เกม Kerbal Space Program: ตอนที่ 3 รู้จักกับเครื่องมือวัด

เพื่อที่จะควบคุมจรวด เราต้องเรียนรู้ที่จะอ่านค่าจากเครื่องมือวัดหลายชนิด โพสนี้จะมาทำความรู้จักกับเครื่องมือวัดชนิดต่างๆ ให้มากขึ้น อีกทั้งวิทยาศาสตร์เบื้องหลังเครื่องมือวัดชนิดต่างๆ ก็ยังมีความน่าสนใจไม่แพ้กัน

เวลาที่เราสั่งปล่อยจรวดแล้ว เกมจะมีสามมุมมองให้เรา มุมมองแรกเป็นมุมมองปกติจะมองเห็นจรวดของเราจากด้านนอก มุมมองต่อมาคือมุมมองแผนที่ (กดปุ่ม “M”) จะแสดงภาพกว้าง มองเห็นดวงดาวและเส้นทางการเคลื่อนที่ของจรวด แต่เห็นจรวดเล็กเป็นจุด ไม่ได้เห็นเป็นลำ มุมมองสุดท้ายคือมุมมองภายในห้องบังคับของนักบิน (กดปุ่ม “C” หรือคลิก IVA ที่ตัวมนุษย์อวกาศ) ทั้งสามมุมมองนี้จะแสดงเครื่องมือวัดที่จำเป็นต่อการควบคุมจรวดให้เราเห็น เครื่องมือวัดบางชิ้นมองเห็นได้จากทุกมุมมอง บางชิ้นมองเห็นได้จากบางมุมมองเท่านั้น

อุปกรณ์วัดความสูง (Altimeter)

ความสูงหน่วยเป็นเมตร (m)

  • ความสูงวัดจากระดับน้ำทะเล (Altitude) จะมองเห็นได้ชัดในมุมมองปกติ แต่ในมุมมองห้องนักบินจะอ่านยากนิดนึงเพราะมันแสดงเป็นเข็มแทนที่จะเป็นตัวเลข ซึ่งวิธีอ่านก็คล้ายกับการอ่านเข็มนาฬิกา คือเราต้องดูทั้งเข็มสั้นเข็มยาวและเข็มเล็ก เข็มสั้นแสดงความสูงหลักหมื่น เข็มยาวแสดงหลักพัน เข็มเล็กแสดงหลักร้อย และหน้าปัดจะมีความละเอียดเป็นฐานสิบไม่ใช่ฐานหกสิบแบบนาฬิกา
    อุปกรณ์วัดความสูงชนิดนี้ทำงานโดยวัดความดันของบรรยากาศมันจึงบอกความสูงได้โดยอิงระดับน้ำทะเล ในความเป็นจริงแล้วอุปกรณ์วัดความสูงแบบใช้ความดันบรรยากาศนี้จะไม่สามารถทำงานได้ในอวกาศ แต่ในเกมยังคงช่วยแสดงตัวเลขความสูงให้เห็นแม้จะพ้นบรรยากาศไปแล้ว

  • ความสูงวัดจากพื้นผิวดาว (Radar Altitude) ก็คืออุปกรณ์วัดความสูงเหมือนกัน แต่แทนที่จะบอกความสูงจากระดับน้ำทะเล อันนี้จะบอกความสูงถึงระดับพื้นดิน ตรงนี้มีประโยชน์เวลาใช้ลงจอด เพราะหากเราลงจอดตรงภูมิประเทศที่เป็นภูเขา ถ้าเราดูแต่ตัวเลขความสูงจากระดับน้ำทะเลเราอาจจะนึกว่า ยังไม่ถึงพื้นก็ได้ ทั้งที่จริงๆ ยานถึงพื้นแล้ว อุปกรณ์วัดความสูงจากผิวดาวมีให้เห็นเฉพาะในห้องนักบินเท่านั้น
    อุปกรณ์วัดความสูงชนิดนี้ทำงานโดยใช้การยิงคลื่นวิทยุหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้กระทบพื้นดาวแล้ววัดระยะเวลาสะท้อนกลับ คำนวณเป็นความสูงถึงผิวดาวจริง อุปกรณ์วัดความสูงชนิดนี้ของจริงทำงานได้ทั้งในชั้นบรรยากาศและในอวกาศ

ในเกมจะบอกตัวเลขความสูงอ้างอิงตามอิทธิพลของดวงดาว ณ ขณะนั้น (Sphere of Influence หรือ SOI) เช่นถ้าจรวดอยู่ภายใต้อิทธิพลของดาว Kerbin มันก็บอกความสูงอ้างอิงกับพื้นดาว Kerbin แต่ถ้าจรวดบินเข้าไปในอิทธิพลแรงดึงดูดของดวงจันทร์ Mun มันจะบอกความสูงอ้างอิงกับพื้นดวงจันทร์ Mun

instrument-view1Head-up Display ในมุมมองปกติ
instrument-view2อุปกรณ์ต่างๆ ในมุมมองห้องนักบิน


อุปกรณ์วัดความเร็ว

ความเร็วหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)

  • ความเร็วโดยรวมของยาน (Speed) เป็นความเร็วตามทิศทางที่ยานเคลื่อนที่ ดังนั้นมันจะแสดงค่าบวกเสมอ
  • ความเร็วในแนวดิ่ง (Vertical Speed) แสดงเฉพาะความเร็วในเวคเตอร์แนวดิ่งชี้เข้าหาพื้นดาว หากเป็นค่าบวกแสดงว่าจรวดกำลังพุ่งสูงขึ้นจากพื้น หากเป็นค่าลบแสดงว่าจรวดกำลังตกลงสู่พื้น

ในเกมจะแสดงตัวเลขความเร็วอ้างอิงตามอิทธิพลของดวงดาว ณ ขณะนั้น (Sphere of Influence หรือ SOI) และยังสามารถแสดงความเร็วได้สามโหมด คือโหมดความเร็ววงโคจร (Orbit) โหมดความเร็วพื้นผิว (Surface) และโหมดความเร็วเทียบกับเป้าหมาย (Target)

  • ในโหมดความเร็ววงโคจรจะแสดงความเร็วของจรวดตามแนวเส้นสัมผัสวงโคจรล้วนๆ

  • ในโหมดความเร็วพื้นผิวจะแสดงความเร็วของจรวดโดยเทียบกับพื้นผิวดาวที่กำลังหมุนอยู่ข้างใต้ด้วย ดังนั้นหากจรวดเราเคลื่อนที่ตามพื้นผิวดาว ก็จะเห็นความเร็วสัมพัทธ์ที่ต่ำกว่าความเร็ววงโคจรได้ ซึ่งไว้ใช้ประโยชน์ในตอนที่จะลงจอดบนดวงดาว
  • ส่วนโหมดความเร็วเทียบกับเป้าหมายก็ตามชื่อ คือแสดงความเร็วสัมพัทธ์เทียบกับเป้าหมาย อันนี้ไว้ค่อยกล่าวถึงอีกที

ปกติเกมจะเลือกแสดงโหมดความเร็วให้อัตโนมัติอยู่แล้ว แต่เราอาจเปลี่ยนโหมดเองได้โดยคลิกที่คำว่า Orbit, Surface, Target

สำหรับการวัดความเร็วในยานอวกาศของจริงทำได้โดยการยิงคลื่นวิทยุเข้าหาวัตถุอ้างอิงแล้วตรวจจับสัญญาณสะท้อนกลับ ความถี่ของคลื่นที่สะท้อนกลับจะต่างไปจากเดิมเล็กน้อยอันเนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) (ปรากฏการณ์ที่เสียงไซเรนรถพยาบาลฟังดูสูงขึ้นขณะที่มันวิ่งเข้าหาเราและฟังดูต่ำลงเมื่อมันวิ่งจากเราไป) เมื่อเรารู้ความถี่ที่เปลี่ยนไป เราสามารถคำนวณได้ว่าความเร็วสัมพัทธ์ของยานกับวัตถุอ้างอิงนั้นเป็นเท่าไหร่ อาศัยวัตถุอ้างอิงหลายจุด เราก็จะสามารถคำนวณความเร็วโดยรวมของยานอวกาศได้


อุปกรณ์วัดทิศทาง (Attitude Indicator)

ในเกม KSP มีชื่อเรียกอุปกรณ์นี้โดยเฉพาะว่า NavBall โดยแสดงข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางหลายๆ อย่างได้แก่

  • เส้นขอบฟ้าจำลอง (Artificial Horizon) ตัวลูกบอลสีครึ่งฟ้าครึ่งน้ำตาล ดูคู่กับเส้นระดับของยาน (Level Indicator) จะบอกให้เรารู้ได้ว่าเส้นขอบฟ้าอยู่ทางไหนของจรวด โดยสีฟ้าก็แสดงถึงท้องฟ้า สีน้ำตาลแสดงถึงพื้นดิน หากขณะนั้นจรวดหัวชี้ฟ้าอยู่ เราก็จะเห็นลูกบอลด้านสีฟ้าเต็มหน้า, หากจรวดหัวทิ่มลงดินอยู่ เราก็จะเห็นลูกบอลด้านสีน้ำตาลเต็มหน้า, หากจรวดกำลังพุ่งในแนวนอน เราก็จะเห็นลูกบอลสีฟ้าครึ่งนึง สีน้ำตาลครึ่งนึง โดยหากสีฟ้าอยู่ด้านบนก็แสดงว่าเราหัวตั้งขึ้นด้านบนเป็นปกติดี แต่หากสีฟ้าอยู่ด้านล่างแสดงว่าเราบินกลับหัวอยู่ ดังนี้เป็นต้น

    บนลูกบอลยังมีรายละเอียดขององศามุมเงยด้วย โดยมุมเงย 90 องศาหมายถึงจรวดหัวชี้ฟ้า มุมเงย 0 องศาหมายถึงจรวดชี้ตรงไปในแนวราบ ส่วนมุมเงยติดลบ (ตัวเลขในฝั่งสีน้ำตาล) ก็คือมุมก้ม ซึ่ง -90 องศาก็คือจรวดหัวทิ่มลงดิน

    instrument-view3NavBall ในมุมมองปกติหรือมุมมองแผนที่
  • ทิศของหัวยาน (Heading) จะบอกเป็นมุมตั้งแต่ 0 ถึง 359 องศา โดย 0 องศาหมายถึงจรวดกำลังหันหัวไปทางทิศเหนือ, 90 องศาหมายถึงทิศตะวันออก, 180 องศาหมายถึงทิศใต้, และ 270 องศาหมายถึงทิศตะวันตก องศาของหัวยานนี้ เราสามารถดูจากบน NavBall ได้เช่นกัน
  • ทิศทางอิงตามการเคลื่อนที่ (Direction Marker) ทิศทางที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งนอกเหนือจากทิศของตัวยานเองก็คือทิศทางในการเคลื่อนที่ เพราะยานอวกาศไม่เหมือนเครื่องบิน ทิศของหัวยานไม่จำเป็นต้องชี้ไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ก็ได้ บน NavBall จะมีเครื่องหมายแสดงให้เรารู้ได้ว่าทิศทางการเคลื่อนที่อยู่ทางใด เทียบกับหัวยาน ณ ขณะนั้น เครื่องหมายทิศทางมีอยู่สามคู่หรือหกชนิดดังนี้
    • ทิศ Prograde และ Retrograde สัญลักษณ์ที่แสดงบน NavBall คือ marker-prograde-retrogradePrograde บอกถึงทิศที่ยานเคลื่อนที่ไป, Retrograde คือทิศตรงกันข้ามกับ Prograde หรือหมายถึงทิศที่ยานถอยห่างออก
    • ทิศ Radial Out และ Radial In สัญลักษณ์ที่แสดงบน NavBall คือ marker-radialRadial Out บอกทิศของรัศมีในการโคจร คือเวคเตอร์ซึ่งชี้จากดาวออกไปหายาน, Radial In บอกทิศตรงกันข้ามคือเป็นเวคเตอร์ที่ชี้จากยานไปหาดาว ทิศ Radial นี้จะทำมุม 90 องศากับ Prograde มันอาจจะไม่ใช่เส้นที่ลากจากศูนย์กลางดาวผ่านยานเสมอไป แต่อย่างน้อยมันใช้บอกได้ว่าดาวอยู่ข้างไหนของยาน
    • ทิศ Normal และ Anti-Normal สัญลักษณ์ที่แสดงบน NavBall คือ marker-normalทิศ Normal นี้จะทำมุม 90 องศากับทั้ง Prograde และ Radial หลักมีอยู่ว่า ถ้าทิศ Prograde ชี้ไปด้านหน้าเรา และทิศ Radial Out ชี้ไปทางขวาของเรา ทิศ Normal จะเป็นทิศปกติของเราคือทิศที่หัวตั้งอยู่ ผลก็คือถ้าเรากำลังโคจรไปทางทิศตะวันออก ทิศ Normal ขณะนั้นก็จะชี้ไปทางเดียวกับขั้วโลกเหนือ แต่หากยานเราโคจรไปทางทิศตะวันตก ทิศ Normal จะชี้ไปทางขั้วโลกใต้แทน

แน่นอนว่าอุปกรณ์บอกทิศทางเหล่านี้ ให้ข้อมูลโดยอิง Sphere of Influence และโหมดการวัดความเร็ว Orbit/Surface/Target ณ ขณะนั้นด้วย

อุปกรณ์วัดทิศทางที่ NASA มีใช้อยู่จริงเรียกว่า FDAI หรือ Flight-Director/Attitude Indicator เรียกเล่นๆ ว่า 8-Ball มาจากชื่อของลูกพูลลูกที่แปด (กีฬาพูลที่คล้ายสนุกเกอร์) ซึ่งมีสีขาวและดำเหมือนกับลูกบอลของ FDAI, หัวใจสำคัญของอุปกรณ์ชนิดนี้คือตัววัดความเฉื่อย IMU หรือ Inertial Measurement Unit ซึ่งประกอบด้วยไจโรสโคป (Gyroscope) และตัววัดความเร่ง (Accelarometer) ที่จะคอยตรวจจับการหมุนของยานตลอดเวลา, อุปกรณ์ FDAI ของจริงสามารถบอกเส้นขอบฟ้าจำลองและทิศของหัวยานได้เหมือนในเกม แต่ไม่มี Direction Marker เพราะในการบินของจริงนักบินจะใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมทิศทางของยาน ไม่ได้ลงมือควบคุมทุกอย่างเองแบบในเกม (แต่เกมมันสนุกก็ตรงนี้แหละ สิ่งที่ไม่สามารถเสี่ยงทำกันได้ในยานอวกาศของจริง) Marker ที่มีอยู่ของ FDAI จึงมีเพียงเข็มที่บอกอัตราการหมุนในแกน Pitch, Yaw และ Roll เท่านั้น


อุปกรณ์ให้ข้อมูลอื่นๆ

  • กำลังเร่งของเครื่องยนต์ (Throttle) บอกเป็นเปอร์เซ็นต์ 0-100, ปุ่มที่ใช้ควบคุมกำลังของเครื่องยนต์ได้แก่ “Z” สำหรับเร่งเครื่องเต็มที่ก็คือ 100%, “X” สำหรับดับเครื่องยนต์หรือก็คือ 0%, “Left Shift” สำหรับเร่งเครื่องทีละประมาณ 5%, “Left Ctrl” สำหรับลดกำลังเครื่องยนต์ทีละประมาณ 5%
    อย่าลืมว่าเราควบคุมกำลังเครื่องยนต์ได้เฉพาะเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวเท่านั้น ปุ่มควบคุมเหล่านี้ไม่มีผลกับเชื้อเพลิงแข็ง

  • อุปกรณ์วัดชั้นบรรยากาศ (Atmosphere Indicator, Barometer) แสดงอยู่ทางด้านบนของมุมมองปกติ เป็นแถบสีดำไล่ไปหาสีฟ้า ถ้าสังเกตดูจะเห็นว่ามันแบ่งเป็นแถบสี 4 แถบ ซึ่งบ่งบอกถึงชั้นบรรยากาศของดาว Kerbin
    instrument-view4

    • แถบสีฟ้าสว่างด้านขวาสุด คือระดับความสูง 0 – 8km เป็นบรรยากาศชั้นโทรโปสเฟียร์ Troposphere ที่มีลม มีฝน มีเมฆ อากาศหนาแน่นพอที่จะชะลอความเร็วยานที่ตกมาอย่างอิสระและกางร่มชูชีพได้
    • แถบสีฟ้าสว่างน้อยลงมาหน่อยถัดไปทางซ้าย คือระดับความสูง 8km – 20km เป็นบรรยากาศชั้นสตราโทสเฟียร์ Stratosphere ที่ลมสงบ ไม่มีเมฆ เหมาะสำหรับการบินด้วยเครื่องเจ็ต
    • แถบสีฟ้าสว่างน้อยลงไปอีก ระดับความสูง 20km – 50km เป็นช่วงที่คาบเกี่ยวบรรยากาศชั้นสตราโทสเฟียร์กับเมโซสเฟียร์ Mesosphere เริ่มมองเห็นความมืดของอวกาศ ชั้นนี้เริ่มบินไม่ค่อยไหว เพราะออกซิเจนไม่พอจะสันดาปและแรงพยุงปีกตกลงมาก
    • แถบมืดทางซ้ายสุด ระดับความสูง 50km – 70km แสดงช่วงต้นของบรรยากาศชั้นเทอโมสเฟียร์ Thermosphere ชั้นที่อุณหภูมิในบรรยากาศกลับพุ่งขึ้นสูงเนื่องจากรังสีของดวงอาทิตย์ อากาศในชั้นนี้เบาบางมากแต่ก็ยังส่งผลทางอากาศพลศาสตร์ได้
    • ชั้นเทอโมสเฟียร์เกินจาก 70km ขึ้นไปเหนือดาว Kerbin ถือเป็นสุดเขตอากาศยานหรือ Kármán line (ไม่ใช่ Kerman line นะ) เนื่องจากอากาศจะบางมากจนไม่มีผลทางอากาศพลศาสตร์อีกต่อไป เป็นเขตปลอดภัยต่อการโคจรสำหรับยานอวกาศ เพราะไม่มีแรงต้านจากอากาศที่จะทำให้ความเร็วตก (ในความเป็นจริง แม้จะเลยเขต Kármán line ไปแล้ว บรรยากาศก็ยังส่งผลต่อยานอยู่บ้าง แต่น้อยมาก อย่างเช่นสถานีอวกาศ ISS ที่ลอยอยู่ที่ความสูงประมาณ 400km ไม่ไกลจาก Kármán line ของโลกซึ่งอยู่ที่ 100km ก็ต้องคอยปรับระดับความสูงใหม่ทุกเดือน เพราะความเร็วตกเนื่องจากแรงต้านบรรยากาศ)
  • อุปกรณ์วัดแรงจี (G-Force Indicator, Accelerometer) แสดงให้เห็นว่าขณะนั้นยานและนักบินต้องผจญกับแรงจีขนาดเท่าไหร่ หากแรงจีมากเกินไปยานอาจพังหรือนักบินอาจเสียชีวิตได้ (ในวิกิเขาว่าไว้ แต่ผมก็ยังไม่เคยมีปัญหากับแรงจีซักครั้ง)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: