ロケット設計技術/MechJebの自動打ち上げ効率

Last-modified: 2018-10-23 (火) 18:54:20

企画の趣旨

MechJebで効率の良い自動打ち上げを模索する過程を残す。

ペイロードは3人乗りコマンドポッドとプードルエンジンからなる宇宙機で14.4トン。

screenshot1.jpg

KSP Version: 1.4.5.2243
Installed Modules:

  • ClickThroughBlocker 0.1.6.7
  • EditorExtensionsRedux 3.3.19.7
  • KerbalEngineerRedux 1.1.5.4
  • KSPSteamCtrlr autodetected dll
  • MechJeb2 2.7.4.0

sandboxモード

1号機(総コスト: 65220)

KSP Optimal Rocket CalculatorでPayload=14.4トン、Minimum Total Delta-V=4500、Local Gravity=Kerbinで探索させる。

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax X200-16 Fuel Tank
Rockomax X200-32 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2TR-38-D
Kerbodyne S3-3600 Tank
Kerbodyne S3-7200 Tank
Kerbodyne KR-2L+ "Rhino" Liquid Fuel Engine

screenshot2.jpg
fileMk1.craft

これを打ち上げる。MechJebのパラメータはデフォルトのまま。

周回軌道に乗ったときの残ΔVは3374m/s。

2号機(総コスト: 52120)

KSP Optimal Rocket Calculatorの最適化を重量からコストに変える。

caclurator.png

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax X200-8 Fuel Tank
Rockomax X200-16 Fuel Tank
Rockomax X200-32 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2Small Hardpoint
Rockomax Jumbo-64 Fuel Tank
Mk-55 "Thud" Liquid Fuel Engine x7
x2

Thudを7つつけたオレンジ缶を2本用意しろという妙な結果になった。
SRBより安いんだろうか。

screenshot4.jpg
fileMk2.craft

周回軌道に乗ったときの残ΔVは3765m/s。

3号機(総コスト: 61300)

Each stage must have a gimbaling engineのせいでエンジンの選択肢が狭くなっている気がするのでチェックを外す。

caclurator-2.png

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax Jumbo-64 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2Small Hardpoint
RT-10 "Hammer" Solid Fuel Boosterx4
3Small Hardpoint
S1 SRB-KD25k "Kickback" Solid Fuel Booster x4

screenshot9.jpg
fileMk3.craft

空気抵抗対策のノーズコーンや加熱対策の鉄骨を付けたら、液体燃料エンジンより高くなってしまった。

screenshot8.jpg

第二段が推力調整のできない固体ロケットなのでApが上がってしまった。
しかし燃費は良く209km周回軌道での残ΔVは4578m/s。

4号機(総コスト: 37120)

周回軌道に乗ってもΔVが余るので、Minimum Total Delta-Vを4500→4000へ減らす。

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax X200-8 Fuel Tank
Rockomax X200-16 Fuel Tank
Rockomax X200-32 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2Small Hardpoint
S1 SRB-KD25k "Kickback" Solid Fuel Booster x3

SRB×3本と変わった構成だが、だいぶシンプルになった。
screenshot10.jpg
fileMk4.craft

打ち上げ中に転倒事故。
screenshot12.jpg

5号機(総コスト: 38920)

転倒対策にtail finを追加。
分離したブースターが本体に当たらないように位置を調整した。

screenshot13.jpg
fileMk5.craft

周回軌道に乗ったときの残ΔVは3497m/s。

6号機(総コスト: 63920)

TWRが高い方が打ち上げ効率が良い気がするので、Initial Thrust-to-Weight Ratioを1.2→2に上げてみる。

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax X200-8 Fuel Tank
Rockomax X200-16 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2Small Hardpoint
RT-5 "Flea" Solid Fuel Boosterx4
3Small Hardpoint
Rockomax X200-32 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Enginex4

液体燃料→固体燃料→液体燃料という変わった構成になり、コストが大幅に上がってしまった。

screenshot15.jpg
fileMk6.craft

周回軌道に乗ったときの残ΔVは3521m/s。

7号機(総コスト: 44120)

Maximum # of StagesとMaximum # of Stacksの制限を緩めて、下段にSRBが選ばれるか試してみる。

caclurator-3.png

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax X200-8 Fuel Tank
Rockomax X200-16 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2Small Hardpoint
RT-10 "Hammer" Solid Fuel Booster x5
3Small Hardpoint
S1 SRB-KD25k "Kickback" Solid Fuel Booster x5

screenshot17.jpg
fileMk7.craft

SRBの採用によってずいぶんコストが下がった。
これも第二段の推力調整ができないので227km周回軌道に乗ってしまった。
残ΔVは3041m/s。

screenshot18.jpg

7号機 打ち上げ2回目

MechJebの設定でLimit AoAのチェックを外す。
AoA(Angle of Attack)とは「ロケットの先頭が向いている方向」と「ロケットの移動方向」のなす角のこと。
チェックを入れてこれを小さく制限すると空気抵抗による転倒がおきにくくなる。
チェックを外すとTurn shapeが指示する軌道の通りに打ち上げやすくなる。

ペイロードに装備したリアクションホイールだけでは姿勢制御力が足りず、MechJebが指示する進行方向(ピンクのマーカー)へ機首を向けられないようであった。

screenshot21.jpg

175km周回軌道に乗ったときの残ΔVは3316m/s。

8号機(総コスト: 43120)

ΔVが余るので、Minimum Total Delta-Vをさらに削って3,700m/sまで減らす。

1Rockomax Brand Decoupler
Rockomax X200-8 Fuel Tank
Rockomax X200-16 Fuel Tank
RE-I5 "Skipper" Liquid Fuel Engine
2Small Hardpoint
S1 SRB-KD25k "Kickback" Solid Fuel Booster x5

screenshot22.jpg
fileMk8.craft

姿勢制御力を重視して、SRBにはtail finを付けた。
周回軌道に乗ったときの残ΔVは3237m/s。

9号機(総コスト: 33510)

高いTWRを要求するとSRBが多くなるので、コスト削減しにくい。
5号機の38920を超えられない。
Initial Thrust-to-Weight Ratioを1.2に戻す。
Minimum Total Delta-Vはさらに削って3400へ。

1Heat Shield (1.25m)
FL-T800 Fuel Tank
LV-T30 "Reliant" Liquid Fuel Engine
2Heat Shield (1.25m)
S1 SRB-KD25k "Kickback" Solid Fuel Booster
3Small Hardpoint
S1 SRB-KD25k "Kickback" Solid Fuel Booster x3

screenshot25.jpg
fileMk9.craft
サブアセンブリ file14.4t_to_LKO.craft

2.5m用の液体燃料エンジンを使わないのでかなりコストを削減できた。
周回軌道に乗ったときの残ΔVは2882m/s。

9号機の打ち上げ方式検討

MechJebの設定を変えて、周回軌道に乗ったときの残ΔVを比較する。

turn shapeLimit AoA有効Limit AoA無効
30%2694*12986
40%2692*22883
50%2677*32795

コメント


*1 ペイロードの燃料を使ってしまった
*2 ペイロードの燃料を使ってしまった
*3 ペイロードの燃料を使ってしまった