Пользователь
209,6
рейтинг
23 июля 2013 в 21:19

Интересно и познавательно: наблюдаем вехи истории космонавтики с Orbiter tutorial



Животные и люди умеют обучаться, играя. В самом деле, что может быть лучше — и интересно, и познавательно. Компьютерные игры не являются исключением, с некоторыми из них можно учиться. Я очень удивился, когда, поискав по Хабру, узнал, что космический симулятор Orbiter всего пару раз мельком упоминался здесь. Бесплатный космический симулятор с открытой для аддонов архитектурой и честной ньютоновской физикой оказался незаслуженно обойдённым вниманием. Наверное, из-за своей требовательности к начинающему игроку.


Введение


Честная ньютоновская физика — редкий гость в играх, посвящённых полётам в космосе. Такие проекты можно пересчитать по пальцам: Orbiter, Kerbal Space Program и малоизвестные или забытые Space Shuttle Mission 2007 и Microsoft Space Simulator 1994 года. Дело в том, что серьезное отношение к орбитальным полётам требует предварительного изучения руководств по игре и понимания орбитальной механики (она рассказана в мануале, но кто ж их читает?). Запустить игру после установки и сразу окунуться в неё, получая удовольствие, здесь не получится. И интереснейший проект известен лишь небольшой доле упорных фанатов. Отсюда растут идея этой статьи и две цели, которые мы попытаемся достигнуть:

  • Игровая: вызвав интерес к этой игре, мы повышаем количество людей, которые прочитают мануал и которым хватит заинтересованности пройти кривую обучения до участка, где она начнёт приносить удовольствие.
  • Образовательная: благодаря сообществу фанатов, которые разработали множество аддонов для игры, мы можем стать виртуальными свидетелями важных космических событий. Вы можете посмотреть на них сами. Можете показать вашим детям. Даже в образовательном заведении можно показывать эти полёты на уроках от физики до истории.

Для обеспечения наименьшего порога вхождения все перечисленные ниже сценарии не предполагают вашего активного участия — достаточно поставить игру, аддоны, и наблюдать за разворачивающимися событиями.

Необходимое начало


Прежде всего, помните о хабраэффекте, какие-то сайты могут отвалиться от наплыва пользователей.
Скачиваем последнюю версию игры (100830): официальная страничка, второй источник, ещё один вариант, торрент на rutracker.
  1. Аддон «Проект Р-7»
  2. Аддон к «Проекту Р-7» «Блок Е, Луна 1-3»
  3. Аддон к «Проекту Р-7» «Блок Л, „Молния“, „Луна-9“»
  4. Аддон «Ранние миссии Р-7»
  5. Аддон КК «Восток»
  6. Аддон «AMSO Apollo»
  7. (Необязательно) Дополнительные текстуры Земли и Луны (большего пока не надо): ссылки, торренты.
  8. (Необязательно) Улучшенные текстуры Байконура: отсюда


Установка: сначала устанавливаем саму игру. Затем аддоны (просто раскпаковываем в папку игры) в следующем порядке: «проект Р-7», «Блок Е», «Блок Л», «Р-7: ранние миссии», «Восток», «AMSO Apollo».

Если какой-то сайт упал под хабраэффектом, можно попытаться установить вот этот вот сборник аддонов поверх установленной игры.

Также рекомендую открыть вкладку Video и выставить там режим работы «Window» с параметрами экрана равными вашему разрешению монитора. Так будет удобнее.

Заря космической эры


1957 год. С 1 июля начался Международный геофизический год. США объявили о своём намерении запустить искусственный спутник Земли. Но тут внезапно наступило 4 октября, и над планетой зазвучали «бип-бип-бип» «Спутника-1». Давайте посмотрим на это эпохальное событие. В реальности запуск состоялся ночью, видно плохо, рекомендую выбрать измененный дневной сценарий:



Нажимаем «Launch Orbiter» и смотрим:



Процесс запуска полностью автоматический. Никаких кнопок нажимать не надо. Если не хватает терпения ждать предстартовый отсчёт, то кнопка T ускоряет время в 10 раз, кнопка R — замедляет в 10 раз.
ВНИМАНИЕ: в сценарии моделируются возможные отказы, с небольшой вероятностью пуск может быть аварийным. Нажмите Ctrl-Q для выхода из игры и перезапустите сценарий.
Четыре томительных минуты выведения, и спутник на орбите!



Немного истории

Несмотря на простоту конструкции (два передатчика — 20 и 40 МГц, термометр и барореле управляли длительностью «бипа» и промежутка между «бипами»), первый спутник имел важное научное значение. Он позволял изучать прохождение радиоволн через всю атмосферу «сверху», плотность атмосферы и параметры аэродинамического торможения, определять параметры теплорегулирования для будущих аппаратов, наблюдать и принимать сигналы с быстро движущегося объекта. Политическое же значение было огромным. Советский Союз убедительно продемонстрировал высокие технологии, требуемые для космонавтики.

А что же США?

А в США началась чуть ли не апокалиптическая паника. «Римская империя, — заявил Джонсон, — управляла миром, потому что умела строить дороги. Позже, выйдя к морю, правила Британская империя, потому что у нее были корабли. В воздушную эпоху мы были могущественны, потому что имели самолеты. А теперь коммунисты устроили плацдарм в открытом космосе!» (Том Вулф, «Битва за космос»). Конечно же, США приложили все усилия, чтобы дать максимально быстрый ответ, собирая ракеты-носители из тех ракет, которые были уже разработаны. Их первая попытка — запуск спутника «Vanguard» 6 декабря 1957 года закончилась эпическим фейлом в прямом эфире. Американские СМИ зашлись в зубоскальстве, придумывая обидные производные от советского «спутник»: «Флопник», «Упсник», «Капутник». Вторая попытка была успешной — баллистическая ракета «Редстоун» с тремя добавочными твердотопливными ступенями вывела на орбиту первый спутник США 31 января. Было бы очень интересно посмотреть и этот пуск, но, увы — сценарий работоспособен только с предыдущей версией Orbiter — 060929, а она у меня заметно глючит. Можете поэкспериментировать, это познавательно.

Вторая космическая


1958 год. Между США и СССР идёт гонка за вторую космическую скорость — скорость покидания орбиты Земли. Три «Луны» уходят «за бугор», та же печальная судьба постигает четыре «Пионера». И вот, 2 января 1959 года состоялся пуск аппарата, который получит название «Луна-1». Сценарий интересный, но старт опять ночной, поэтому для наглядности выбираем дневной старт «Луны-2» 12 сентября 1959:



ВНИМАНИЕ:
  1. После старта ракеты необходимо вручную переключить камеру на «Луну-2». Нажимаем F3, и выбираем в появившемся окне «Luna-2».
  2. Если хотите попасть в Луну, не советую ускорять время на участке выведения. Ракета честно пытается навестись по нужной траектории, а ускорение времени огрубляет вычисления и управление. Верно и обратное — для намеренного пролёта мимо Луны включите ускорение х10 на выведении.
  3. После отделения от третьей ступени переключите камеру в режим "global frame" (отображается слева-сверху), нажимая F2. Иначе картинка на мониторе будет крутиться вместе с неориентированной станцией.
  4. Полёт до Луны у станции занял двое суток, не стесняйтесь ускорять время :)


Немного истории

Кроме основной задачи попадания в Луну, «Луны» -1 и -2 несли набор обычных датчиков (счетчики Гейгера, магнитометры и т.п.) и два любопытных эксперимента. Первым была искусственная комета: из бака в третьей ступени выбрасывался килограмм паров натрия, который с Земли наблюдался как слабая звездочка. К сожалению, в последней версии этого не видно. Можете попытаться посмотреть в 060929. Кстати, доступны фотографии, как это выглядело в ГАИШ:



Второй эксперимент был больше инженерным. На Луну хотели доставить вымпел СССР. Но как это сделать, если скорость столкновения с лунной поверхностью составит 3,3 километра в секунду? Были сделаны два типа вымпелов. Первый был сферический, составленный из пятиугольных элементов, с взрывчаткой внутри. При ударе взрывчатка должна была детонировать и тормозить элементы, оказавшиеся сверху шара. Был даже проведен эксперимент с двумя пушками, стреляющими навстречу. Второй тип вымпела реализовывал идеи Циолковского об антиперегрузочных ваннах — лента с вымпелом находилась в ампуле с жидкостью с плотностью алюминия, ампула в контейнере из сверхпрочного сплава, контейнер в стальной рубашке, а рубашка на третьей ступени, которая тоже врезалась в Луну. При ударе контейнер пробивал рубашку, тормозился, а ампула с вымпелом оставались целыми. В игровом сценарии даже реализован первый тип — после удара о Луну нажмите F3, и вы увидите список элементов вымпела, разлетающихся по разным траекториям.

А что же США?

Сценарий с «Пионером-4» есть, но он совсем старый, и даже в версии 060929 не выходит на орбиту. Очень жаль. Сам «Пионер-4» весил всего 6 килограмм, и из любопытного можно отметить разве что систему торможения вращения: два грузика на тросах разматывались (вспоминаем известный опыт) и тормозили вращение аппарата. Идея оказалась удачной, подобные системы использовались США довольно широко.

Обратная сторона Луны


С приемного пункта докладывали:
— Дальность — пятьдесят тысяч. Сигнал устойчивый. Есть прием!
Дали команду на воспроизведение изображения. Опять ответственность лежит на ФТУ.
На бумаге строчка за строчкой появляется серое изображение. Круг, на котором различить подробности можно при достаточно большом воображении.
Королев не выдержал и ворвался к нам в тесную комнатку.
— Ну что там у вас?
— У нас получилось, что Луна круглая, — сказал я.

(Б.Е. Черток, «Ракеты и люди», книга 2).
Вопрос о том, что находится на обратной стороне Луны давно волновал умы человечества. Но без космической техники узнать ответ невозможно. Поэтому фотографирование обратной стороны Луны было одной из наиболее близких целей в программах освоения космоса. И вот, 4 октября 1959 года стартовала «Луна-3» (Project R-7 -> Luna-3 -> 1.Launch):



Запуск на рассвете. Графика по нынешним временам простенькая, но всё равно симпатично.



«Семейный портрет»



Слева — имитация фотографии в Orbiter, справа — реальная фотография, полученная с «Луны-3».

ВНИМАНИЕ:
  1. После старта ракеты необходимо вручную переключить камеру на «Луну-3». Нажимаем F3 и выбираем в появившемся окне «Luna-3».
  2. На всякий случай не рекомендую ускорять время на выведении.
  3. После пролёта Луны не рекомендую ускорять время больше, чем х1000 — можно «проскочить» зону фотографирования.
  4. Переключение внешний вид/вид из камеры производится нажатием клавиши F1.
  5. После перехода в режим передачи советую промотать время на х10-х100 до получения подходящего уровня сигнала.
  6. Фотография Луны находится в папке \Photo\Luna3\Received в директории, куда вы установили Orbiter.


Немного истории

Миссия «Луны-3» по тем временам была крайне сложной. Во-первых, впервые в истории использовался гравитационный маневр, чтобы после старта из северного полушария, пролетев под южным полюсом Луны, приблизиться к Земле снова со стороны северного полушария в видимости единственного центра дальней связи СССР в Крыму. Для наглядности — схема вот отсюда:



Во-вторых, станция должна была сориентироваться в пространстве для того, чтобы навестись на Луну и погасить возмущения для того, чтобы не «смазать» фотографию. В-третьих, надо было проявить плёнку на борту. В-четвертых, передать данные на Землю. И в-пятых, получить и расшифровать данные на Земле (этот пункт осуществлялся аж четырьмя разными способами).

А что же США?

Серия зондов «Пионер» должна была в том числе и сфотографировать обратную сторону Луны. Больше всех повезло «Пионеру-4», но и он пролетел слишком далеко от Луны, и фотосенсору не хватило освещенности для активации. Первыми американцами, увидевшими обратную сторону Луны, были астронавты «Аполлона-8» в 1968 году.

Навеки в истории


Мы не знаем человека, впервые зацепившегося за упавшее в воду дерево, и поплывшего на нём. Нам не известно, кто придумал волокуши. Также нам не знаком человек, придумавший колесо. Мы можем только догадываться, откуда произошёл изобретатель паруса. Но мы совершенно точно знаем, кто был первым в космосе — Гагарин, 12 апреля 1961 года. (автор неизвестен)
Перед запуском обязательно активируйте «Взор» — Modules -> поставить галочку напротив ВЗОР
Vostok (Rus) -> 2. Vostok — The First Manned Spacecraft -> Vostok (Gagarin)



Наверное, самый проработанный и красивый сборник сценариев.



«Восток-1» вышел на орбиту! По F1 переключаемся на вид «в кабине»:



Кнопки, переключатели — всё нажимается и работает. Есть мануал на русском (в папке \Doc\Vostok). Единственное, что там не сказано — это код, который надо было набрать Гагарину (и вам, если захотите поэкспериментировать с ориентацией корабля) — 125.

ВНИМАНИЕ:
  1. После тормозного импульса корабль начнет достаточно быстро вращаться — это было в реальности. Переключитесь на global frame на внешнем виде или закройте шторки иллюминаторов кабины на виде изнутри.


Немного истории

Этот исторический полёт неоднократно был на волоске от неудачи. При выведении третья ступень разогнала корабль сильнее, чем надо, и в случае отказа тормозной двигательной установки (она одноразовая и недублированная) резервный режим спуска трением об атмосферу был бы невозможен. После торможения разделение отсеков прошло резервным методом из-за недобора импульса тормозной установки. После катапультирования не сразу открывшийся вентиляционный клапан вызвал опасность задохнуться. «Самовольно» раскрылся запасной парашют. И, наконец, Гагарин чуть не приводнился в Волгу. Но, благодаря разработчикам техники и действиям самого космонавта, полёт стал настоящим триумфом. Это была поистине всемирная радость.

А что же США?

А в США была программа «Меркурий». Есть набор сценариев для Orbiter: аддон Earth 1962 (обязательно) и сам Project Mercury. Интереснейший набор сценариев, тоже с интерактивной кабиной, одна беда — работает только в версии 060929. Очень жаль. Наглядна видна разница подходов к проектированию и пилотированию космических кораблей.

Жесткий путь к мягкой посадке


3 февраля 1966 года. Двенадцатая станция советской программы «Е-6» по мягкой посадке на Луну, получившая название «Луна-9», готовится к посадке. Предыдущие одиннадцать станций не выполнили своей задачи: они не сходили с опорной орбиты вокруг Земли, пролетали мимо Луны или разбивались о её поверхность. Наверное, вас уже утомили старты похожих «семерок», поэтому переключимся сразу к моменту посадки: Project R-7 -> Luna-9 -> 07. Ready for landing sequence.:



ВНИМАНИЕ:
  1. Не включайте ускорение времени — от начала сценария до включения посадочного двигателя всего две минуты!




Есть мягкая посадка! Переходим на вид «изнутри» по кнопке F1 и переключаемся в режим панорамирования кнопкой F8. Нажимаем кнопку Start photo pan. Получаем картинку реальной панорамы Луны:



Немного истории

«Луна-9» показала две очень важные вещи. Во-первых, она не утонула в многометровой лунной пыли, которой с легкой руки Артура Кларка опасались инженеры. Во-вторых, она произвела замеры радиоактивности лунного грунта, результаты которых не сильно отличались от земных. На Луну можно лететь!

А что же США?

У США была очень удачная программа Surveyor, выполнявшая ту же задачу. Первая посадка — 2 июня 1966 года. Сценарий Surveyor-1 в Орбитере есть, работает в последней версии, но обладает фатальным недостатком — отсутствием автопилота.

Оставленная вершина


20 июля 1969 года. Лунный модуль «Орёл» Аполлона-11 готовится к посадке (AMSO -> AS-506 -> Apollo-11 step 15):



Нажимаем K, кнопками влево-вправо проматываем надпись слева-снизу до значения Engage PDI, нажимаем кнопку «вверх». Автоматика начинает посадку на Луну:



Кнопка F1 переключает внешний/внутренний вид. В режиме внутреннего вида кнопка F8 переключает 3D кабину и виртуальный дисплей.



Есть посадка!

Немного истории

Несмотря на «генеральную репетицию» посадки на «Аполлоне-10», посадка на Луну была непростым делом. На участке снижения компьютер выдал две нетипичные ошибки. Астронавты на эти ошибки не тренировались, но, к счастью, инженеры в Хьюстоне, посмотрев документацию, нашли коды ошибок и сообщили, что те не помешают посадке. Компьютер лунного модуля, будучи системой реального времени, сигнализировал о перегрузке. Как потом выяснилось, ошибочно включенный стыковочный радар добавлял ненужной информации. «Аполлон-11» прилунился с наименьшим запасом топлива из всех последующих кораблей, это было усилено некорректной работой датчиков уровня топлива. Поэтому неудивительно, что Хьюстон ответил на доклад о посадке «Понял вас, „Свок…“, „Спокойствие“. Вы прилунились. Мы тут все уже было посинели. Теперь мы снова дышим. Спасибо огромное!» После одиннадцатого «Аполлона» было ещё пять высадок на Луну, последняя состоялась в 1972 году. Уже сорок лет Луна ждёт, что на её поверхность снова ступит человек. Надеюсь, мы с вами доживём до возвращения человечества на эту оставленную вершину…

А что же СССР?

Советская пилотируемая лунная программа была. Есть сценарий в Orbiter, но без автопилота и документации. Но американцы успели первыми, и рисковать Советский Союз не стал. Вместо людей на Луну полетели автоматы — «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24» привезли лунный грунт, а «Луна-17» и «Луна-21» доставили на Луну роверы — луноходы -1 и -2. К сожалению, нормальных сценариев этой техники я не нашёл.

А дальше?


А дальше — читать переведенный на русский язык мануал и другую документацию. И реализовывать, что вы хотите. План урока или развлечения. Будучи игрой-песочницей, Orbiter даёт вам широкие возможности — виртуально слетать на «Спейс Шаттле» к «Хабблу» или на «Союзе» к МКС. Или включить безлимитное топливо, и, стартовав с Земли на DeltaGlider'е, слетать на базу на Марсе. Польза и удовольствие определяются только вашими трудолюбием и фантазией.
Филипп Терехов @lozga
карма
538,7
рейтинг 209,6
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (23)

  • 0
    Ух, спасибо, не знал о существовании этого «интерактивного учебника». Действительно, эти сценарии бы в школах показывать да дома запускать детям. Взрослым, впрочем, тоже будет очень интересно.
    • +4
      В школах астрономии нету, а на уроках новейшей истории обычно обходит космонавтику стороной или затрагивает только «краем глаза».
      • 0
        В школах астрономии нету
        Почему же? не знаю как у вас, но у меня даже в дипломе написано: Учитель физики и астрономии.
        • +1
          У нас в школе вся астрономия заключалась в написании двух рефератов. Даже лекций никаких не было — написали рефераты, всю пару читаем.
        • 0
          У нас в школе вся астрономия ограничилась парой глав в учебнике физики. И считали мы там только силу гравитационного притяжения. А уроки проводились по утвержденной программе по типовым учебникам, т.ч. вряд ли это была самодеятельность наших учителей.
        • 0
          А у нас и того меньше. Страшное дело — я теориями появления Вселенной стал интересоваться только после того, как закончил институт.
  • 0
    Автор, Вы убиваете мои выходные… :)
    • 0
      Убиваю, но на полезное и познавательное дело, моя совесть чиста :)
    • +1
      на следующие выходные посмотрите демку KSP)
  • 0
    Под вайном пойдет?
    • 0
      Лично не проверял, но, по слухам в интернете, должно пойти.
    • 0
      Да, всё работает. Иногда подглючивает менюшка, а ещё нужно поиграться с выбором видеокарты в настройках — но всё работает.
  • 0
    Честная ньютоновская физика — редкий гость в играх, посвящённых полётам в космосе. Такие проекты можно пересчитать по пальцам: Orbiter, Kerbal Space Program
    Насколько я помню, в Kerbal Space физика хоть и ньютоновская, но несколько упрощенная:
    — во-первых, в части, относящейся к атмосферному участку полета много упрощений и допущений, из-за чего, например, можно было построить аппарат тяжелее воздуха, стабильно висящий на одной высоте. Плюс сама атмосфера заканчивается «единомоментно», выше определенной, сравнительно невысокой границы, аппараты имеют вечностабильную орбиту.
    — во-вторых, и это, пожалуй, более важно — не решается задача трех тел, аппарат одновременно находится под влиянием только одного небесного тела. Из-за чего, например, невозможно выведение аппаратов в точки Лагранжа.

    Интересно, как эти вопросы решены в Орбитере?
    • +1
      Атмосфера кончается не мгновенно, какие-то её остатки на сотне километров есть, деградация орбиты симулируется.
      Задача трёх тел тоже есть. Можете поэкспериментировать с MFD для точек Лагранжа.
  • +1
    Единственная картинка с орбитами — и та не скриншот. Похоже, это означает, что в самом Orbiter'е, несмотря на название, нельзя посмотреть орбиты. Меня-то как раз фраза про ньютоновскую физику заинтересовала. Массы, скорости, ускорения и торможения, точки коррекции курса, расход топлива, гравитационные манёвры — я это надеялся увидеть. Хотя это уже не 3D симулятор, это скорее плагин к MathLab получился бы. :)
    • +1
      Вы не играли во все сценарии. В последнем при переключении по F8 инструменты (т.н. MFD) видны. Я хотел сначала заинтересовать потенциальных игроков, чтобы они не испугались картинки типа такой:
      image
    • +1
      «Массы, скорости, ускорения и торможения, точки коррекции курса, расход топлива, гравитационные манёвры» — как раз это всё там есть. Имеется реальная физика и очень крутые плагины-MFD для расчёта и визуализации этого.
  • 0
    Для тех, кто заинтересовался хардкорностью и реалистичностью, предлагаю посмотреть изображение кокпита (DeltaGlider4). Каждая кнопка, ручка, экран и индикатор активный и что-то делает, а не просто нарисован:
    habrastorage.org/storage2/4a2/f67/3e4/4a2f673e44f5d3146a110ffe0390d334.jpg
    • +2
      А ещё можно упомянуть симуляцию Аполлона-11 с мануалом на 1200 страниц… Вот там реально каждая кнопочка что-то делает :) И ДельтаГлайдер кажется детской игрушкой :)
  • +1
    Под вайном R7 постоянно летит по баллистической кривой и сгорает, не отстрелив даже первую ступень… Имеется в виду первый сценарий со спутиком.
    • 0
      Попробуйте вот это, может поможет.
    • 0
      И убедитесь, что у вас включено конечное топливо.
      • 0
        Да, это было именно топливо, спасибо.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.