Sounding Rocketの製作

公式チュートリアル(New RP‐1 Career Settings · KSP-RO/RP-1 Wiki · GitHub)を機械日本語翻訳して、進めてください
及び、プレイガイド(An idiot’s guide to RP-1 (by me, an idiot) – KSP1 Mission Reports – Kerbal Space Program Forums)の機械語翻訳も参考にします
一応、以下の項目の数字は、公式チュートリアルの項目数字に合わせています
Sounding Rocketとは、観測用ロケット、の意味らしいです

関連配信動画

Space Center Setup内のGo To VAB、又は直接VABをクリックする

基本設計
- 部品の説明
  - Avionics(アビオニクス)：制御装置。KSPでのコマンドポッド
  - 燃料タンク
  - エンジン
  - ソリッドブースター
- procedural(手続き型←誤訳、可変式の意味)
  - 寸法/形状/大きさ、内容物、搭載量、等、詳細設定できる部品
  - 基本的に、proceduralの部品を使う
- 配置しましょう
  - Avionics[Procedural]の部品を、配置する
  - なお、上部にMechjebが表示される
    - Avionicsを配置しないと表示されない(らしい)
    - Mechjebのタブの位置は、右クリック押しながらで移動できる
    - Mechjebタブの「Settings」を選び、「Module disabling does not …(RSS/RO)」を有効にする(スロットルを殺さないを有効にする)
    - その他設定、お好みで？
    - Mechjebタブで、「Delta-V Stats」を選び、ΔV状態ウインドウを表示させる
      - 単位を「s」や「Short stats」等で、表示を切り替えられるのでお好みで？
  - 燃料タンクの配置
    - タンクの種類は、「Conventional」「Isogrid」「Balloon」等あるが、初期状態では、「Conventional」しか選べません
    - また、「Conventional Tank」でも、「Procedual Tank」と「Modular Tank」があります
      - どちらも搭載燃料/寸法の可変等は同じようですが、同じ寸法でも、搭載できる容量の若干の差があるようです(「Procedual Tank」の方が有利？)
      - 一方、「Modular Tank」では、「Nose」や「Mount」が設定で付けられます
        (「Procedual Tank」の場合は、同様の部品を別途取り付けないといけない)
    - 今回は、「Procedual Tank」を1つ、Avionicsの下に配置します
      (一部パーツ、わかりやすいように色/模様付けてあります)
  - エンジンを配置する
    - 公式チュートリアル(Building a Sounding Rocket · KSP-RO/RP-1 Wiki · GitHub)では、Aerobeeを使用しているが、プレイガイド(An idiot’s guide to RP-1 (by me, an idiot) – KSP1 Mission Reports – Kerbal Space Program Forums)ではU-1250が有利とのことで、U-1250を選んで、タンクの下に配置します
    - エンジンを右クリックすると、詳細設定/確認できるウインドウが開かれます(PAW)
    - なお、AerobeeとU-1250の比較
      - 推力(Max Thrust (ASL：1気圧)、(Vac：真空))
      - 比推力(ISP(ASL：1気圧)、(Vac：真空))
      - 燃焼時間(Rated Burn Time)
      - 平均故障間隔(MTBF)
    - 更に、エンジンが要求する条件も記載されています
      - Pressure-Fed：高圧タンク(HP)が必要です
      - Ullage：タンク内燃料の安定が必要です
      - Ignitions Remaining：エンジン点火できる回数
      - Min Throttle：最小スロットルは100%(スロットル調整ができません)
      - 「機体の制御」の項目が、ありません
        
        つまり、ジンバルがなく、エンジンだけでは方向転換できません
        
        「機体の制御」ができる場合は、以下の表示になります(Model 39の場合)
    - なお、他のエンジンでの要求条件では(Model 39等)、
      - Ground Support Clamps：地上でしか点火できません
    - エンジンのウインドウ(PAW)の「Engine」をクリックすると、(研究が進めば)別のエンジンを選ぶことができます
      - 「U-2000」に、将来変更する事も可能です
    - また、エンジンパーツを直接中クリックしても、情報ウインドウが開きます
- なお、当然ですが、適当に名前を付けて、適宜保存してください
燃料タンク
- 配置した燃料タンクを右クリックしウインドウを開き(PAW)ます
- Real Fuels項のChoose Tank Typeを選び、Tank Definitions(タンク定義)を開きます
- Unlocked types(研究済みで使用可能のタイプ)と(エンジンのU-1250が要求する)Highly Pressurized(HPタイプ、高圧タイプ)を選択すると、候補が「HP Steel Fuselage」に絞られます
- これをクリックすると燃料タンクHPタイプに適用されます(適用したらタンク定義ウインドウを閉じます)
- Utillization(利用率)が最大(現時点では、75%)であることを確認します
  - なお、公式説明意味不明部分・・・
    - 利用率を下げると、トラブル増加になる、との記述・・・
      - 空の容器となるため、強度不足につながる？
      - 構造のバランスが悪く、飛行中不安定になる？
      - 非効率的？
- タンクの種類が適切に選ばれ、エンジンが配置されていれば、Fill:U-1250のボタンが現れるので、これをクリックすると、適切な配分、種類と利用率分の燃料が、自動で充填されます(Kerosene、AK20、Nitrogen)
- 寸法を変更します。公式チュートリアルではDiameter(径)300mmだが、プレイガイドはDiameter 400mmとのことで、Diameter 400mm、Length(長さ)を1mにしました
  - 寸法は、各項スライダーで調整できるほか、上部ウインドウの「#」を押すことで、直接数値を入力することもできます
- この寸法(Diameter 400mm、Length 1m)の場合は、ΔVウインドウ(Delta-V Stats)より、燃焼時間は15.41sで短いです(エンジン定格燃焼時間Rated Burn Times:56sに対し)
- よって燃料を増やすため、まず、このタンクの長さを1.5mにし(400mm×1.5m)、これを複製して、縦に3つ並べます
  - Altキーを押しながらパーツを選ぶと複製できます
  - (公式チュートリアルの様に)1つの長さを増やす(400mm×4.5m)のではなく、(プレイガイドの様に)3つのタンクにした(400mm×1.5m×3個)理由については、tool(金型)に関係するためです(後述)
  - (燃料消費の優先度も設定できますが、優位性不明のため、ここではデフォルトのまま)
- なお、下部(エンジン形状)の空力形状が良くない(らしい)ので、エンジンマウントを以下の通りに追加します
  - 3つの燃料タンクの下に、「構造パーツ」－「Modular Mount(Structural)」を追加し、その下にU-1250エンジンを再配置します
- 「Modular Mount(Structural)」を、Diameter 0.4mとし、Coreを「Boattail」にします
- なお、この時点での燃焼時間は、69.33sですが、エンジン定格燃焼は56s？
アビオニクス
- 先端部分の設計
  - 「空力パーツ」の「Nose Cone[Procedural]」を選択し、Avionicsの上に配置する
  - 形状、寸法が指定できるので、形状「Sharp #2」、寸法「Diameter 400mm、Length 1m」にする(プレイガイドの方で準拠)
- Avionicsの設計
  - Avionicsを右クリックし、設置ウインドウを開きます(PAW)
  - (動画には反映されてないが)Avionicsの寸法は「Diameter 400mm、Length 200mm」としました(プレイガイド準拠)
    - (公式チュートリアルでは、Avionics自体の先端を尖らせているようでした)
  - Avionicsの項について
    - Configureボタンを押して、アビオニクス制御の種類が選びます
      - (常時勝手に、アビオニクス制御の種類のウインドウ(config画面)が表示される場合は、設定でオフに変更できます)
      - オレンジ文字は、まだ未研究の物で、選択できても、実際の建造はできません
      - 基本的に、各種類の最新の物を選べばよいです(最新ほど、軽く、消費電力小)
        
        Near-Earth
        
        ジンバル、RCS制御ができます
        
        ただし、地球近傍で制御できません(距離、GEOの2倍)
        
        Deep-Space
        
        ジンバル、RCS制御ができます
        
        地球から離れても、制御できます
        
        休眠モード使用可能(休眠中は制御できないが、消費電力を抑えることができます)
        
        重く、制御中の消費電力大
        
        Science-Core
        
        ジンバル、RCS制御ができません
        
        軽く、消費電力小
    - 今回のロケットは、制御なしで直上に打ち上げれば達成できるので、制御の種類は・・・
      - Science-Coreを選択します
      - levelは、「start」を選びます(これしか選べません)
      - EC(バッテリー)は、100kJを指定します
      - Applly(preserve dimensions)(寸法保持して適用)します
        
        あまりにAvionicsの寸法が小さいと、指定数のEC(バッテリー)が搭載できないこともあります
      - ※過剰設計(必要以上にバッテリー搭載したり、過剰なアビオニクス種類等)は、重量過剰で、ΔVの減少につながるので、避けた方がいです
  - 通信装置の項について
    - Avionics内に1つ、搭載できます
      - 外部に追加設置することも可能。その時は複数種類の方式で通信可能
    - 通信方式について
      - VHF (Very High Frequency)
        
        利点: 回折（回り込み）に非常に強い？電力が少なく済む。
        
        欠点: 帯域が狭く、データ送信（サイエンス）が極めて遅い。
        
        主に打ち上げ、再突入、初期の近距離通信に使う
      - UHF (Ultra High Frequency)
        
        利点: VHFよりは高速。小型のアンテナでも効率良く通信できる。
        
        欠点: VHFより直進性が増し、回折が弱くなる
      - (技術が進むと、L / S / C Band (マイクロ波)も使用可能)
      - (Antenna Planningの使い方が、いまいち不明・・・)
        
        上部の、Ground Station TechLevel　を現在のレベルに選択
        
        技術レベル？研究開発で今後上げていく
        
        Primary　を選択
        
        通常、自身のロケットを選択？
        
        複数の通信種類(VHF/UHF/…)の場合は、種類を間違えないように選択
        
        Peer　を選択
        
        通常、直接の通信先？地上とか？中継衛星使用なら、中継衛星を選択？
        
        中段の惑星名(Sun,Moon・・・)は参考？これを押すと、標準の距離が選べる？
        
        下部距離を入力し、Plan!を押すと、結果が出る？
        
        以下の場合は、ロケットのVHF 0dBmと、適切な地上局で、5000kmでは、通信できないが、500kmなら13 bpsで通信できる、ということ？
    - 今回は、通信の維持のため、VHFとし、通信速度/距離も問題ないので、0dBmと、アビオニクス内で設定します
  - Configrationの項について(科学実験について)
    - ロケット表面に別置きすることもできるが、アビオニクス内に内蔵することも可能
      - 補足として、科学機器を別置きでなくアビオニクス内蔵することで、スペースと部品数の節約になりますが、Avionics自体の建造の時間やコストが長くなるデメリットもあります。将来の高価な科学機器の搭載は、別置きの方が有利の可能性もあります
    - 今回は、
      - 「Configure EXPERIMENTS」をクリックし、「Barometer」(圧力計)、「Thermometer」(気温計)を指定して、搭載します
        
        Avionicsに標準にTelemetry Analysisの科学機器が付いています
        
        (Slotを要求する実験(PH01 - Early Film Camera)は、地球上で回収する必要があります)
      - なお、科学実験でデータ取得のためには、「stopped」状態でなく、「waiting」(待機中)等にする必要があります
        
        「Telemetry Analysis」、「Pressure Scan」(圧力計)、「温度測定」を「waiting」(待機中)にします
        
        打ち上げ中にも切替可能ですが、現設計段階で設定可能です
フィン(翼)
- 重心(CoM、黄色)、揚力(CoL、青)の調整について
  - 左下のボタン(資金表示近傍)で表示させます
  - 空力的に安定するには、青が黄色より下でないといけない、です
- 「空力パーツ」－「B9 Procedural Wing(Early)」を選び、ロケット下部に4っ、対称配置します
  - 制御しないので、固定のWingで十分です
- 翼の寸法の調整のため、カーソルを翼の上に持っていき、その状態で、キーボードの「j」キーを押し、設定ウインドウを開きます
- 各種適切な寸法に設定します
  - スライダーでも調整できますが、ウインドウ内の「#」を押すことで、直接数値を入力することができます
  - ただし、0の数値を入れると、ゲームが不安定になったりするので、注意
  - Edge(leading)、Edge(trailing)を押すと、翼のEdge(縁)部分が設定できます
    - Shapeは、数字で記載してありますが、寸法ではなく、種類を表す番号です
- なお、翼の強度を、0.3に変更します
  - 設定個所は、翼の設定ウインドウ(PAW)です
  - 強度は、小さくすれば軽くなるが、過熱したり故障しやすくなります
  - (翼を燃料タンクとしても使用可能だが、あまり有効でないと、プレイガイドに記載あり)
    - 一応、燃料タンクとして設定すると、微量ながらΔV増えるようだが？
固定モータ
- モータとは、固定燃料のことを指すようです
- 現在のロケットは、SLT 1.79です
  - SLTが1以上なので、上昇はできますが、このロケットは無誘導なので、一気に上昇推進しないと、体勢が崩れるかもしれません？
  - よって、固定燃料を追加して、一気に推力を上げることにします
- 固定燃料の選択
  - 選択肢は、Tiny Tim Booster(公式チュートリアル)か、R-103 Boosterを8個(プレイガイド準拠)ですが、R-103 Booster×8の方が、重量が軽く、ΔVも大きくなるようなので、R-103 Booster×8を追加します
  - なお、エンジン(U-1250)の下に配置するので、エンジン(U-1250)の排熱考慮のため、中空のデカプラ―を使います
- 配置
  - 「連結装置」－「Hollow Interstage」をエンジン下部(U-1250)の下に配置する
  - 配置した、Hollow Interstageの下に、R-103 Boosterを対称で8個、底面のリングに張り付けます
  - Hollow Interstageの詳細設定をします
    - Diameter 0.3750
    - V.ScaleAdj 0.5000
    - 分解能力設定　両方とも0にする
      - 分解能力が0でないと、デカプラー分解時、力が働いて、ロケットの軌道がずれたりするので、必要な時以外は0にしておいた方が良い
  - 下部に固定燃料を追加したので重心の位置等を再確認し、必要であれば翼を追加移動等で調整します
  - 打ち上げパッドとして、なんでもいいので、「構造パーツ」あたりから、打ち上げクランプを付けてください
    - 下部に取り付ける場合、固定燃料が8個対称なので、最下部のR-103 Boosterのいづれかの下に、一つ付けてもいいと思います(見た目が悪いが)
    - 中心に付けたいなら、Hollow Interstageの中心に一旦配置後、オフセットでR-103 Boosterに干渉しない位置まで下げます(浮いてるような配置になるのですが、見た目だけのようで、問題ないです)
  - ロケット発射台(クランプ台)を、打ち上げの位置として、調整します
    - キーボード「b」を押すと、自動的に中央になり、高さが調整されます
    - さらに調整したい場合は、ルートパーツ(通常はAvionics)をシフトさせます
ステージング
- ウラージ(Ullage)(タンク内燃料の安定が必要です)対処方法
  - ホットステージング
    - 下段が燃焼中に、上段の燃焼を開始させる
  - Ullage用モータ
    - 小型固定エンジンを直前に燃焼させる
  - RCS
    - ほぼ真空以上で適用可能
- このロケットは、U-1250がUllage要求です。よって、固定燃料(R-103 Booster)を点火燃焼し尽くした後に、U-1250を点火する、という順番だと、固定燃料燃焼直後に、ロケットが減速し、タンク内燃料が不安定になり、U-1250の点火不良につながります
- これを避けるため、今回は、ホットステージング構成として、両方(U-1250、R-103 Booster)同時にエンジンを点火させます
- よって、ステージの構成は以下の通りです(デカプラのみStage 0にします)
シムの運営
- ロケットの組み立て前に、シミュレーションを実行します
- シミュレーションは無料です
- 念には念を入れて、何回もシミュレーションしましょう
- また、各部品のtool化は、シミュレーションで寸法確定後に実施しましょう(後述)
- シミュレーション実行方法は以下の通り
  - Integration infoを開く(ツールバーの歯車時計から開ける)
  - Simulateボタンを押し、Simulation Configurationを開く
  - Simulation Configurationの設定
    - Body　シミュレーション開始する惑星
      - Earthでよい
    - Start in orbit　惑星の軌道からシミュレーションが可能？
      - 今回はOFF
    - Time　シミュレーション開始時刻(又は、今から経過させる時間)
      - 900で、9:00になる？明るい時間帯で打ち上げたいので。
    - Enable Part Failures・・・　信頼性の確認ができます
      - 信頼性の確認をしたいので、ここではONにします
    - 上記設定したら、Simulateを押します
  - Simulation状態にて
    - MechJebで、必要なウインドウを表示します
      - Delta-V Stats、Orbit Info等
      - 見る情報が慣れてきたら、Custom Window Editorで新しくInfo Windowを作成し、項目をカスタマイズすることも可能
    - 打ち上げは、自動で行いたいので、MechJebのAscent Guidanceを表示させます
      - (Smart A.S.Sでも打ち上げ可能　らしい・・・）
      - なお、全手動で打ち上げてもいいですよ・・・
    - Ascent Guidanceの設定
      - Ascent Guidance下部から、Classic Ascent Profileを選択する
        
        Classic Ascent Profile
        
        亜軌道、又は初期の軌道投入の制御に有効
        
        今回のロケットに有効
        
        Primer Vector Guidance(RSS/RO)
        
        (PVG)、軌道投入に有効だが、今回の亜軌道ロケットには適していない
      - Orbit altitudeに、到達不能な大きな値を入れる
        
        この高度に達成すると、エンジンが停止する。停止させたくないので、当面は不可能な高度を入れておく
      - Orbit inc.　とりあえずCurrentを押しておく
        
        打ち上げ方向。Currentを押すと、最も効率的な東方向がセットされる
        
        今回は、制御できないので、意味をなさないが・・・
      - Ascent Guidance内のAscent Settingでの設定
        
        とりあえず、Autostageの設定だけ変更/確認しておく
        
        Stop autostageing at stage #を0にする(自動でステージ進めてくれる)
    - 右側のツールバーのロケットマークから、エンジンの信頼性ウインドウを表示させる
    - このロケットが、契約を満たせるか確認するため、右のツールバーから契約条件を表示させておく
    - その他、監視しておきたいウインドウ(PAW)を表示したりする
    - 打ち上げ設定が整ったら、Ascent Guidance内のEngage autopilotを押してください
      - MechJebの自動制御が入ります
      - (自動で、スロットルが100%になります)
      - (MechJeb選択項目では、緑文字表示になります)
    - スペースキーを押して、発射を開始させます
      - 固定ロケットが燃焼終了したら、自動でステージが進み、切り離されます
      - Ascent Guidanceや、メインウインドウに制御不能のアラームが出ますが、今回は制御できないロケットなので、問題ないです
      - ロケットの構造や、エンジンの故障が無ければ、速度50m/s以上を超え、高さ100km以上を、達成できていることがわかります
    - エンジンの故障について
      - エンジンの故障/信頼性は、信頼性の表示ウインドウから確認できます
      - 信頼性(MTBF：平均故障間隔)について
        
        燃焼開始の最初の約5秒は、MTBFが低い(故障しやすい)
        
        その後(5秒後)以降は、安定したMTBFになります
        
        燃焼を続け、定格燃焼時間を超えると、MTBFが下がってきて(故障しやすくなる)、最終的に故障します
        
        実際に打ち上げでエンジンを燃焼することで、信頼性データ(du)を獲得でき、パーツごとの最大信頼性まで上げることができます
        
        実際の打ち上げでエンジン故障してしまった場合も、一定値の信頼性データ(du)を取得できます
    - 打ち上げ結果のばらつきについて
      - 設計でのMechJebのDelta-V Statsで表示される燃焼時間と、実際の燃焼時間が以下の理由でずれることがあります
        
        実際の打ち上げでの消費等、複数の要因で、タンク内の推進剤をすべて使い切ることができない
        
        上述の為、設計でのMechJebの燃焼時間表示は、最悪値(過小値)を表示しているらしい？
        
        ばらつきは、打ち上げ場に出てきたタイミングで決まるらしい？
        
        飛行のやり直しにて、打ち上げに戻る、では、同じばらつきらしい？
    - 科学データ取得について
      - 高度40km以上で、データ取得が開始されます
      - 科学機器(Avionics内蔵の時はAvionicsのScience項)を右クリックで開き(PAW)で、測定開始しているか確認できます
        
        runnningで測定中
      - 通信で送信していれば、データはロケット内の蓄積されません？
        (Dataとだけ表示され、その後に何も続きません)
      - Dataを押すと、通信中であれば、通信速度が表示されます
    - Simulation結果について
      - 今回のロケットは、途中で壊れますが、そこそこの信頼性で、速度50m/s以上、高さ100km以上を達成でき、そこそこ科学データも通信で取得できそうです
      - なお、ロケットのAvionicsのRange Safetyで自爆することができます
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