欢迎阅读《坎巴拉太空计划》史上评分最高的指南！ 本指南包含你在《坎巴拉太空计划》中取得成功所需的一些数学知识、技术术语和基本机制。适合具备普通数学和技术背景的玩家阅读。 基础力学 欢迎了解坎巴拉物理学！这是一份简化的火箭科学入门指南！ 【若文字与图片重叠，请刷新页面】要是你不清楚这些概念，我来解释一下！ 速度 国际单位：米/秒 或 m/s 指物体相对于另一物体的移动速率。我们都在以30千米每秒的速度绕太阳运行，这意味着我们相对于太阳的速度是30千米/秒。但在地球上谈论速度时，我们通常以地面为参考。如果我说一辆车以10米/秒的速度行驶，那是指它相对于地面的速度为10米/秒。因此，速度是相对的。 加速度 国际单位：米/秒² 或 m/s² 指物体速度变化的速率。也就是米每秒每秒！一个物体以2米/秒²的加速度运动，意味着每秒钟它的速度会增加2米/秒。 时间 国际单位：秒 或 s 时间，这可是个难以解释的概念，不是吗？距离的国际单位：米（m） 这只是长度的度量单位！ 运动与方向 这些是你必须习惯的概念 在日常生活中，我们可以用左、右、上、下来指明方向。在火箭科学中，我们也有类似的方向概念，只是使用不同的术语。 - 顺行：航天器的飞行方向 - 逆行：航天器飞行的相反方向 - 轨道法线：垂直于轨道且朝上的方向 - 轨道反法线：与轨道法线相反的方向 - 径向向内：朝向绕行天体（如行星或恒星）的方向 - 径向向外：背离绕行天体的方向主轴 航天器通过旋转来调整飞行路径，这与飞机类似。共有三个轴：俯仰轴、偏航轴和滚转轴。推力 推力的单位是牛顿，这是力的单位！ 根据牛顿定律，我们知道物体因外力作用而加速，其数学表达式为：力=质量×加速度，即F=ma。在火箭中，废气粒子不断从火箭喷嘴喷出，也就是说，粒子在火箭内部的化学反应作用下被加速。有作用力就有反作用力，当火箭对喷出的粒子施加力时，会在相反方向产生大小相等的力！这就是火箭推进的原理！化学反應如何加速粒子： 火箭燃燒室內發生化學反應時會產生熱量。因此，由於粒子的平均動能【1】增加，燃燒室內的壓力會上升。受熱粒子會向外膨脹，這就是蒸汽機的工作原理。火箭噴嘴外部和內部之間的壓力差導致粒子向外運動（後續將詳細說明）！ 【1】溫度與物體的平均動能成正比，動能是物體運動的能量！因此，只要物體的溫度高於絕對零度，其內部的粒子就會不斷運動。溫度越高，粒子的運動就越劇烈。质量和重量！（它们是不同的） 质量和重量不一样！ 质量的国际单位：千克或kg 重量的国际单位：牛顿或N 质量和重量不一样！！！！！！！！！！ 质量和重量可能有相似的数值，但它们本质上是不同的！ 质量是衡量物体中含有多少物质的量度，例如一个金属球。相比之下，重量是衡量重力对物体施加多少力的量度！如果一个金属球在地球上重981牛顿，那么这个金属球的质量是100千克，但这个金属球在火星上重371牛顿！重量取决于质量占主导地位的物体（也就是行星）的引力影响。火星表面的重力比地球弱。 重量是根据F=ma计算的，地球上的加速度是9。81米/秒²，下图简化为10米/秒²比冲（Isp） 在火箭技术或任何产生推力的装置、载具中，我们使用比冲（Isp）来衡量效率。如你所知，火箭在燃烧燃料时会不断损失质量。这是因为从火箭喷管喷出的粒子质量正是火箭损失的质量。为了使火箭效率最大化，每个粒子的排气速度也必须最大化。这是由于之前讨论过的F=ma公式。高速喷出的排气粒子必须被加速到该速度，这意味着更高的排气速度会产生更大的加速度，进而产生更大的推力。综上所述，比冲是每单位燃料产生的推力的度量，即燃料效率。将鼠标光标悬停在火箭发动机上，即可查看其比冲（Isp）！ 注意： 比冲的单位是秒，这可能看起来有些奇怪，但这是单位换算后得出的结果。 大气层 并非《坎巴拉太空计划》太阳系中的所有行星都有大气层！但大气层是该游戏中一个极其重要的考虑因素！在有大气层和无大气层的行星上进行着陆和起飞的操作有很大不同！ 压力 什么是压力？压力是施加在表面上的力的度量。压力的国际单位是帕斯卡（Pa）或牛/平方米（N/m²，即单位面积上的力）。一个常见的非国际单位是PSI。压力差会导致粒子从高压区域流向低压区域，压差越大，流速越快。这就是压缩气体快速流出以及喷雾罐能够工作的原理！由于地球引力的作用，空气会随着海拔的升高而变得稀薄，也就是说，空气密度会降低，大气压力也会随之减小。这里的压力单位是千帕斯卡，1千帕斯卡等于1000帕斯卡！记住1帕斯卡等于1牛每平方米。 大气压是个有点奇怪的东西，地球海平面的大气压超过101300牛每平方米。按字面意思，这意味着任何表面积为1平方米（1米乘1米）的桌子上，都堆叠着超过10吨的质量。桌子之所以没塌，只是因为大气压无处不在，它既存在于桌子上方，也存在于桌子下方，这些力相互抵消了！不过，这并不意味着你无法摧毁桌子，只需将桌子下方的空间抽成真空即可！这样做会破坏力的平衡，使压力能够有效施加10吨的力！阻力 简单来说，阻力就是空气摩擦力，它会使你的飞行器减速并产生热量！这对发射和再入大气层至关重要。阻力的大小取决于飞行器所处的大气压力、自身形状以及飞行速度。关于这一点，后面会有更多介绍！ 比冲（续） 既然我们已经了解了压力的概念，现在就可以深入探讨比冲的更多方面了。在上一节中，我们知道大气压力会随着海拔高度的不同而变化。我们还学到另一个概念：压力差决定了粒子从一个点流向另一个点的速度。在火箭技术中，这就是粒子从火箭喷管（高压区域）流向大气层（低压区域）的原理。随着火箭向上飞行并不断升高，大气压力会逐渐降低，火箭喷管内部与外部大气之间的压力差也会随之改变。因此，由于比冲与排气速度成正比，比冲也会发生变化！ 飞行器的质量分布与控制系统 为什么质量分布如此重要？ 在飞行过程中，我们希望火箭尽可能保持稳定。如果质量分布不均匀，重力会对较重的一侧产生更大的作用力，这会产生扭矩，从而改变火箭的旋转状态。为实现稳定性，我们有多种选择。一种是使用气动尾翼（类似飞机上的襟翼），另一种是使用RCS推进器，即反作用控制系统。这些推进器通常垂直于火箭方向安装（见下图e）。与火箭发动机相比，这些推进器的功率要小得多，因此在空气阻力占主导的大气层中飞行时，RCS的效果并不理想。另一种方法是在飞行过程中改变火箭喷管的朝向（称为万向节，见d）。在大气层内飞行时，尾翼和万向节可能是最佳选择。RCS推进器主要用于太空飞行。在太空飞行（非大气层内！）时，RCS比万向节更具优势的原因在于它能更高效地施加扭矩。只有当力垂直于杠杆臂施加时才会产生扭矩，这里的杠杆臂即火箭本体。此外，RCS系统具备俯仰、偏航和滚转的能力，且不会改变火箭的飞行轨迹！你应当运用所有这些方法来确保火箭的安全！重力 为什么牛顿被认为是历史上最重要的科学家之一？ 要理解火箭的工作原理，我们必须先了解它们运行的环境。在地球表面，我们被重力束缚在地面上。换句话说，有一种力在将我们向下拉，否则我们就会到处漂浮。这种力就是我们所说的重力。回想前面的内容，F=ma（力=质量×加速度），在地球表面，重力加速度为9.81米/秒²，这对所有物体都适用。但想想看，为什么会这样呢？难道较重的物体不应该比较轻的物体下落得更快吗？这是一个很多人都会有的常见误解，事实是下落较慢的物体只是受到了大气摩擦力的影响（比如羽毛）。这意味着在没有大气层（没有摩擦力）的星球上，锤子和羽毛会以相同的速度下落。因此，重力加速度与质量无关！高海拔处的重力 为什么在太空中物体几乎感受不到或完全感受不到重力？在较低海拔处，重力效应会显著减弱，这是因为重力（F）和加速度与距离（r）的平方成反比（如下列公式所示）。对于不擅长数学的人来说，这简单意味着随着距离增加，重力效应会以更快的速率减弱。为了更清楚地说明，这里的“距离”指的是什么呢？它是地球质心与卫星之间的距离。 然而，如果你在轨道上的航天器中，感受不到重力是出于另一个原因。当你处于轨道上时，你和航天器一起处于自由落体状态。可以这样理解，当你站在地球表面时，重力会把你压向地面，这就是你能站稳并感受到重力的原因！然而，当你处于自由落体状态时，航天器会以相同的方向和速度与你一起运动，所以你不会被压向任何东西，因此也就感觉不到重力了！对于懂数学的人： G 是万有引力常数 M 是大天体的质量（例如地球） m 是小天体的质量（例如月球或国际空间站） r 是两个天体质心之间的距离或半径 注意：如果将 m 从等式右侧移到左侧，F/m=a，因此 a=GM/d²。重力加速度与质量无关！ 基础轨道力学 术语 远拱点：轨道中的最高点，卫星与其绕行天体之间的距离最大。 近拱点：轨道中的最低点，卫星与其绕行天体之间的距离最小。 切向速度 为避免混淆，任何运动的物体都沿直线运动！力（例如重力）可以施加在运动的物体上，导致其改变方向。理解这一点的简单方法是想象一个绕行星运行的物体。如果行星突然消失，该物体将不再做圆周运动，因为维持轨道运行的引力将不复存在。因此，物体将沿直线运动，这体现了切向速度。 重力的作用 你是否曾经用绳子拴着物体像个疯子一样甩来甩去？你猜怎么着！这和物体绕地球运行的原理基本相同！物体不会飞出去的原因是绳子。绳子对物体施加了一个指向旋转中心的力。这种力类似于重力（图中以a表示）。对于在轨卫星而言，重力持续将其向内拉，而卫星则持续沿拉力的垂直方向运动。重力的拉力防止卫星飞离，并使其保持圆形轨道运行！要实现轨道运行，卫星必须具备足够的速度（图中以v表示），否则它将落回地球（见下图）。轨道 这部分比较棘手，在不同高度会受到不同大小的引力。因此，在不同高度绕行星运行时，我们所需的速度并不完全相同。 那么，我们该如何以及何时启动引擎来增加速度呢？要进入轨道，我们首先需要获得足够的速度以到达目标高度。当到达该高度（大约在远地点附近）后，我们需要再次启动引擎，以获得所需的切向速度！进行此操作时，务必确保火箭朝向顺行方向！偏心轨道 超越圆形轨道 到目前为止，我们已经了解了简单的轨道类型，即圆形轨道。但如果在圆形轨道中施加顺行推力会发生什么呢？你的轨道会开始变成椭圆形！椭圆轨道的数学计算相当复杂，但我们稍后会深入探讨这一点。椭圆轨道对于前往月球或太阳系其他行星非常有用。以下是展示阿波罗登月任务轨迹的图示： 1. 火箭首先进入地球轨道。 2. 接着，火箭进入与月球轨道对齐的椭圆轨道。 3. 当火箭抵达月球时，它开始向逆行方向点火以进入月球轨道，这一过程称为捕获。 4. 最后，火箭进一步向逆行方向点火以实现着陆。你是否已建立连接？你应该意识到所有这些过程都与改变轨道轨迹有关。在之前的章节中，我们讨论了如何进入不同的轨道。要从圆形轨道进入椭圆轨道，你需要在【顺行方向】增加速度。要从椭圆轨道进入圆形轨道，你需要降低速度，因此，要在【逆行方向】启动引擎。重力势能、动能与速度增量 为何能量很重要？ 我相信在生活中的某些时刻，我们都听说过能量守恒定律。火箭科学也不例外！在这种情况下，我们讨论的是重力势能和动能之间的能量转换。 动能 当物体具有速度时，它就具有动能。动能与速度的平方成正比。其公式为（1/2）mv²，其中m是质量，v是速度。 重力势能 当物体处于重力影响范围内时，它具有在舍弃部分势能的同时获得动能的“潜力”。例如，可以想象一个保龄球。一个悬挂在距离地球表面10米处的保龄球具有势能，因为释放后，其重力势能会转化为动能。在重力的加速作用下，它的速度会越来越快！对于这个保龄球的例子，计算相当简单，因为地球表面和10米高度处的重力加速度差异非常小。对于在轨物体，原理虽然相同，但计算就完全是另一回事了，因为要记住：引力的大小会随着两个质心之间距离的变化而变化，在高海拔地区，这种差异是显著的。 远地点和近地点 综上所述，当卫星处于远地点时，它距离所环绕的天体更远，因此具有更多的重力势能。相反，当卫星处于近地点时，它离绕行天体更近，重力势能更小。由于能量是守恒的，重力势能较小的地方动能应该更大，而重力势能较大的地方动能应该更小。这就是为什么卫星在近地点比在远地点运行得更快！ 这种现象也可以通过开普勒定律来解释，如果你感兴趣的话，可以去查阅一下！ 【Delta-V（Δv）】 Delta表示变化，V表示速度。如果一枚Delta-V为6000米/秒的火箭处于太空中，远离任何引力影响，它可以获得6000米/秒的速度。Delta-V是衡量火箭能力的一个很好的指标，因为它显示了火箭能够飞行的距离。然而，ΔV（德尔塔- V）的值并不一定代表航天器到达目的地时的速度。例如，前往近地轨道需要9400米/秒的ΔV，但进入地球轨道后，航天器的实际速度并非9400米/秒，而是更低。这是为什么呢？部分动能会转化为引力势能（航天器向上飞行时因重力作用而减速，但在落回地球时又能重新获得这部分速度！）。因此，能量是守恒的！火箭的ΔV是通过计算各级火箭能够获得的速度总和得出的。 以下是太阳系内不同地点间航行所需的ΔV示意图。此外，这里有一张柯伊伯系统的德尔塔- V地图。 星际旅行 霍曼转移 前往其他行星的最佳方式是执行一种名为【霍曼转移】的轨道机动。其数学计算相当复杂，但幸运的是，网上有一个便捷的计算器，提供分步说明以确保成功。 如你所知，柯伊伯系统是我们太阳系的缩小版，有许多行星以不同的半径绕太阳运行。在距离太阳不同的位置，每颗行星（相对于太阳，因为行星绕太阳运行）的轨道速度和轨道周长都是不同的。因此，时机非常重要，因为你需要确保到达时目标行星确实在那里！这就是我们需要【霍曼转移】的原因！ 此外，并非所有行星都有圆形轨道！分级与不同火箭发动机 现在是时候结合我们所学的知识了。回顾之前的章节，我们讨论过火箭发动机在不同高度下会有不同的比冲。现在，我们来谈谈具有不同比冲的各类火箭发动机。 固体火箭助推器（SRBs） 固体火箭助推器的比冲相当低，但它们价格低廉且推力强大。其强大的原因在于它们产生推力的能力。固体火箭助推器效率不高，但能输出巨大的推力，这对发射至关重要。因此，它们的设计工作时间不长，但能为火箭提供启动所需的强劲动力。其低比冲是它们通常在起飞后不再使用的原因之一。另一个原因是固体火箭助推器一旦开始燃烧就无法停止，会一直燃烧到燃料耗尽。此外，固体火箭助推器无法实时控制推力输出，这限制了它们的用途。 液体燃料火箭 液体燃料火箭的比冲高于固体火箭助推器，可与固体火箭助推器配合用于起飞。与固体火箭助推器相比，液体火箭的成本略高一些。在飞行过程中，你可以调节液体燃料发动机的推力，这在进行复杂的轨道机动时非常方便。你还可以随时关闭发动机！级间分离 如你所知，从大气层飞行过渡到太空飞行时，使用不同组别的发动机会更有利。为了最充分地利用燃料，你不会希望飞行器过重（回想一下F=ma公式）！因此，你需要抛弃那些不再需要的发动机。这就是我们所说的级间分离。正如你在上一部分看到的，阿波罗登月任务的土星五号火箭有许多级，每一级都有不同的用途。在《坎巴拉太空计划》中尝试使用不同的火箭发动机，你会发现每一种发动机都适用于特定的机动动作，而其他发动机则不适用！ 你可以设置任意多级！发挥你的创造力吧！ 级间分离有两种类型，允许分离的部件被称为分离器。飞机发动机与火箭发动机 不同的发动机 如你所知，飞机发动机需要吸入空气，而火箭发动机则不需要。这意味着飞机可以喷射并非自身携带的废气颗粒！这使得飞机发动机在效率方面具有巨大优势。不过，飞机发动机也存在一些限制因素。 飞机 飞机使用的发动机种类多样。不超过音速的商用飞机通常采用涡轮喷气发动机，这也是大家最为熟悉的发动机类型。对于跨音速飞行而言，由于需要应对激波，其空气动力学特性会变得十分复杂，这已超出本指南的讨论范围。 太空 随着高度不断增加，空气会变得越来越稀薄，飞机也就不再拥有燃烧所需的氧气。这就是飞机在太空中无法运行的原因，因为那里没有氧气！这也是火箭必须携带自身氧气的原因，这种氧气被称为氧化剂。重返大气层 着火了！到处都是火！ 该死该死该死该死该死！！！重返大气层是很危险的，部件可能会解体、烧毁，尤其是当你携带了敏感设备时！如果你不想它们受损，考虑安装一个尺寸合适的隔热罩。重返大气层所需的ΔV（德尔塔V）不像进入轨道那么多。部分原因是地球（还有坎星）有大气层（另一个原因是你不必攀升到太空）。如果你稍微调整轨道，让航天器刚好接触到大气层，航天器会多次进入大气层，最终会将航天器减速到足以进行最终重返。当然，你也可以调整轨道，让轨迹直接接触坎星表面，这样能更容易将着陆点精确到特定位置。然而，由于进入速度的增加，载具将承受更大的热应力。再入方向 再入大气层时，务必让隔热盾朝向【顺行方向】！这样热量才不会烧死可怜的坎巴拉人！除非你就是喜欢拿他们寻开心！降落伞，别忘了它们 随身携带备用降落伞总是个好主意。如果你有很多有效载荷需要带回，就需要大量的降落伞。除非你处于部件数量有限的生涯模式，否则想装多少就装多少！一定要确保降落伞存放在服务舱之类的地方，这样它们才能在再入大气层时幸存下来！降落伞只在有大气层的天体上有效。月球可没有大气层！ 到目前为止，本节中你读到的所有内容仅适用于在有大气层的行星上着陆！ 想想看，去月球需要降落伞吗？当你靠近月球时会减速吗？当然不会，月球没有大气层！ 那么如何在月球着陆呢？ 方法有很多，网上也有很多不错的教程。看一个你就知道了！《坎巴拉太空计划》教程 有些内容通过互动方式讲解效果更佳。 如果你是新手，《坎巴拉太空计划》的入门教程是【必须】体验的！它会教你如何使用界面来执行我们所讨论的操作。你需要熟悉为飞船规划航线！如果不这样做，即使你知道原理，也会完全不知道该怎么做！ 去玩教程吧！模组 在《坎巴拉太空计划》的建造菜单中，你会发现可选的部件并不多。这一点是好是坏取决于你的个人偏好。如果你想让游戏变得更复杂，可以考虑安装模组，为游戏增添一些更贴近现实的多样性。例如，【真实化大修模组包】就提供了大量基于现实的不同燃料和火箭发动机。此外，还有许多其他模组能够增强《坎巴拉太空计划》的真实感。不过，即便如此，《坎巴拉太空计划》在无数方面仍远没有实际建造火箭那么复杂！ 去探索模组吧！一个方便安装《坎巴拉太空计划》模组的工具是CKAN，这是一款能自动为你管理模组的软件。对于某些模组，你可能需要降低《坎巴拉太空计划》的版本，因为并非所有模组都支持最新版本的《坎巴拉太空计划》。 结语 接下来做什么？在《坎巴拉太空计划》中随意探索，理解我刚才所讲的内容！还有很多东西需要你自己去发现！如果你有任何建议或发现任何信息有误，请随时提出。如果本指南帮助你理解了太空飞行的基础知识，那将是我的荣幸。 最后，如果你想开阔眼界，可以考虑阅读一些关于天文学和物理学的书籍！以下是我推荐的一些书籍： 《物理学的爱》沃尔特·莱文 《天文学：自学指南（第八版）》黛娜·莫切 《大设计》史蒂芬·霍金 《宇宙》卡尔·萨根

一张社区DeltaV地图的简单图片 地图许可协议 本内容非本人原创，我制作本指南仅为方便在游戏内访问此地图。 原始来源已屏蔽。 本作品采用CC BY-NC-SA 4.0许可协议。 您可以原样使用、复制和再分发本作品。 您可以重新混合制作自己的衍生作品（编辑数值、设计等），并以自己的名义发布。 您不得将本材料用于任何商业目的。 您必须采用与原始作品相同的许可协议。发布衍生作品时，必须注明以下人员的贡献： JellyCubes（原创概念） WAC（原创设计） CuriousMetaphor（原创真空数值） Armisael（额外真空数值） Kowgan（设计、原创大气数值） Swashlebucky（设计） AlexMoon（飞行时间） Official Wiki（中继天线计算）