Duna : Est-il toujours plus efficace de faire une aérocapture que de faire une combustion de capture ?

Question

Je sais que ça semble être une question stupide, mais écoutez-moi.

Les brûlages de capture sont évidemment extrêmement coûteux, car le vaisseau spatial doit transporter une grande quantité de carburant jusqu'à Duna. Cependant, les boucliers thermiques sont également assez massifs. Pour les vaisseaux spatiaux de plus grande taille (par exemple, une mission de retour), équipés de moteurs de grande ou de très grande taille, et surtout de boosters détachables, je me demande si la masse des boucliers thermiques ne pèse pas parfois plus que le carburant qui serait nécessaire pour effectuer une combustion de capture. D'après ce que j'ai compris, les boucliers thermiques ne sont pas nécessaires sur Duna à partir d'une orbite basse, d'après les relevés suivants :

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Mais on peut supposer que les boucliers thermiques sont importants lors de l'entrée dans l'atmosphère en orbite hyperbolique (non ?).

Existe-t-il des situations (compte tenu de la masse du vaisseau, du profil de descente, de la vitesse de transfert, etc.) dans lesquelles le fait d'avoir des boucliers thermiques rend le vaisseau plus massif qu'une simple combustion de capture ? En ce qui concerne cette question, quelles sont les meilleures pratiques lors de la conception d'un vaisseau spatial ?

La raison de ma question est que je suis en train de construire un outil de planification de mission et je ne veux pas faire une supposition générale que les boucliers thermiques sont toujours la voie à suivre.

Answer 1

Je veux que cette réponse soit pertinente pour tous les joueurs, donc elle est remplie d'images et de trucs de base. La réponse à votre vraie question devrait se trouver à la fin.

TLDR : L'aérocapture est plus efficace la plupart du temps. Surtout si vous atterrissez de toute façon.

Vous pouvez utiliser l'aérofreinage pour capturer en orbite de la planète, ce qui vous fera gagner jusqu'à 700m/s sur Duna.

Cela dépend vraiment, vraiment, de votre métier. Le bouclier thermique pèse une tonne ou deux, et ne se soucie guère de la taille de votre vaisseau. Sur un petit vaisseau, il peut peser plus que son équivalent en carburant + moteur. Sur les plus gros, il sera à peine perceptible et le carburant nécessaire restera dans les mêmes proportions que la cargaison.

Si votre vaisseau est suffisamment solide pour survivre dans l'atmosphère, ou si vous devez atterrir de toute façon, l'aérofreinage est le choix idéal.

Exemple pour Oui : Cet horrible atterrisseur que j'ai rapidement collé ensemble bénéficiera grandement de l'aérofreinage. Il a beaucoup de carburant, mais l'aérofreinage l'augmentera de ~18%.

Conseil : vous pouvez diminuer la quantité d'Ablator dans le bouclier thermique pour réduire considérablement sa masse (1 unité d'Ablator fait 1kg). Même vide, le bouclier thermique fonctionnera parfaitement grâce à sa haute tolérance à la chaleur. Il protégera toujours les parties fragiles du vent et de la chaleur (jusqu'à ce qu'il explose). Au cas où vous seriez curieux : à des vitesses folles, le heatshield peut surchauffer si l'ablator ne le refroidit pas assez vite.

Bien sûr, il y a des exceptions notables. Des sondes ioniques fragiles et minuscules peuvent avoir un delta V de 10 000 et ne pas dépasser 10 tonnes. Un grand vaisseau nucléaire interplanétaire peut également contenir 10 000 dV et ne pas s'effondrer dans un trou noir. Tout ce qui a ISRU peut juste extraire plus de carburant quand c'est nécessaire. Dans ce cas, l'aérofreinage compliquera inutilement les choses et introduira de nouveaux dangers sans raison valable.

Exemple pour Non : Cette sonde peut aller n'importe où sans aérofreinage, alors pourquoi s'en préoccuper ?

L'aérofreinage est un Delta V libre. Mais à quel point est-il vraiment libre ?

Il faut environ 700 ms pour circulariser en orbite basse de Duna à partir d'un transfert efficace de carburant. Combien font 700 ms ? Il est temps de faire de la science ! (Si vous voulez faire des maths, alors vous avez besoin de la masse de carburant, de l'ISP et de la formule DeltaV)

Prenons une cargaison de 100 tonnes, pour simplifier les calculs :

L'ion est de ~4 tonnes, ~90k crédits, ~18k Xenon et prendra de nombreuses heures. Cela ne fonctionnera pas car vous devez brûler aussi vite que possible pour éviter de gaspiller du carburant. Vous aurez besoin de plus de poussée (plus de masse dans les moteurs) et de carburant (encore de la masse...). Et je n'ai même pas encore ajouté de panneaux solaires ;)

Allons-y pour le nucléaire ! 14k crédits, 15 tonnes. 20 minutes. Toujours trop long pour une combustion en PE faible. Et je n'ai même pas encore ajouté de radiateurs ;)

Une fusée classique économe en carburant n'est pas beaucoup mieux. 30 tonnes, 7k crédits. 5 minutes. Toujours trop long pour une combustion efficace.

Et quand on veut rendre cette brûlure assez courte, on se retrouve avec une blague. Il serait préférable de circulariser sur Duna avec le même bloc moteur que celui utilisé pour circulariser sur Kerbin et transférer sur Duna, sinon un si gros moteur sera une masse morte.

Et maintenant l'aérofreinage avec une circularisation minuscule (parce que vous devez soulever PE de l'atmosphère pour rester en orbite). ~9 tonnes sans min-maxing.

Si l'on ignore la question de la masse morte (moteurs, solars, etc.), le rapport propulsion/charge utile sera à peu près le même pour différentes masses de cargaison.

• Ion : 4%
• Aérofreinage : 9%.
• Nucléaire : 15 %.
• Fusée chimique faible : 30%
• Fusée chimique forte : 40%

Bien sûr, dans le monde "réel", la pénalité de masse sera plus élevée (plus de moteurs, plus de pièces structurelles, etc.).

Cela signifie que l'aérofreinage permet d'économiser entre 5 et 50 % de la masse du vaisseau. Et plus votre vaisseau est grand, plus vous devrez choisir une pénalité élevée.

Alors, à quel point c'est gratuit ? Demandez à Équation de la fusée tyrannique ou Il suffit de regarder les images ici . Après tout, vous devez mettre cette chose en orbite autour de Kerbin et ensuite la transférer sur Duna !

Note : Vous pouvez diviser la combustion de capture pour augmenter l'efficacité du carburant (la combustion idéale est instantanée, le carburant est gaspillé à mesure que le temps augmente). Et l'aérofreinage en plusieurs passes pour augmenter la capacité de survie. Assurez-vous simplement de brûler/freiner suffisamment fort pour rester dans la sphère d'influence (SoI) de Duna, ce qui nécessite un delta-V d'environ 300 m/s à partir d'un faible PE.

Exemple : Deux brûlages, 300m/s pour rester dans le SoI, puis 350m/s pour circulariser. Chaque combustion supplémentaire peut être plus longue parce qu'en diminuant la vitesse au PE, vous resterez plus longtemps près de celui-ci.

[Comment inclure l'aérofreinage dans la planification de la mission ?

C'est la vraie question que vous avez posée. La planification des missions est assez complexe. Et ça dépend vraiment, vraiment, de votre mission. Je ferai de l'aérofreinage là où cela a un sens, et je l'ignorerai là où cela n'en a pas, en espérant présenter les avantages et les inconvénients sous une forme simple. Je vais aussi ajouter un tas d'objets sans rapport avec l'aérocapture, simplement parce que je m'amuse trop pour me limiter, cela prendra deux ou trois jours pour le terminer :)

D'ici la fin de l'expédition, nous devrions avoir des exemples d'un grand nombre d'approches pratiques de Duna. J'espère que votre projet en bénéficiera.

Je vais le faire en plusieurs lancements, en construisant une flotte, pour éviter les ralentissements du jeu et les fusées moches. Tous les lancements et les manœuvres seront effectués efficacement par MechJeb, parce qu'après quelques centaines de fois ce genre de choses devient ennuyeux et j'ai Netflix sur le deuxième écran ;) Le transfert vers Duna sera le plus bas Delta-V style Hohmann. Je crois que votre planificateur de mission vous suggérera de faire de même.

Tous les métiers doivent être faciles à utiliser, avec une grande marge d'erreur, et ne pas être limités à Duna, car je voudrais que tous les joueurs puissent les utiliser. Il sera fait en Sandbox donc aucune contrainte de niveau de technologie ne sera appliquée.

Deux LittleBrother's pour les orbites polaires de Ike et Duna. Avec un peu de chance, je pourrai faire de belles assistances à la gravité avec eux. J'ai utilisé petit Cubic Strut pour construire le module Quad-Dawn. Comme il s'agit d'un vaisseau ionique, j'ai utilisé le carburant de réserve pour atteindre une orbite de 25 km, en réduisant la combustion de fuite de ~1100 m/s à ~600 m/s.

Les GentleImpactor atterriront à différents endroits sur Duna, je pense que quatre seraient un bon chiffre. Deux iront vers les pôles après avoir rebondi autour d'Ike, les deux autres atterriront directement sur Duna. Rien de spécial, juste un tas de pièces scientifiques. Ils effectueront une aérocapture et atterriront ensuite.

Les transferts d'équipages se feront avec deux SpaceBoat's. Il devrait être capable d'atterrir sur Ik et, je l'espère, de se remettre en orbite également. Ils sont également équipés d'un système d'atterrissage planétaire d'urgence.

Et Kerberus lui-même ! Il transportera tout l'équipage, et servira de stockage de carburant. Près de mille tonnes d'explosif ! Vous devriez pouvoir remarquer deux SpaceBoat's amarrés sur ses flancs. A son sommet, vous pouvez voir le module de retour. Il a volé mieux que prévu. Je prévois de le capturer avec une combustion nucléaire en orbite haute, ainsi il sera proche d'Ike et de Duna (les bateaux ont une courte portée).

Bien sûr, une bonne mission nécessite un laboratoire pour maximiser la science. Malheureusement, un drone parasite s'est attaché au dernier côté vide du laboratoire ;)

Je suis toujours en train d'assembler la flotte, il y a besoin d'un mineur/raffinerie avec des vaisseaux de soutien et des atterrisseurs Ike/Duna avec équipage. J'aimerais également larguer quelques rovers et livrer un avion ou un avion spatial, peut-être ionique, pour voler autour de Duna. Si quelqu'un a une idée de ce qu'il faut envoyer (stock seulement), n'hésitez pas à commenter, l'expédition prendra beaucoup de temps, je vais donc la commencer ce vendredi.