RP-1/상승에 대한 입문서
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1. 사전 소개[편집]
이 문서는 높은 TWR/낮은 연소 시간 로켓이 20도 정도의 피치 각도에서 정상적인 궤도 삽입이 끝날 때 완전히 정상적으로 연소되는 경우를 다룹니다. 로켓이 지구를 향해 방사상으로 곧장 연소하는 데는 적어도 네 가지 문제가 있으며, 이 위키 페이지에서 설명하는 것보다 더 큰 문제가 있음을 나타냅니다:
사전 소개 ==
이 문서는 높은 TWR/낮은 연소 시간 로켓이 20도 정도의 피치 각도에서 정상적인 궤도 삽입이 끝날 때 완전히 정상적으로 연소되는 경우를 다룹니다. 로켓이 지구를 향해 방사상으로 곧장 연소하는 데는 적어도 네 가지 문제가 있으며, 이 위키 페이지에서 설명하는 것보다 더 큰 문제가 있음을 나타냅니다:
- 충분히 공격적인 피치 프로그램(피치 시작이 너무 높거나 피치 속도가 너무 낮음)을 사용하지 않아 로켓이 maxQ를 통과할 때쯤이면 피치 각도가 매우 높아져 수평을 충분히 빠르게 가리키기 어렵고 아포앱시스가 너무 높게 올라가는 경우입니다. 이 문제는 사용자가 제어할 수 있으며 수정할 수 있습니다. 일반적으로 피치 속도를 초당 2도로 높이면 피치 시작을 25m/s로 떨어뜨려 보세요. PVG에 대한 설명서를 읽어보세요.
- 연료가 남은상태에서 Coast Phase[1] 돌입사용. 오늘(2023년 3월 9일) 현재 CKAN에서 사용할 수 있는 PVG 버전은 코스트가 있는 잔여물을 잘 처리하지 못하며 부스터 단계가 연소되어 아포압을 계속 올리기 때문에 궤도 삽입 매개변수를 달성하기 위해 후반 단계에서 강하게 연소해야 할 수 있습니다. 이는 잔여물이 예측과 비교하여 얼마나 오래 연소되는지에 따라 무작위로 나타납니다. 해결 방법은 고정 코스트 길이를 0초로 설정하는 것입니다.
- 항공 전자 장치가 부족합니다. 이 문제가 발생하면 PVG 상태 창에 대문자로 표시되며, 일반적으로 항공 전자 장치가 부족하다는 일반적인 메시지가 화면에 깜박입니다(보통 부족 단계에 진입하면). 로켓은 항공 전자 장치 한계 이하로 연소되어 다시 제어할 수 있게 될 때까지 유도되지 않은 소리 로켓처럼 작동합니다. 그러면 아포압시스가 다시 삽입 고도 위로 올라갑니다. 해결 방법은 올바른 항공 전자 장치로 로켓을 재건하는 것입니다.
- 아포앱시스 부착. 때때로 PVG가 목표 궤도의 아포앱시스 대신 페리앱시스에서 부착을 시도하는 경우가 있습니다. 여기에는 아래에 강조 표시된 모든 문제가 있지만 최적화 프로그램이 유효하지만 원치 않는 높은 고도의 솔루션을 찾기 때문입니다. 이에 대한 해결책은 "Attach Altitude(고도 부착)"를 사용하여 페리랩시스에 강제로 부착하는 것입니다. 최신 버전의 PVG에서는 이 옵션의 이름이 "번아웃 고도"로 변경되었으며, 해당 버전에서는 옵티마이저가 아포앱시스 부착을 피해야 합니다.
2. 소개[편집]
RO/RP-1에서 상승 비행을 배우는 것은 어려울 수 있습니다. 2500 x 150km 궤도에 충분한 델타 V를 가지고 있다면 400 x 400km도 충분히 할 수 있을 것 같죠? 그렇게 간단하지 않습니다. 그렇다면 왜 PVG는 로켓을 여러분이 요청한 것보다 훨씬 더 높은 아포앱스까지 가져가는 걸까요? 그 이유를 알아보려면 먼저 궤도의 아포앱시스와 페리앱시스가 실제로 무엇인지에 대해 이야기해야 합니다.
3. 아포앱시스와 페리앱시스[편집]
RO/RP-1 이전에 KSP를 한 번이라도 플레이해 보셨다면 아포앱시스와 페리앱시스를 접해 보셨을 겁니다. 아포앱시스와 페리앱시스는 궤도의 가장 높은 지점과 가장 낮은 지점입니다. 하지만 이 간단한 정의에서 몇 가지 다른 세부 사항을 알 수도 있고 모를 수도 있습니다.
- 여러분은 현재 가장 빠르게 수평으로 이동하고 있습니다. 오베르트 효과 때문에 이 시기가 점화하기 가장 좋은 시기라는 이야기를 들어보셨을 겁니다.
- 아포앱시스에서 수평으로 가장 느리게 움직이고 있습니다. 이때가 궤도면을 바꾸기에 가장 좋은 시기라는 이야기를 들어보셨을 겁니다.
하지만 여기서 "수평으로"라고 말한 것이지 전체적으로 가장 빠르다고 말한 것은 아닙니다. 아포앱시스와 페리앱시스에는 또 다른 특징이 있는데, 바로 수직 속도가 0이라는 공통점이 있기 때문입니다. 페리압에서 아포압으로 올라가는 동안에는 상승하고 있으며, 일단 페리압에 도달하면 한 순간 동안은 상승하지도 하강하지도 않다가 다시 페리압으로 돌아가서 다시 하강하기 시작합니다. 이 과정은 페리시스에서 역으로 반복됩니다.
이제 이것이 비행 등반과 어떤 관련이 있는지 궁금할 것입니다.
4. 궤도 삽입[편집]
위에서 보았듯이, 궤도에서 수직 속도가 0인 지점은 아포앱시스와 페리앱시스라는 두 지점뿐입니다. 이 진술을 뒤집어 보면, 수직 속도가 0이 아니라면, (가) 페리앱시스보다 높고 (나) 아포엡시스보다 낮습니다. 정의상 수직 속도가 양수인 경우 페리엡시스가 뒤쪽에 있고 아포엡시스가 앞에 있으며, 수직 속도가 음수인 경우 아포엡시스가 뒤쪽에 있고 페리엡시스가 앞에 있는 것입니다.
이는 상승할 때 중요한데, 상승할 때 얻는 궤도가 세 가지 요소의 산물이라는 것을 의미하기 때문입니다:
- 상승 연소가 멈추는 고도.
- 번아웃 시점의 수평 속도.
- 소진 시점의 수직 속도.
보통은 2와 3을 합쳐서 속도 벡터라고 부르지만, 이 경우에는 의도적으로 분리해 두었습니다.
KSP에서 왔다면, 여러분은 위쪽으로 연소하여 아포앱시스를 설정한 다음 그 아포앱시스에서 원형화("삽입" - 원형화는 궤도 삽입의 특별한 경우로, 결과 궤도의 편심이 매우 낮습니다)하는 상승에 익숙할 것입니다. 원궤도를 설정하려면 아포앱시스(문 주위를 원궤도화하는 경우에는 페리압시스)에서 해야 한다는 위의 B의 함의에 이미 무의식적으로 익숙해져 있을 것입니다. 하지만 이 규칙을 일반화해 보자면, 정점 전후에 삽입하려면 삽입이 끝날 때 수직 속도가 0이어야 합니다. 하지만 삽입 전후(또는 아포앱시스)에 원하는 고도에 도달해야 합니다.
5. 번타임(당신의 페리압시스와 당신)[편집]
위의 3,4 에서 페리엡시스(상승의 일반적인 경우-원 궤도로 가거나 편심 궤도로 가고 중력 손실이 적어 아포엡시스보다 페리엡시스에서 삽입하는 것이 훨씬 저렴함)에 삽입하려면 원하는 페리엡시스 고도에 도달하고 궤도에 필요한 수평 속도(즉, SMA[2]와 AP,PE의 조합)에 도달해야 한다는 것을 알 수 있습니다.즉, SMA, 즉 전후순간과 후순간을 합한 값), 마지막으로 수직 속도가 0이거나 매우 가까운 지점에 도달해야 합니다.
궤도에 도달하는 데 10분 이상 걸리는 최신 발사체는 이 부분에서 유연성이 뛰어납니다. 하지만 토르-에이블, 아틀라스, R-7과 같은 초기 발사체는 연소 시간이 5분 정도에 불과합니다. 연소시간이 중요한 이유는 무엇일까요? 연소시간이 5분이라면 반드시 그래야 하기 때문입니다:
* 1.페리압시스 고도에 도달해야 합니다.
* 2.시간 내에 도달할 수 있도록 많이 연소해야 하며, 또한
* 3.연소가 끝날 무렵에 많이 연소하여 빠르게 도달할 수 있었던 과도한 수직 속도를 모두 상쇄해야 합니다.
그리고 그 모든 과정에서 궤도에 필요한 수평 속도도 모두 쌓이게 됩니다.
여기서 중력이 도움이 됩니다. 중력은 수직으로 감속하여 (3)을 도와줍니다. 연소 시간이 긴 로켓의 경우 중력은 아래쪽으로 연소할 필요가 없을 정도로 많은 도움을 주지만, 초기 발사체의 경우 150km와 같이 매우 낮은 주기로도 일부 연소해야 합니다. 초기 로켓으로 코스트를 사용하면 목표 고도에 도달하는 시간을 효과적으로 연장할 수 있으므로 (3)의 구성 요소를 제거하고 (2)에 적용하는 데 필요한 속도를 낮출 수 있습니다.
이렇게 생각해보면 초기 로켓에 낮은 페리압시스(또는 긴 관성주행)을 사용해야 하는 이유가 분명해집니다. 위쪽으로 너무 빨리 연소하여 5분이 다 되기 전에 300km에 도달하고 아래쪽으로 연소하여(300km로 가는 동안 수직 속도가 느려집니다!) 300km에서 수직 속도가 0이 되도록 하는 데 엄청난 비용이 들기 때문입니다. 위쪽으로 연소하는 데 더 많은 델타 V를 소비할수록 나중에 이를 상쇄하기 위해 더 많은 델타 V를 소비해야 하기 때문입니다(즉, 상쇄하는 데 더 오랜 시간이 걸리므로 최대 수직 속도보다 느린 시간에 더 많은 위쪽으로 연소해야 하는 등).
6. PVG가 내 아포앱스를 지나서 소각되는 이유는 무엇인가요 / PVG가 소각되는 이유는 무엇인가요?[편집]
위의 D를 감안하면 답은 꽤 명확할 것입니다. PVG에 주어진 궤도에 도달하도록 지시하면 PVG는 사용자가 요청한 대로 정확하게 수행합니다(가능한 경우라면 충분히 높은 아포앱시스는 불가능할 것입니다). 400 x 400km를 요청한다고 가정해 보겠습니다. 연소 시간이 5분 정도인 초기 로켓이 있다면 다음과 같이 작동해야 합니다: PVG는 5분이 끝났을 때 고도 400km, 궤도 속도 초속 7.8km, 수직 속도 0m/s에 도달해야 합니다. 이를 달성하는 방법은 로켓을 위로 연소시킨 다음(위로 연소를 멈추기 전에 400km가 훨씬 넘는 아포압을 볼 수 있음), 로켓을 아래로 연소시킨 다음(아포압이 천천히 400km로 내려가서 로켓이 400km까지 상승하는 것과 동시에 400km에 도달해야 함), 옆으로 연소시키면서(궤도 속도 7.8km/s를 달성하기 위해) 로켓을 연소시키는 것입니다.
7. 좋아요, 이제 어떻게 해야 하나요?[편집]
세 가지 선택지가 있습니다.
- 1.다른 발사체를 설계합니다. 이는 현실적인 해결책이 아니며, 특히 최적의 해결책이 아니므로 폐기하겠습니다(400×400km 궤도로 직접 상승하는 것은 주차 궤도로 상승하는 것보다 비용이 훨씬 많이 듭니다).
- 2.관성주행. 코스팅을 할 수 있는 로켓 설계가 있다면 허용 가능한 솔루션이지만(코스팅 단계에서 유도 및 ullage와 방향 제어를 위한 RCS가 모두 필요함), 코스팅은 중력 손실이 상당히 크기 때문에 최적의 솔루션은 아닙니다.
(3)은 델타 V 측면에서 가장 저렴하기 때문에 선호되는 옵션이지만, 추가 단계 또는 재점화 가능한 엔진이 필요하며, 최종 주기에 너무 신경 쓰지 않거나(예를 들어, 초기 Comsat 계약에서 요구 사항이 x 값 이상의 Ap, y 값 이상의 Pe인 경우) 추가 단계(또는 재점화 가능한 엔진)에 대한 완전한 지침이 있어야 합니다. 작동 방식은 다음과 같습니다. PVG에 150km를 전후 고도(원하는 고도)로 발사하라고 지시합니다. 그런 다음 아포앱시스에서 기동 노드를 만들어 원하는 값으로 아포앱시스를 변경합니다. 마지막 단계가 유도되지 않은 경우 노드를 조준하고 스핀업한 다음 상단 단계를 분리하고, 재점화가 가능한 엔진이나 유도된 마지막 단계가 있는 경우 정상적으로 기동을 실행하면 됩니다. 축하합니다, 초당 수백(또는 충분히 높으면 수천) 미터의 델타 V를 절약했습니다!
8. 요약[편집]
한 문장으로 요약합니다: 원시 델타-V뿐만 아니라 연소 시간도 중요합니다.
왜 그럴까요?
MechJeb에 주어진 공전 주기로 궤도에 진입해 달라고 요청할 때 실제로는 여러 가지를 요청하는 것입니다:
- 1.요청된 공전 주기에 도달하면 궤도(즉, 수평) 속도에 도달한 것입니다.
- 2.요청된 공전 주기에 도달하면 수직 속도가 없습니다. 이것이 정의에 따라 페리엡시스를 앱시스로 만드는 이유입니다: 궤도에서 가장 낮은 지점이므로 이 지점을 통과할 때 수직 운동이 역전(내려가는 → 올라가는)됩니다. 즉
그런 다음, 그곳에 도착하면 상승을 멈추기 위해 하강 가속을 해야 합니다.
이 점(2)을 바로 알 수 없기 때문에 (a) MJ가 사용자가 요청한 것보다 더 높은 아포앱시스까지 보낸 다음 연소하고, (b) 200x1500km 궤도에는 도달할 수 있지만 400x400km 궤도에는 도달하지 못하는 경우가 발생합니다.
(2.1)과 (2.2)는 모두 시간과 에너지가 필요합니다. 결승선에서 멈춰야 하는 이상한 달리기 경주를 생각해보세요: 전력 질주했다가 속도를 늦추는 데는 걷는 것보다 훨씬 더 많은 노력이 필요합니다. 초기 LV는 결승점까지 전력 질주해야 하는데, 그 시간(약 5분)이 소모할 수 있는 모든 시간이기 때문입니다. 즉, 올라가기 위해 엄청난 양의 에너지를 소비하고(높은 아포앱시스), 마지막에 속도를 늦추기 위해 똑같이 엄청난 양의 에너지를 소비하여 연소해야 합니다. 그리고 어느 순간에는 에너지 요구량이 너무 많아져 LV가 감당할 수 없게 됩니다.
이 문서의 내용 중 전체 또는 일부는 2023-11-19 02:31:57에 나무위키 RP-1/상승에 대한 입문서 문서에서 가져왔습니다.