เกม Kerbal Space Program: ตอนที่ 4 การบินและขึ้นสู่วงโคจร

การพาจรวดขึ้นสู่อวกาศไม่ใช่เรื่องยาก แค่พาจรวดให้ลอยสูงพ้นขีด 70km (สำหรับดาว Kerbin) ก็ประกาศได้ว่าขึ้นสู่อวกาศแล้ว แต่ถ้าจรวดลอยขึ้นไปแล้ว พอหมดแรงเครื่องยนต์ก็ตกลงพื้นโลก แบบนี้ถือว่ายังไม่สามารถเข้าวงโคจรได้ เป็นเพียงการขึ้นอวกาศใต้วงโคจรหรือเรียกว่าวงโคจรย่อย (Sub-Orbit) เราจะถือว่าเข้าสู่วงโคจรหลัก (Orbit) ได้ก็ต่อเมื่อจรวดของเราสามารถที่จะลอยอยู่ในอวกาศ บินรอบดาวได้ตลอดรอดฝั่งโดยไม่ต้องเดินเครื่องยนต์ใดๆ อีก
โพสนี้จะมาบอกเล่าหลักในการพาจรวดขึ้นวงโคจร

ทบทวนการบังคับจรวดเบื้องต้น

  • กดปุ่ม “Space Bar” เพื่อ จุดระเบิด, แยกท่อน, เดินเครื่อง, กางร่ม ฯลฯ ตามลำดับทีละ Stage
  • บังคับทิศทางของจรวดได้โดยหมุนเลี้ยวจรวดในสามแกนได้แก่ Pitch, Yaw และ Roll
    • ปุ่ม “W”-“S” ใช้บังคับ Pitch คือการปรับมุมเงยของจรวด
    • ปุ่ม “A”-“D” ใช้บังคับ Yaw คือการหันทางซ้ายหรือขวา
    • ปุ่ม “Q”-“E” ใช้บังคับ Roll คือการหมุนจรวด
  • ปุ่ม “Z” คือเดินเครื่องยนต์ 100%, ปุ่ม “X” คือดับเครื่อง, ปุ่ม “Left Shift” คือเพิ่มกำลังเครื่อง 5%, ปุ่ม “Left Ctrl” คือลดกำลังเครื่อง 5%
  • กดปุ่ม “T” เพื่อเปิดระบบ SAS ช่วยให้จรวดนิ่ง ควบคุมได้ง่ายขึ้น
  • กดปุ่ม “M” เพื่อเปิด/ปิดมุมมองแผนที่ (Map)
  • กดปุ่ม “C” เพื่อเปิด/ปิดมุมมองห้องนักบิน (Cockpit)

ขณะที่บินอยู่กลางอากาศ ทุกครั้งที่เราเลี้ยว แกนอ้างอิงการเลี้ยวของเรา (ซึ่งปกติจะอิงกับหน้ายาน) ก็จะหมุนไปตาม ดังนั้นกด A อาจไม่ได้เป็นการพาจรวดไปทางซ้ายอย่างที่ต้องการเสมอไปหากมีการหมุนในแกนอื่นเกิดขึ้นด้วย จึงเป็นเรื่องที่ไม่ง่ายนักในการควบคุมจรวดโดยดูการเคลื่อนที่จากภายนอก สิ่งที่จะช่วยเราได้มีเพียงสิ่งเดียวก็คือต้องดูทิศทางจาก NavBall ต้องลองทำความคุ้นเคยกับ NavBall ดูว่า เมื่อเรากด W-S, A-D, Q-E แล้วจะเกิดการหมุนบน NavBall อย่างไร


หลักการขึ้นสู่วงโคจร

  • คงพอจะทราบกันอยู่แล้วว่า หากเรายิงวัตถุอะไรก็ตามขึ้นฟ้า มันจะลอยขึ้นไปได้พักหนึ่ง ก่อนจะถูกแรงดึงดูดโลก ดึงวัตถุให้ตกลงสู่พื้น มีเส้นทางการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งแบบโปรเจคไตล์
  • เราเรียกเส้นทางการเคลื่อนที่ว่า “วิถี” หรือทราเจ็คทอรี “Trajectory”
  • “จุดสูงสุด” ในวิถี คือจุดที่วัตถุหมดแรงส่งที่จะต้านแรงดึงดูด เรียกว่าจุดแอโพแอพสิส “Apoapsis” หรือเรียกย่อว่า “AP”
  • หากวัตถุของเราคือจรวด มีแรงขับดันในตัวเอง พยายามพุ่งหัวจรวดขึ้น ก็อาจได้ AP ที่สูงมากขึ้น มีจุดตกที่ไกลมากขึ้น แต่ถึงจะเร่งขึ้นไปได้สูงเท่าไหร่ ถ้าเส้นวิถียังวกกลับสู่พื้นโลก ยังไงจรวดมันก็จะตกลงพื้นอยู่ดี นอกเสียจาก…
  • คอยเดินเครื่องยนต์เพื่อต้านแรงดึงดูดเป็นระยะ ซึ่งเป็นไปไม่ได้เพราะเชื้อเพลิงจะหมดเสียก่อน
  • ทำความเร็วในแนวราบ (Horizontal Speed) ให้เร็วจนมีระยะตกที่ไกลมากๆ ไกลขนาดที่เลยพื้นโลกไปเลย (เพราะดาวเรากลม ไม่ได้แบนราบ)
  • การเบนหัวจรวดเพื่อทำความเร็วในแนวราบ นอกจากใช้เครื่องยนต์แล้ว ยังมีการใช้ประโยชน์จากแรงดึงดูดที่จะทำให้จรวดเลี้ยวไปตามความโค้งของโลกด้วย จังหวะนี้เราเรียกว่าการทำ Gravity Turn
  • การเบนหัวจรวดขณะที่ยังอยู่ในชั้นบรรยากาศ จะทำแบบหุนหันไม่ได้ ต้องค่อยๆ หัน ไม่งั้นจรวดปะทะกับอากาศอย่างรุนแรง ไม่พังก็คุมไม่อยู่
  • เมื่อทำความเร็วได้ถึงจุด แม้จะดับเครื่องยนต์แล้ว จรวดก็จะ “ไม่ตก” หรืออันที่จริงคือมันจะตกตามแรงดึงดูดอยู่ตลอดเวลา (Free Fall) แต่จรวดมันเร็วเสียจน “เลยพื้น” ไปอีกด้านตลอด เลยตกไม่ถึงพื้นเสียที ความเร็วที่ว่านี้อยู่ที่ประมาณ 2200 m/s สำหรับดาว Kerbin
  • แต่แรงต้านอากาศก็เป็นอุปสรรคสำคัญที่คอยจะทำให้จรวดเราความเร็วลดลง เราจึงต้องยิงจรวดให้เงยขึ้น และพยายามดันวิถีให้มี AP สูงกว่า 70km ไปถึงบรรยากาศชั้นเทอโมสเฟียร์ ที่ที่จะไม่มีแรงต้านจากอากาศอยู่อีก
  • หากความเร็วถึงจุด เส้นวิถีจะเปลี่ยนจากโปรเจคไตล์กลายเป็นวงรีวนรอบโลก จุดตกเดิมที่อยู่กับพื้นดิน จะลอยขึ้นมากับเส้นวิถี เกิดเป็นจุดเพอริแอพสิส “Periapsis” หรือเรียกย่อว่า PE คือจุดที่จรวดจะเข้าใกล้พื้นโลกมากที่สุดแต่ยังไม่ตก แล้วจรวดก็จะลอยสูงออกไปอีก
  • แต่ถ้า PE ยังคงอยู่ต่ำกว่า 70km ในที่สุดจรวดจะถูกแรงต้านอากาศทำให้เส้นวิถี “ตกดิน” อีกก็ได้ และ PE จะหายไป ดังนั้นต้องพยายามดัน PE ให้สูงกว่า 70km เช่นเดียวกับ AP
  • การดันความสูงของ PE ทำได้โดย ให้เดินเครื่องยนต์เพิ่มความเร็วในแนวราบขณะที่จรวดอยู่บริเวณจุด AP
  • ถ้าทำให้เกิด AP และ PE ที่ความสูงเกินกว่า 70km ได้ทั้งคู่ จึงจะถือว่าเข้าสู่วงโคจรหลักแล้ว
gturn11. เมื่อหมดแรงส่ง จรวดจะวิ่งต่อเป็นวิถีโปรเจคไตล์
2. การเร่งเครื่องในแนวตั้งไม่มีประโยชน์ ขึ้นไปสูงเท่าไหร่มันก็ต้องตกอยู่ดี
3. ต้องเพิ่มความเร็วในแนวราบ ให้ระยะตกไกลขึ้น
4. เพิ่มจนกว่าระยะตกเกินขอบความโค้งของโลก


สรุปสูตรในการขึ้นสู่วงโคจร

เราได้รู้หลักการเบื้องต้นแล้ว ตอนนี้จะอธิบายขั้นตอนในการเล่นจริงๆ ยังไงอันนี้ถือว่าเป็นสูตรสำเร็จทั่วไปนะครับ เอาเข้าจริงอาจต้องพลิกแพลงตามสถานการณ์บ้าง เพราะคุณลักษณะของจรวดที่สร้างมาย่อมไม่เหมือนกัน

  1. ในช่วงแรก บินให้หัวจรวดตั้งตรงที่มุมเงย 90 องศาไปเรื่อยๆ อย่าลืมเปิดระบบ SAS
  2. ที่ความสูงประมาณ 10km (ช่วงนี้น่าจะสลัดบูสเตอร์ทิ้งไปสเตจนึงแล้ว) ลดมุมเงยให้เหลือซัก 70 องศา โดยเบนหัวไปทางทิศตะวันออก (Heading 90 องศา) อย่าลืมว่าเราต้องดูทิศทางจาก NavBall ไม่ใช่ดูจากภายนอกจรวด
  3. ที่ความสูงประมาณ 30km ให้ปรับมุมเงยไปอยู่ที่ 45 องศา (เพื่อเพิ่มความเร็วในแนวราบขณะที่ยังต้องเพิ่มความเร็วในแนวตั้งเพื่อส่ง AP ให้สูงกว่า 70km)
  4. ปรับเป็นมุมมองแผนที่ (เพื่อดูเส้นวิถี และจุด AP, สามารถเปิด NavBall ขึ้นมาดูในมุมมองแผนที่ก็ได้) เร่งเครื่องไปเรื่อยๆ จนกว่า AP จะสูงถึง 80km แล้วดับเครื่องยนต์
  5. รอจรวดลอยตามวิถีไปจนพ้นชั้นบรรยากาศ (70km) และเมื่อใกล้ถึง AP ให้ปรับมุมเงยเป็น 0 องศา (บินขนานพื้นโลกเพื่อทำแต่ความเร็วในแนวราบ) เดินเครื่องยนต์เต็มที่จนกว่าความเร็วจะเกิน 2200 m/s สังเกตว่าเส้นวิถีจะพาระยะตกไปไกลขึ้นๆ
    • ข้อควรระวัง ถ้าเครื่องยนต์มีกำลังไม่มาก ควรรีบเร่งเครื่องเสียก่อนที่จะถึง AP ไม่เช่นนั้นอาจจะทำความเร็วได้ไม่ทัน ตกจาก AP และตกเข้าสู่บรรยากาศอีกครั้ง
  6. จนกระทั่งระยะตกเลยพื้นโลก เส้นวิถีจะเปลี่ยนจากโปรเจคไตล์กลายเป็นวงรีวนรอบโลก เกิดจุด PE ขึ้นมา ให้เร่งเครื่องต่อไป (ที่มุมเงย 0 องศา) เพื่อยก PE ให้มีความสูงใกล้เคียงกับ AP (ซึ่งจะทำให้วิถีเป็นรูปวงกลม)
    • ข้อควรระวัง ถ้าขณะยก PE แล้ว AP ถูกผลักให้ห่างออกไปด้านหน้ามากเกินไป ให้ดับเครื่องก่อน รอจนจรวดเข้าใกล้ AP จึงจะเร่งความเร็วเพื่อยก PE อีกครั้งหนึ่ง ไม่เช่นนั้นถ้าเร่งความเร็วก่อนถึง AP จะทำให้ AP ถูกยกสูงขึ้นไปอีก ขณะที่ PE สูงไม่พ้นบรรยากาศซักที

จบขั้นตอนการขึ้นสู่วงโคจรแต่เพียงเท่านี้

gturn2

เกร็ดความรู้

  • ผมมักจะใช้คำว่า “แรงดึงดูด” (เทียบได้กับคำว่า Attraction) เพราะมันติดปาก แต่จริงๆ ถือว่าเชยแล้ว เพราะเป็นแนวคิดแบบนิวตัน ถ้าจะให้ทันสมัยตามแนวคิดไอน์สไตน์น่าจะเรียกว่า “ความโน้มถ่วง” มากกว่า (ใช้คำว่า Gravity เหมือนกัน) แต่ไม่ควรเรียกว่าแรงโน้มถ่วง เพราะตามทฤษฎีเขาว่า การที่วัตถุมันเคลื่อนเข้าหากัน ไม่ใช่เพราะ “แรง” (Force) แต่เพราะกาล-อวกาศมันบิดเบี้ยวต่างหาก (Curved Space-Time) ข้อยืนยันทฤษฎีนี้ก็ตามที่เป็นข่าวแชร์กันให้ว่อนเมื่อเดือนก่อน (ก.พ. 2016) เมื่อเขาตรวจจับคลื่นของความโน้มถ่วงได้ ซึ่งหากการดึงดูดเป็นแรงตามที่นิวตันอธิบาย จะต้องไม่พบคลื่น
  • สาเหตุที่ให้จรวดมุ่งไปทางทิศตะวันออก (Heading 90 องศา) เพราะเป็นการเคลื่อนที่ตามการหมุนของโลก เราจะทำความเร็วได้ง่ายขึ้น
  • คำว่า Apoapsis หรือ Periapsis เป็นชื่อกลางๆ ใช้กับดาวดวงไหนก็ได้, สำหรับดาวที่สำคัญๆ เราจะมีชื่อเฉพาะไว้ใช้ เช่น
    AP/PE ของดาวโลก(Earth) เราจะเรียกว่า Apogee (แอเพอจี) กับ Perigee (เพอริจี) (Ge แปลว่าโลกในภาษากรีก)
    AP/PE ของดวงจันทร์(ของโลกเรา) เราจะเรียกว่า Apolune (แอเพอลูน) กับ Perilune (เพอริลูน) (Luna คือเทพดวงจันทร์ของโรมัน)
    และ AP/PE ของดวงอาทิตย์(ของโลกเรา) จะเรียกว่า Aphelion (แอเฟเลียน) กับ Perihelion (เพอริเฮเลียน) (Helios คือเทพดวงอาทิตย์ของกรีก)
    ส่วน AP/PE ของดาว Kerbin บ้างก็เรียกกันเป็น Apokee กับ Perikee, ของดวงจันทร์ Mun ก็เรียกกันเป็น Apomun กับ Perimun เป็นต้น

One Response to “เกม Kerbal Space Program: ตอนที่ 4 การบินและขึ้นสู่วงโคจร”


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: