيط بها قوة تنحرف عن السفينة ، مما يجعلها في زاوية هجوم غير صفرية. إذا قمنا بزيادة منطقتهم ، فإن القوة التي تنحرف عن السفينة ستزداد. نحن نفحص:

كيف نقيس المصعد؟ هناك إضافة جيدة على Aerobrake MFD ، والتي تعتبر على الفور الجودة الديناميكية الهوائية ، ولكن المشكلة هي أنها لا تعمل مع الأجهزة المصنوعة باستخدام spacecraft3.dll. يجب قياسه بطريقة أخرى. للقيام بذلك ، سنستخدم السيناريو الجاهز "الهبوط" من الملحق PTK NP ونرى القوى التي تعمل على الجهاز باستخدام Ctrl-F9 :

D (Drag) - السحب الهوائي.
G (الجاذبية) - الجاذبية.
F (القوة) - الناتجة.

مرة أخرى ، لا حظ - لا تظهر قوة الرفع مباشرة. لكن يمكننا تحديد ذلك بشكل غير مباشر ، لأن النتيجة هي مجموع كل القوى المؤثرة على الجسم. لتبسيط المشكلة ، نقيس قوة الرفع عندما تتزامن ناقلات السحب والديناميكيات الهوائية الناتجة:

تبين مشكلة هندسية بسيطة:

قوة الرفع وفقًا لصيغة فيثاغورس ستكون مساوية لـ sqr (40 * 40 + 83 * 83) = 95. 95/73 = 1.3 يعني أننا اخترنا منطقة مناسبة للتقليم.

تغيير الجهاز في البرنامج النصي

حسنًا ، الأمر سهل هنا. قياسا على السيناريوهات حيث يوجد PTK NP ، نفتح البرنامج النصي الذي حفظناه بالمدار الصحيح ونغير Delta-glider إلى PTK NP ، وفي نفس الوقت سنزود بالوقود إلى خزان ممتلئ:

هذا كل شيء ، نحن جاهزون للتدريب.

لعب

من أجل اللعبة نحتاج:

المدار نفسه
Addon PTK NP
ملحق Spacecraft3.dll مع التصحيح
السيناريو PTK NP ، جاهز للهبوط
إصلاح المعلمة ELEVATOR_TRIM_AREA = 2 يدويًا في ملف PTKNP_SA.ini بواسطة ELEVATOR_TRIM_AREA = 6

في السيناريو ، نتحكم في زاوية المسار عن طريق تغيير ارتفاع المركز. أسهل طريقة للقيام بذلك هي تحويل السفينة "إلى اليسار" نسبةً إلى متجه السرعة المدارية وإعطاء دفعة بمحركات الإبحار:

لسوء الحظ ، ليس لدى Orbiter وسائل لقياس زاوية المسار مباشرة. بدلاً من ذلك ، أقترح التركيز على معلمة ارتفاع المركز. كلما كان أصغر ، كلما كان الدخول في الغلاف الجوي أكثر انحدارًا:

قبل دخول الغلاف الجوي ، تحتاج إلى تصوير سارية الكبل باستخدام الزر K وإعادة تعيين المقصورة الإجمالية باستخدام الزر J :

يتم الكبح في طبقات كثيفة من الغلاف الجوي في أبسط الحالات عن طريق ضبط أداة التشذيب على الزاوية المطلوبة والملاحظة السلبية. ولكن إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك المناورة عن طريق تحريك الثعبان ، وبالتالي التحكم في السرعة العمودية. ويمكنك تغيير الجودة الديناميكية الهوائية بالفعل أثناء الكبح ، وتغيير إعداد أداة التشذيب.

على ارتفاع ~ 5 كم نحن إعادة فتحة من مقصورة المظلة مع J زر وفتح المظلة الفرامل مع K زر . ثم أعدنا تعيين الدرع الواقي من الحرارة مع J زر والافراج عن الهيكل مع G زر . سيتم فتح ثلاث قباب من المظلات الرئيسية بشكل مستقل عندما تصبح السرعة مقبولة. على ارتفاع 100-300 م ، قم بتشغيل محركات الهبوط بزر Num +وإطفاء السرعة قبل الهبوط.

يحاكي جهاز المحاكاة الناتج جميع الأخطاء المحتملة - يمكنك تحطم سفينة على سطح المريخ بسرعة رأسية عالية ، أو العودة إلى الفضاء دون فرصة للعودة ، أو الاقتراب من السطح بسرعة أفقية عالية وتحطم السفينة على الرغم من السرعة العمودية القريبة من الصفر تقريبًا. ولكن مع الممارسة ، ستجد بالتأكيد حلاً جيدًا. هل لديك هبوط جيد!

الخاتمة

إنه أمر مضحك ، لكن البرنامج المصدر ، على عكس التوقعات ، وصل إلي. جاء رائد الفضاء سيرجي ريفين إلى أوفا إلى المؤتمر الهاتفي لأطفال المدارس من محطة الفضاء الدولية وغادر برنامج مدرسة الفضاء أوفا ، ومن هناك جاءني بالفعل. المعلمات هناك غير بديهية إلى حد ما ، وزاوية المسار أكبر بشكل ملحوظ من الأجهزة التاريخية ، لكنها غريبة. لا يمكنني إعطاء رابط للبرنامج ، ليس لدي حقوق للنشر.

هناك منشورات أخرى للمسلسل بواسطة علامة Orbiter ، من السيناريوهات حيث يمكنك المشاهدة فقط دون لمس عناصر التحكم ، إلى الرحلات المعقدة.

نحن ننزل سفينة روسية واعدة على سطح المريخ