Построение оптимальной системы ближней космической связи - часть 2, практическая⁠⁠

Итак, в прошлой части мы выяснили, что оптимальным вариантом решения проблемы потери связи (и, соответственно, управления) аппаратами на низких орбитах и в атмосфере будет вывод четырех спутников на орбиты высотой 6672 х 12328 км, наклонением 33° и долготами восходящих узлов, отличающимися на 90°. Был составлен следующий план полета:

1. Вывод ракеты-носителя со спутниками на борту на низкую экваториальную орбиту Кербина (80 км).

2. Переход на переходную орбиту 80 х 18052.091 км.

3. Переход на резонансную орбиту 15432.751 х 18052.091 км.

4. На каждом витке в периапсисе отделяем один из четырех спутников. Спутники скругляют орбиту до опорной высотой 15432.751 км.

5. Изменение наклонения орбиты каждого из четырех спутников до 33°.

6. Переход на переходную к целевой орбиту 6672 х 15432.751 км для каждого из четырех спутников.

7. Переход на целевую орбиту 6672 х 12328 км для каждого из четырех спутников.

8. Возвращение верхней ступени ракеты-носителя с использованием гравитационного маневра у Муны.

Итак, теперь осталось этот план реализовать.

Взлет

Отделение твердотопливных ускорителей - они разобьются о поверхность океана. В принципе, можно было бы посадить их на парашютах, но, насколько я помню, в KSP исчезают все объекты в атмосфере, находящиеся достаточно далеко от текущего выбранного. Копаться в настройках и ставить моды я не хочу. Вообще, это не особо страшно - твердотопливные ускорители стоят три копейки, спасать и переиспользовать их особо незачем.

На момент отделения орбита ракеты незамкнута, максимальная высота - 13.6 км

Отделение аэродинамических стабилизаторов. Учитывая, что они достаточно легкие и большие, скорее всего, они войдут в атмосферу без особых проблем и разобьются о поверхность. Отделение стабилизаторов нужно для упрощения возвращения нижней ступени.

Отделение нижней ступени ракеты-носителя. На момент отделения орбита ракеты - 160 х -3 км, лишь слегка задевает поверхность, так что нижняя ступень войдет обратно в атмосферу - попытаемся ее посадить в океан для переиспользования. Верхняя же ступень выполнит маневр скругления орбиты (ускорение на 72.9 м/с, уже запланировано на этом скриншоте), и, соответственно, перейдет на низкую орбиту Кербина. Похожую схему запуска использовали Шаттлы - основной двигатель выключался незадолго до достижения орбиты, после чего производилось отделение топливного бака (падающего обратно на Землю), а сам Шаттл с использованием системы орбитального маневрирования довыводился на орбиту.

Нижняя ступень входит в атмосферу. Я не использую теплозащиту, так что температура достаточно близка к критической.

Раскрытие парашютов нижней ступени и ее успешное приводнение.

Верхняя ступень ракеты-носителя на низкой орбите (70 х 160 км). К сожалению, не удалось выйти на прямо совсем экваториальную орбиту, и наклонение 0.31° надо будет скорректировать. Запланирован маневр перехода на переходную орбиту. На поверхности планеты видно космодром запуска (флажок) и место посадки нижней ступени (не знаю, как этот значок назвать).

Потеря связи (красный значок в левом верхнем углу) в середине выполнения маневра. Вот именно для того, чтобы такого не было, и нужна система ближней космической связи.

Ракета на переходной орбите (71 х 18052 км). Из-за того, что предыдущий маневр был перевыполнен, пришлось сделать лишнюю коррекцию, потратив драгоценное топливо. В итоге следующий маневр (переход на резонансную орбиту) требует 303.7 м/с изменения скорости, а у нас осталось всего 309. Дальнейшие маневры придется делать очень аккуратно, и ни о каком возврате верхней ступени на Кербин речь уже не идет.

Ракета на резонансной орбите (15432 х 18052 км), осталось лишь скорректировать наклонение, которое было неверно набрано при запуске. К счастью, топлива на это как раз хватает.

Отделение первого спутника связи, запланирован маневр скругления орбиты (до круговой опорной орбиты 15432 км). Следующий спутник будет отделен через один оборот ракеты по резонансной орбите (соответственно, через 9/8 оборота спутника по опорной орбите). Все отделения и скругления одинаковые, а пост у нас не резиновый, так что пропустим их.

Все 4 спутника находятся на опорной орбите (экваториальной, 15432 км, обозначена белым цветом), с разницей в 45°. Ракета остается на резонансной орбите (синяя), и, учитывая, что топлива почти не осталось, видимо, останется на ней навсегда.

Изменяем наклонение орбиты одного из спутников.

И второго.

И третьего.

И четвертого.

Один из спутников переходит на орбиту, переходную к целевой (6672 х 15432 км).

Запланирован маневр перехода на целевую орбиту (6672 х 12328 км, обозначена желтым цветом).

Ура, спутник выведен куда нужно! Ориентируем его перпендикулярно плоскости эклиптики (на глаз), чтобы антенна никогда не заслоняла солнечные батареи от света. Снизив максимальную мощность двигателя до 0.5% от номинальной, и снизив подачу топлива до минимума, небольшими коррекциями добиваемся совпадения периодов обращения всех четырех спутников - это нужно для того, чтобы они не дрейфовали относительно друг друга. Ну и, конечно, не забываем повторить процедуру для остальных трех спутников.

Созвездие целиком, вид с полюса. Видно, что два спутника находятся с одной стороны от планеты, а два - с другой, как и планировалось. Скриншот очень похож на соответствующую картинку из патента.

Вид на все созвездие сбоку. На первом скриншоте выделены (синим и желтым) спутники 1 и 3, на втором - 2 и 4.

Визуализация линков между спутниками. Созвездие образует неправильную трехгранную пирамиду, и Кербин всегда полностью находится внутри нее, поэтому вся его поверхность постоянно имеет связь со спутниками. Ура, задача завершена!

Жаль, конечно, что не получилось вернуть верхнюю ступень обратно на Кербин, плодить космический мусор не круто, но что уж тут поделать. Надо было больше делать запас топлива на всякий случай или внимательнее следить за возможной потерей связи. Хорошо, что больше нам эта проблема не грозит!