Sounding Rocketの製作

構成部品について

• Avionics(アビオニクス)：制御装置。KSPでのコマンドポッド
  • procedural(手続き型←誤訳？：詳細変更可能式) 寸法/形状/大きさ、内容物、搭載量、等、詳細設定できるということ
  • 基本的に、proceduralの部品を使い、寸法等調整していく
• 燃料タンク
• エンジン
• ソリッドブースター

部品の配置：Avionics[Procedural]

• Avionics[Procedural]を配置します

• なお、Avionicsを配置することで、上部にMechjebが表示されます
  • 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ます
• Mechjebの設定として、Mechjebタブの「Settings」を選び、「Module disabling does not …(RSS/RO)」を有効にします(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を表示させます
  • 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？

部品の配置：燃料タンク

• (タンクの種類として、現状では「Conventional」しか選べませんが、研究を進めると、より有利な？「Isogrid」、「Balloon」等選ぶこともできます)
  • 「Conventional」：重くて安価な燃料タンク
  • 「Isogrid」：「Conventional」よりもかなり軽量ですが、製作コスト上昇
  • 「Balloon」：非常に軽量で高価。高圧燃料を使えない
  • 「Service Module」：サービスモジュール。日燃料を運ぶ特殊タンク
• また、現状選べる燃料タンクの「Conventional Tank」ですが、「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)
  • 「Modular Tank」での「Nose」「Mount」取り付けは、ロケットの総部品数削減につながりますが、燃料タンクの全長が変わることもあり？、tool工具の共通化が難しくなるかもしれません(tool工具については後述)

• 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)

部品の配置：エンジン

• 公式チュートリアル(Building a Sounding Rocket · KSP-RO/RP-1 Wiki · GitHub)では、Aerobeeを採用してますが、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が有利とのことです
• 今回は、U-1250を、燃料タンクの下に配置します
• なお、エンジンを右クリックすると、PAWが開きます
  • PAW：Part Action Window（パーツ・アクション・ウィンドウ）＝詳細設定/確認できるウインドウのこと。大抵、右クリックで開くウインドウのこと

• エンジンが要求する条件が記載されていますが、
  • 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。1ということは1回しか点火できません
  • Min Throttle：最小スロットルは100%(スロットル調整ができません)

• また、その他のエンジンの記述事項として
  • Max Thrust：推力
    • ASL：1気圧
    • Vac：真空
  • ISP：比推力
    • ASL：1気圧
    • Vac：真空
  • Rated Burn Time：定格燃焼時間
    • 定格燃焼時間が設定されており、長時間燃焼すると、最終的に故障して燃焼が停止します
  • MTBF：平均故障間隔

• なお、「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、「パーツ」と「Engine」の間に「機体の制御」の項目があります
• その他、他のエンジンでの要求条件では(Model 39等)、
  • Ground Support Clamps：点火は地上のみ(空中で点火できません)

• 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設定画面が出てきます
  • 「U-2000」に、将来変更する事も可能です
  • 未研究の状態でも選択は可能で、打ち上げのsimulation(後述)で試すことができます

• 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

• 上述の通り、U-1250 エンジンは、Pressure-Fed：高圧タンク(HP)が必要です

• 公式チュートリアルではDiameter(径)300mmですが、プレイガイドの方がDiameter 400mmだったためです
• 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、Delta-V Statsにより、燃焼時間は15.41sと短いです
• このエンジンのRated Burn Times:56sですが、エンジン点火直後は不安定のため、安定まで5s程度事前追加燃焼したいとすると、燃焼時間は61s程度を欲しいところです

• 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つ並べました
  • Altキーを押しながらパーツを選ぶと複製できるので便利です
• (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に関係するためです(後述)
• (また、タンクを分けることで、燃料消費の優先度も設定できますが、とりあえずここではデフォルトのまま)
• これにより、ΔVは56s→69.33sになりました
  • Rated Burn Timesを超えていますが、現時点では長時間の燃焼で故障してもそれほど問題になりません

• (前述設定で設定済みのはずですが、常時勝手に、Configure Procedural Avionicsウインドウが表示されて邪魔な場合は、設定でオフに変更できます)
• オレンジ文字は、まだ未研究の物です。
• まず上部で種類を選びます
  • Near-Earth
    • ジンバル、RCS制御ができます
    • ただし、地球からの高度が約145,000km以下でしか制御できません
  • 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
    • 休眠モードが使用可能：休眠中は制御できないが、消費電力を大きく抑えることができます
    • なお、宇宙で時間のワープ使用した場合でも、自動で休眠中になり、ワープ中の消費電力を抑えてくれます
    • 重量が重く、制御中の消費電力大
    • 初期状態では選べません。研究を進める必要があります
  • Science-Core
    • ジンバル、RCS制御ができません。よって無制御です。
    • 重量が軽く、消費電力小
    • 技術が進めば、消費電力を99%削減できます
• その後、下部で最新の研究済の物を選べばよいです(最新ほど、軽く、消費電力小)

• 今回のロケットは、ジンバルがなく制御ができないので、よって制御不要のため、「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、今回の場合は100kJを指定します
• 「Applly(preserve dimensions)」を押して、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
  • 「Applly(resize to fit)」を押してしまうと、Avionicsの寸法が変わってしまいます

• 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、避けたいです

• Configure EXPERIMENTSのPAWが表示されます

• Telemetry Analysisは、Avionicsに標準で付属する科学機器です
• 「stop」状態では、サイエンスポイントを取得できません
• 打上/宇宙船操作中に「waiting」に切り替えることもできますが、しばしば忘れます・・・
• ロケット設計中にあらかじめ「waiting」にしておくと、打ち上げの最初から「waiting」にできます

• 科学実験機器は、今回の様にAvionicsに内蔵するほか、ロケット表面に別置きすることも可能です
  • 科学機器をAvionics内蔵するメリットとデメリット
    • スペースと部品数の節約になります
    • Avionics自体の建造時間やcostが大きくなるデメリットがあります
    • 将来の高価な科学機器の場合は、搭載でなく別置きの方が有利の可能性もあります？
• 「Pressure Scan」等、Data Size/Data rate表記の物は、通信でサイエンスポイントが取得可能です。
• 一方、Slotを要求する科学実験(PH01 - Early Film Camera)は、地球に帰還して地球上で回収する必要があります(又は、宇宙船での研究者による研究解析？)
• サイエンスポイントについて、地球高度40km以下についてはすでに取得済みになっています

• 基本的にロケットの場合は、固定Wingで十分です？

• 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、Offset以外で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、らしい
• 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
• 重心と揚力を見ながら、最終的に以下の数値にしました

• 翼の(PAW)にて設定します
• 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
• (なお、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)

• 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

• 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ます
• 下部に取り付け位置ですが、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)

• 下部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、問題ないようです)

• 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

• 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)
  • 年月日で指定可能、又は現時刻からの経過時間指定？
• Enable Part Failures・・・　信頼性の確認ができます
  • 信頼性の確認もしたいので、ここではONにします
  • 理想状態で比較検討したい場合は、OFFにしたほうが良いかもしれません
• 上記設定したら、「Simulate」を押し、シミュレーションを開始実行します

• MechJebの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

Ascent Guidanceの制御の種類

• 打ち上げは、自動で行いたいので、MechJebのAscent Guidance(上昇誘導？)を表示させます
  • (Smart A.S.Sでも手動で？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・・・
  • とはいえ、RSS/RP-1では、打ち上げの再現性や、特に今後の契約条件の厳しさ等から、原則として自動での制御が必要だと思います・・・

• Ascent Guidanceでの打ち上げ方法は、以下の2種類あります
  • Classic Ascent Profile
    • 亜軌道(弾道軌道？)、又は初期の軌道投入の制御に有効
  • Primer Vector Guidance(RSS/RO) (PVG)
    • 軌道投入に有効だが、亜軌道(弾道？)ロケットには適していない
• 今回のロケットは、無制御(亜軌道？)なので、Classic Ascent Profileを選択します

Ascent GuidanceのClassic Ascent Profileでの設定

• Orbit altitude：到達不能な大きな値を入れる
  • この高度に達成すると、エンジンが停止します(意外と盲点)
  • 停止させたくないので到達不可能な高度を入れておきます
• Orbit inc.：打ち上げ方向ですが、とりあえず「Current」を押して警告を消しておきます
  • 「Current」を押すと、最も効率的である東方向がセットされます
  • 今回は、制御できないので、意味をなさないのですが・・・

Ascent GuidanceのAscent Settingでの設定

• 今回は無制御のロケットだが、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#0まで進めてくれる)

• 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ます

• このロケットが、契約を達成できるか確認するため、右のツールバーから契約条件を表示させます

• 準備が問題なければ、Ascent Guidance内の「Engage autopilot」を押し、オートパイロットを起動します
  • Ascent Guidance内のメッセージで、Autopilot status:Awaiting liftoff表示になります
  • 自動で、スロットルが100%になります
  • MechJeb選択項目が、自動制御中ということで、緑文字表示になります

• 自動でステージが進み、固定/液体燃料が燃焼開始でリフトオフ→固定燃料が燃焼終了→固定燃料の切り離し、と、進みます
• 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

• 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？

• 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5sは、MTBFが低いです(故障しやすい)
    • それ(5s後)以降は、安定したMTBFになります
    • 燃焼を続け、定格燃焼時間に近づき超えると、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

• 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)を右クリックで開いて(PAW)、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