天体への飛行

このページでは、惑星カービンから衛星や惑星などの天体へ飛行する方法をまとめています。

天体への飛行方法

作用圏について
　天体には、その天体の重力が及ぶ範囲の「作用圏」と呼ばれる球状の空間があります。例えば一番近い衛星の「ムン」には、地表から半径約2,200kmの範囲の作用圏があります。この作用圏を目指して飛行するのが第一の目標になります。
　そして太陽以外の天体は、別の天体の周りを回っています。これを公転と言い、「ムン」はカービンの周りをカービンの赤道と完全に平行な、高さ12,000kmの軌道で周回しています。このように軌道周回する球体をめがけて飛ぶことになります。球状の空間がなければ機体と同じになり、ランデブーと同じということになります。
　軌道を平面的に横から見た場合、完全に平行に飛んで作用圏に入れば、作用圏の一番高い部分から入れるため、最短距離で到達できることになります。また、軌道を上から見た場合の作用圏を捉えられる幅という観点から見ても、一番広い範囲と接する機会が得られることになります。こうしたことから、軌道傾斜角の差を少なくすると、作用圏に入りやすくなります。逆に差が開きすぎて作用圏の幅よりも大きくそれた場合は、作用圏に入れなくなってしまいます。

飛行(軌道)の状態
　飛行や軌道の状態には種類があり、「フライバイ」という作用圏を通過する軌道で作用圏に入り、その軌道から作用圏内で減速することで周回し、さらに減速して着陸します。フライバイから減速せずに、逆に増速するスイングバイという航法もあります。
　この段階的な飛行は、キャリアモードでは乗組員の経験値の基準になり、段階が進むほど得られる経験が多くなります。
　また段階が進むにつれて、必要Δvが多くなり、同様に、実験機会やサイエンスポイント取得倍率も増えます。

フライバイ

天体の作用圏を通過します。
他の作用圏からその天体の作用圏に入り、他の作用圏に抜けます。
軌道は近点(Pe)のみがある脱出軌道になります。
次の周回軌道に入るときも、この方法で作用圏に入り、天体重力に捉えられるように減速します。
この軌道で天体の公転エネルギーを利用して運動ベクトルを変化させること（加減速や進行方向の変化）をスイングバイといいます。
実験機会は通過高度によって高高度のみか、低高度も行なえます。

軌道周回

天体の周囲を地表や大気に接することなく周回します。遠点(Ap)、近点(Pe)ともに作用圏内にあり、脱出することのない軌道です。
上記のフライバイから近点(Pe)などで減速します。減速は動力に加えて、天体に大気がある場合はそれを利用してエアロブレーキングを行なうこともできます。
実験機会は天体の周囲に広がります。北極・南極上を通過する極軌道を通ると、天体がその下で自転することで、時間をかければ天体の全域上を通過することができます。また、高高度・低高度の境界あたりを通るようにして高度をわずかに変えれば、両高度の全バイオーム上を通過して実験ができます。

着陸

周回軌道から降下点の狙いを定めて、安全な速度まで減速して天体表面に到達します。
実験機会は最も倍率の高い地表で行なえ、大気が存在すれば上層部と低空の両方で行なう機会が得られます。

月への飛行

ムン

おそらく誰もが最初に訪れることになる天体でしょう。ムンはカービンを公転する二つの月（自然衛星）の一つで、もう一つのミンマスよりも高度が低く、カービンから近い位置にあります。ムンは現実の月と違って軌道面が完全にカービンと一致し、カービンとムンの赤道線は平行で同一線上にあります。そのため、カービンの赤道軌道からムン作用圏に届く高度まで軌道を上げれば、容易にムンの作用圏を捉えることができます。
最適なタイミングでムンの作用圏を捉えるには、ターゲットとマニューバノードが役立ちます。

ムンフライバイ

カービン赤道上を周回する軌道の遠点高度を上げて、ムンの作用圏を通過します。
カービンの高度70～80kmの低軌道から、約840m/sのΔvで到達します。
ムンをターゲットし、マニューバノードを活用すると到達しやすくなります。

機体設計例

• 帰還・再突入パートと実験機器
  操縦ポッドにパラシュートを取り付けます。ポッドのみでも全展開から減速まで500mほど必要なので、展開高度はそれ以下にはしないようにします。
  底部に耐熱シールドを取り付けて、再突入の熱から保護します。ムン作用圏を捉える高高度からの再突入は速度が高くなります。しかし断熱材は半分以下に減らしても十分に足りるでしょう。
  さらにデカプラーを挟んでサービスベイにバッテリーや実験機器を入れ、その下にサイエンスJrを追加します。

• ムン作用圏まで到達できる上段
  上段は軌道投入よりも多くの燃料を搭載します。一例として、LV-909エンジンに容量600分のFL-T燃料タンクを接続します。

• 上段の燃料を十分に残せる下段
  上段を周回軌道に乗せるまでは必要ありませんが、上段の燃料を十分に残して軌道投入できるようにします。
  一例として、容量1200分のFL-T燃料タンクにLV-T45スウィーベルを接続し、推力を60%程度に絞ったハマー2基を補助ブースターに使用します。

発射場でムンをターゲット
　機体が完成し、発射場に移動したら、Mキーでマップビューに切り替え、ムンをクリックして「ターゲットに設定」します。

周回軌道投入
　発射後、速度120m/sまたは高度2kmを目安に、5度程度東にピッチオーバーして重力ターンを開始します。
　高度が20km程度を越えたらマップビューに切り替え、AN/DNマーカーを右クリックして角度を表示させ、0.0°に近づくように上昇角度を調整します。
　そのまま重力ターンを続けて、高度70km以上の遠点付近で約2.3km/sの水平速度にして周回軌道に投入します。

マニューバノード追加・調整
　軌道を時計に見立てて、ムンの位置を12時としたときに、4時のあたりにマニューバノードを追加します。
　黄色い○の順行方向にドラッグして予測軌道を広げていくと、軌道に白い通過マーカーが現れます。マニューバノードの中央の円をドラッグして、上下のマーカーが近づくように動かすと、カービン作用圏から脱出し、ムン作用圏に入る軌道になります。
　順行/逆行のドラッグと、マニューバ位置調整で、ムンの近点高度を上げ下げできます。
　高度を上げると脱出が早くなり、カービン近点高度の増加が少なくなり、軌道速度が遅いため傾斜角変更に必要なΔvを少なくできます。
　高度を下げると、スイングバイの速度増加が多くなり、ムンの周回軌道の高度を下げるのに必要なΔvを少なくできます。

• ムン作用圏ギリギリを通過する場合
  作用圏通過だけが目的であったり、ムン作用圏で軌道傾斜角を変更する場合は、ムン作用圏をギリギリに捉える軌道を通ると、カービンへ帰還する燃料と時間を減らすことができ、軌道傾斜角変更のための必要Δvを減らすことができます。
  マニューバノードを逆行/順行にドラッグして遠点高度を調整し、白の通過マーカーがちょうど重なる位置でムン作用圏に入るようにします。
  こうするとムン軌道を脱出してカービンに戻るときの近点高度がわずかしか上昇しないので、ムン軌道を脱出し、カービン軌道の遠点で数十m/sだけ逆行噴射して大気圏再突入ができます。

• 続けて周回軌道に投入する場合
  ムンの赤道上を通る周回軌道に入る場合は、近点(Pe)が任意の高度になるように順行/逆行マーカーと中央円の位置調整をすると、少ないΔvで周回軌道に入れます。

• 増速スイングバイする場合
  カービン作用圏を少ないΔvで脱出するには、ムン増速スイングバイが効果的です。
  近点高度をムン地表に接しないようにして、なるべく低くするほど増速が見込めます。
  増速の場合は、カービンから見てムンの右側に近点がある軌道にします。

マニューバ実行
　姿勢指示器のマニューバマーカーに姿勢表示の中心点（＝機首）を合わせ、噴射開始時間0秒から必要時間分噴射します。

カービンに帰還
　ムン作用圏を脱出後、カービンの遠点(Ap)で逆行噴射し、近点(Pe)高度を30km程度にします。
　大気圏に再突入したら、燃料が残っていれば逆行噴射して減速し、耐熱シールド以下を切り離し、SASを切ってポッドの底面を向けて降下する構造を利用して減速し、パラシュートを展開して着地します。

ムン軌道周回

上記のフライバイによって作用圏に入り、近点で減速してムンを周回する軌道にします。

機体設計
　フライバイできる機体よりも、上段のΔvが350～600ほど多く残るように設計します。カービン軌道まで3400～3800、ムン作用圏まで840～860、ムン周回に250前後、ムンからカービンへの帰還に300ほど必要です。
　フライバイの機体例のブースターをハマーからサンパーに換装すれば到達可能でしょう。

赤道軌道
　前項のフライバイ軌道にしたのち、ムンをクリックして「フォーカス」し、ムンの近点にカーソルを重ねてマニューバノードを作成し、逆行にドラッグして任意の高度になるようにしてマニューバ実行します。

ムン軌道からの帰還
　ムン軌道を時計に見たててカービン方向を12時としたときに、1時から2時くらいの位置にマニューバノードを作成し、順行へドラッグします。軌道がムンを脱出してカービンの近点が現れたら、近点が30km程度になり、最もΔvが少なくなる位置を順行逆行のドラッグ量とノードの位置を動かして調整します。
　カービンの大気圏に入ったら、燃料が残っていれば逆行に噴射して減速し、燃料タンクとエンジンなどを切り離します。ポッド底面の耐熱シールドを進行方向に向けて降下します。SASを切ってもポッドの構造によってその姿勢を維持できます。パラシュートアイコンが通常色になったらステージ起動します。

ムン着陸

ムンの周回軌道から減速して、安全な速度でムン地表に着陸します。
水平・垂直両方向への速度を落としながら降下する重力ターン方式と、先に水平方向の速度を失くし、垂直に減速しながら降下する方法があります。
重力ターン方式は、燃料消費が少なくなりますが、狙った場所への着陸はしにくくなります。
垂直降下方式は、燃料消費が増えますが、狙った場所に着陸しやすくなります。

機体設計
　ムン軌道周回よりもさらに最低1200ほどΔvが多く必要になります。
着陸に使うエンジンのTWRは1以上にします。VABで右側のステージバーの一番下の合計Δvをクリックして確認します。Δvツールの高度は「真空」にしてください。これは、地形の影響で急に地表が迫ったとき等に急減速ができる減速力の確保を意味します。
　見本機体のPTシリーズ ムンスプローラーを参考にするといいでしょう。

軌道高度
　上記の方法で周回軌道にしてから、遠点近点が8～10km程度の円軌道にします。

着陸地点の選定
　太陽光が当たる面の小クレーターの少ない内陸や低地、大きなクレーターの底などが着陸に適しているでしょう。
　傾斜面への着陸を避け、着陸予定地点の高度を把握して減速の目安とするために、カーブネット接続の地形スキャンモードが役立ちます。これを行なうには、ムン軌道を周回する機体部分に、プローブコアを取り付けておきます。
　カービンから見たムンの裏側にはコムネット通信が届かずカーブネット接続ができないため、カービンに面した側で太陽光を受ける部分をスキャンするのが望ましいでしょう。

電波高度計に視点を合わせる
　Cキーを押して機内視点(IVA)にして、「電波高度計」を探します。速度が数字で書かれたパネルと、ボールコンパスとスロットルレバーも見えるようにしておくとよいでしょう。
　こうしておくと、3km以下の地面との距離が分かり、Cキーを押せば外部視点とこの視点にいつでも切り替えられます。

着陸例(重力ターン方式)
　着陸地点に近づいたら、逆行に噴射減速して、着陸を開始します。高度計が6000mになるまでに300m/s以下まで落とします。
　Cキーで機内視点にし、ボールコンパスの逆行マーカーに合わせながら、電波高度計を見て、高度3kmまでに300m/s以下、2kmで200m/s以下、1kmで100m/s以下まで減速し、100mまでに10m/s程度まで減速します。
　Cキーで外部視点に切り替え、地表との距離を機体の影で確認しながら、2～5m/sまで減速して着地します。

注意点
　逆行マーカーは地表に近づくにつれて水平線から頂点へ移動します。常に合わせないと地面に対して垂直に降りれず、転倒の恐れがあります。必ず着地まで合わせ続けてください。
　平坦でない場所などで、SASの逆行維持が追従しきれないときは、手動制御で合わす必要があります。
　速度基準は自動的に対地速度になりますが、軌道速度に変えると速度を0m/sにしても自転速度が残って垂直に着陸できなくなってしまいます。

ムン地表からムン周回軌道へ
　ムンの地表を離れ、ムンの周回軌道に乗ることは比較的簡単です。
　まず、着陸地点から上昇する方向の地形を見て、高い場所があるかを確認します。クレーターの底であったり、飛行経路に丘や山がある場合は数km垂直や斜めに上昇してから機体を水平にします。大して高い地形がなければ離床してすぐに機体を水平にします。
　Mキーでマップビューに切り替え、遠点を最低5、6km以上の高度にし、遠点に近づいたら再加速して近点高度も同様に上げれば完了です。カービンへの帰還は、前項のムン軌道周回に書いてある方法で行なってください。

ミンマス

ミンマスは、ムンよりも高い軌道を周回するカービン第2の衛星です。軌道はカービン赤道軌道に対して6度傾斜しています。カービンからミンマス作用圏まで到達するのに、約9日ほどかかります。重力がムンの4分の1程度と非常に弱く、平原という凍った湖面のような地形は海抜0mのため、着陸しやすく、着陸脚がなくても転倒する危険がありません。

打ち上げウィンドウ
　ミンマス軌道と発射場が交差するタイミングを見計らって打ち上げると、傾斜角合わせに要する燃料を節約できます。マップビューでカービンの中心点と発射場とミンマス軌道が交差するときが最適なタイミングです。発射上昇し、東に向かい、通り過ぎた軌道と重なったときに傾斜角が合うように飛行する角度を変えて合わせます。

ミンマスフライバイ
　カービン低軌道から約930m/s前後のΔvで到達します。ミンマスの作用圏はムンとほぼ同程度の範囲があるため、捉えるのは容易です。
スイングバイを行なっても、天体の重力が低いため、速度変更はあまり見込めません。

ミンマス軌道周回
　ムンと同様にフライバイから近点などで減速します。軌道高度は最高地点の5kmよりも高い高度がよいでしょう。必要Δvはムンの半分ほどで済みます。
　自転速度はムンの6倍、カービンの2倍速いため、ミンマスの赤道から離れた指定地点の通過や着陸は難しくなります。
　帰還はムンと同様に、カービン方向への脱出軌道で行なうとよいでしょう。ムンよりも高い高度からの大気圏再突入になり高速になるため、耐熱シールドの断熱材は多めにする必要があります。

ミンマス着陸
　軌道速度と重力が低いことから、ミンマス着陸に必要なΔvはムンの3分の1ほどで済みます。湖のように見える平原は、海抜0mで平坦なため、高度計どおりの高度で着地でき、転倒の恐れもありません。ミンマスは重力が低いため、わずかなトルクでも姿勢を保てるので、着陸脚は必要ないほどです。

他の惑星への飛行

ムンやミンマスよりも遠い天体へ飛行するには、カービンの作用圏を脱出する必要があります。

カービン圏からの脱出と太陽軌道
　カービンの軌道で順行に加速して、第2宇宙速度に到達すると、遠点が作用圏の外に出て、カービン作用圏を脱出する軌道になります。この軌道通りに進んでいくと、太陽を周回する軌道に出ます。ドゥナやイブなどの惑星へ向かうときには、この太陽軌道を経由して行くことになります。

弾道捕捉
　カービン軌道で加速して遠点が上がっていった先に、ちょうど目標天体の作用圏があると、短時間かつ少なめのΔvで到達できます。これを弾道捕捉と呼び、これを行なうには、太陽からカービンと目標天体を結ぶ線がつくる位相角が最適なときに、カービンから脱出する角度も最適な角度に合わせて加速する必要があります。
　海外有志の方が作成したTrasfar Calculatorで天体を選択して軌道高度を入力すると、位相角と脱出角や脱出速度が分かります。

エアロブレーキング
　大気が存在する天体は、空気抵抗を利用して減速することができます。一定の大気密度があれば、作用圏内に留まったり、周回軌道に入ることができます。これは着陸にも利用でき、浅い角度で長く大気を通るようにすることで、より多く減速することができます。

ドゥナ

ドゥナは現実の火星がモデルで、太陽を公転する天体の中で、カービンの次に高い公転軌道を周回する惑星です。カービンとの軌道傾斜角の差はわずかで、カービンよりも薄い大気がありエアロブレーキングが行なえるため、到達しやすい天体です。

必要Δv一覧

弾道捕捉
　太陽に対してカービンが3時方向のときに、ドゥナが1時半、位相角では約45°のときに、カービン周回軌道から脱出角度約150°でΔv約1000m/s分、速度約3.36km毎秒まで加速し、ドゥナ作用圏に直接入るとΔvを節約できます。正確な値はカービン周回軌道の高度や実際の位相角によって変わります。
　弾道捕捉を行なわずに太陽軌道からランデブーのようにフライバイしようとすると、カービン作用圏を脱出してからさらに1000程度のΔvが必要になる場合があります。

エアロキャプチャ
　上記の弾道捕捉によるフライバイ軌道の近点を15km前後にすると、エアロブレーキングによってそのまま周回軌道に入ることができます。カービン周回軌道から直接できないときは、上記の加速を行なってから軌道を修正しましょう。
　カービン大気圏への再突入のときほどの軌道速度、大気密度ではないので、熱対策は最低限で十分でしょう。ただし高度を低くしすぎると地表に接する準軌道になってしまい、加速が必要になったり、最悪の場合そのまま着陸しなければならなくなります。これを利用してそのまま着陸しようとすると、着陸する場所を選べないため、高地など着地点が斜面になりやすく、長くエアロブレーキングできない可能性が高くなるため、非常に危険です。

着陸
　バイオーム「内陸の海」などの標高の低い着地点をめがけて、近点を高めにして浅い角度で厚い大気層を長く通るようにしてエアロブレーキングとエンジン噴射を併用しながら減速し、地表から数百mでパラシュートを展開することで、1000以下のΔvで着陸できます。

地表から軌道へ
　地表から50km以上の周回軌道に到達するには1400程度のΔvが必要で、カービンよりも鋭角な重力ターンを行ないます。高度50km以上で軌道速度約900m/s以上に到達すれば、大気に接することのない周回軌道を飛行できます。

周回軌道からカービンへの帰還
　ドゥナが太陽に対して3時方向のとき、カービンが5時半、位相角では約-75°のときに、ドゥナ周回軌道から脱出角度約123°で、Δv約615m/s、軌道速度約1510m/sまで加速して、カービン作用圏へ入る軌道にします。
　カービンの近点を50km以下にしますが、浅い角度で大気圏に入るために、あまり低すぎる高度にはしないでください。ポッドなどの操縦装置と最低限必要なパーツのみにしてエアロブレーキングを行ない、パラシュートを開き着地します。

コメント

• 　 -- 2021-12-01 (水) 16:40:29