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【2017-07-19】火箭设计理念分析及KSP中的应用

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前言:
本帖适用于对火箭有一点了解,喜欢钻研的人阅读。使用的数据和图片主要来自喂鸡百科,spaceflight101以及百度图片。KSP部分的内容使用的mod都是笔者自己根据现实进行过大幅度修改的,这个修改包预计会在这个暑假放出。
本帖旨在借助对于现实的火箭设计理念进行分析,让读者有这部分内容有一定的了解,进而在此基础上发挥想象力,设计出更好的作品。本帖分析的内容全部基于笔者自己对于火箭的了解,可能出现错误,也欢迎指正与讨论。
本帖欢迎对火箭知识进行讨论,但也希望能避免一些低质量的问题,因此对于低质量问题将会予以删除,此类问题请发至置顶帖提问楼。


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1楼2017-07-19 15:57
    一. 分类
    我们可以从多个角度对火箭进行分类,如构型,级数,运载能力,主打任务类型等。
    按照构型,可分为有助推火箭与无助推火箭,其中有助推火箭又可分为固推,液推以及捆芯神教。
    按照级数,可分为单级火箭与多级火箭:
    按照运载能力,一般可分为探空火箭(不入轨),小型火箭(LEO运载能力0~2吨),中型火箭(LEO运载能力2~20吨),重型火箭(LEO运载能力20~50吨)与超重型火箭(LEO运载能力50吨以上)。值得注意的是,LEO运载能力并不能作为衡量火箭运载能力的唯一标准。受到燃料种类的影响,完全可能出现A火箭的LEO运载能力高于B火箭,但是B火箭的GTO以及TLI能力高于A火箭的情况。
    按照主打任务类型,可分为SSO,LEO,GTO,GEO以及深空任务等。
    但是,不管按照那种方式分类,一款火箭的设计理念总是会与其设计目标所直接相关。本帖将会针对几款典型的火箭进行分析,找出设计与目标之间的联系。


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    2楼2017-07-19 15:59
      一. 具体分析
      ① 小型火箭
      小型火箭主要是为解决有无问题或者应对快速发射以及降低成本而设计的。前者比较著名的例子有:
      前苏联的史普西尼


      美国的先锋



      中国的长征一号


      后者则有
      SpaceX的猎鹰一号


      中国的快舟十一号


      以及Rocket Lab的Electron



      这类火箭主要用于将小型的载荷送入LEO或者SSO,技术水平相对较低,尤其表现在引擎方面——其推力,比冲相较于中型及重型火箭的引擎都有很大程度的不足。一般来说分级不会特别复杂,以两到三级为主,一般没有助推器(毛子:???)。但是,这类火箭的成本往往较低(解决有无问题的不算)。在KSP中,生涯模式下开局的火箭非常适合采用这种类型。


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      4楼2017-07-19 16:12
        ②中型火箭
        中型火箭是当前主流的被采用的火箭,主要用于将中等质量的载荷(2~20吨)送入LEO或SSO,在配备有一个上面级的情况下可以将标准质量(2~5吨)的通讯卫星送入GTO甚至GEO,也常用于执行深空探测,载人任务等。这类火箭的构型与燃料组合相对多样,灵活度非常高。比较著名的例子有中国的CZ-2系列,CZ-3系列,CZ-4系列,CZ-7,美国的AtlasV系列,DeltaIV系列,Falcon9家族,俄罗斯/前苏联的联盟家族,安加拉家族的小型版本,日本的H-II系列,印度的GSLV系列等等
        在KSP中,最经典的例子就是Kerbal-X,在不算其载荷的情况下可算作一枚中型运载火箭。对于原版KSP而言,中型运载火箭已经可以满足Kerbin系内的探索,设计精巧的话可以执行Duna任务。以我个人经验而言一发中型运载火箭报价在5~10万坎币左右,性价比还是十分高的,在没有点出SSTO与Shuttle所需的部件之前非常好用。


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        5楼2017-07-19 16:33
          ③重型火箭
          重型火箭拥有非常优秀的LEO运载能力,一般而言在20~50吨左右,但是其主要执行的任务却并不是将这么多载荷送入LEO,而是将中等质量的载荷送入高能量轨道(TLI,TMI等)或者将大型通讯卫星送入GTO或者GEO。而用于LEO的情况目前局限于发射空间站组件及LEO小型通讯卫星组。这类火箭一般采用低温和/或半低温燃料(质子:喵喵喵?)以追求较高的燃料效率,一般会配备有一个高性能的上面级来满足高能量轨道的需求(F9v1.2:喵喵喵?)。重型火箭比较著名的例子有中国的CZ-5,美国的DeltaHeavy,Falcon9v1.2,俄罗斯/前苏联的质子M,安加拉A5,ESA的Ariane5,6,设想中的AtlasHeavy。
          在KSP中我设计重型火箭时往往采用的思路是芯级使用氢氧/煤油/甲烷,配上煤油/固推的助推,一个氢氧/甲烷的第二级,再加一个可选的毒燃料上面级;或者是采用捆芯神教。这一点后文会进行更具体的分析(flag)
          对于原版用户而言,设计重型火箭就没有那么多讲究了,欢迎食用3.75米的NASA组件。芯级推比可以小一点(多塞几个燃料箱),再加上橙罐/主帆组合或者大固推来补足起飞推力,起飞推比1.3左右,二级初始推比0.5~0.6左右。


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          6楼2017-07-19 17:01
            ④超重型火箭
            超重型火箭是指LEO理论运载能力在50吨以上的火箭,但是与重型火箭一样,它往往用于执行高能量轨道及深空探索任务。这类火箭的任务目标一般相对单一(虽然理论上来说啥都可以干,KSP里面也啥都可以干)。此类火箭的构型也是相对单一,往往是大芯级+助推+氢氧上面级的组合(SaturnV&FH:喵喵喵??)。此类火箭无一例外全部选取了低温燃料来提高效率。比较著名的例子有中国的CZ-9,美国的SaturnV,AresV,SLS,FalconHeavy,ITS,前苏联的N-1,能源。
            超重型火箭是航天界的巅峰之作,是载人深空探索之必备,在原版KSP中其作用并不明显,只有炸机和**两个主要功效,但是对于RSS和K365用户而言,想要载人离开地月系/Kerbin系是离不开超重型发射载具的。


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            10楼2017-07-19 17:25
              【未完待续】
              翻译:今天写不动了先摸一个(狗屎明明是Soyuz的RSLV配置文件还没准备好写不下去了。)


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              11楼2017-07-19 17:28
                前排


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                来自Android客户端12楼2017-07-19 17:30
                  dd


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                  来自Android客户端13楼2017-07-19 17:46
                    这么多年过去了,毛子的火箭没长粗但是变得越来越长了


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                    来自Android客户端14楼2017-07-19 17:51
                      CZ-9还很遥远啊


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                      来自Android客户端15楼2017-07-19 17:56
                        我用来RSS发射的联盟和猎鹰都是自己魔改CFG数据的。。。。。。。尺寸跟真实尺寸差的有点远不过性能几乎一样甚至更好


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                        16楼2017-07-19 19:36
                          呀,我还以为是给萌新写的呢,LEO这类术语是不是钦定了RSS用户无论如何支持


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                          来自Android客户端17楼2017-07-19 20:23
                            滋磁


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                            来自Android客户端18楼2017-07-19 21:56
                              不明嚼梨kuala


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                              来自Android客户端19楼2017-07-19 22:08