Филипп Терехов

Orbiter: космические полёты в домашних условиях

Лучший способ отметить День космонавтики — отправиться в космос с помощью симулятора Orbiter, который использует в своих роликах даже Европейское космическое агентство.

Время чтения: 7 минут
Orbiter: космические полёты в домашних условиях

Игра-симулятор Orbiter — программа, позволяющая «пережить» реальные ситуации космических полётов. Кроме развлечения, она может быть использована для изучения физики, астрономии и истории космонавтики.

Мы попросили рассказать об Orbiter Филиппа Терехова — блогера-популяризатора астрономии и космонавтики, топового автора Geektimes.

Я увлёкся астрономией и космонавтикой в 2012 году, посмотрев подряд несколько тематических фильмов на День космонавтики. Это увлечение и многолетний опыт преподавания эволюционировали в желание рассказать всему свету, каким интересным, красивым и захватывающим может быть мир космонавтики. Не нужно работать в отрасли, чтобы «болеть» за успех миссии космонавтов или беспилотного зонда, восхищаться красотой космоса и размышлять о космическом будущем человечества.

Симуляторы — дело серьёзное 

Июнь 1965 года. В космос отправилась миссия «Джемини-4» (командир Джеймс МакДивитт, пилот Эд Уайт). Одной из её задач было сближение со второй ступенью ракеты-носителя, которая вывела корабль на орбиту. Задача была второстепенной, её не отрабатывали заранее и не считали особо сложной.

Однако результат этого эксперимента оказался неожиданным. Когда командир развернул корабль носом на вторую ступень, она находилась примерно в ста метрах. Небольшой импульс вперёд двигателями орбитального маневрирования — и, казалось бы, дело сделано. Однако, ступень сначала стала удаляться, а затем уходить вниз. МакДивитт снова дал импульс вперёд. Но ступень удалилась на километр, затем слегка приблизилась, а, когда корабль вышел из тени Земли, она уже была в шести километрах, и для новых попыток сближения не осталось топлива.

Астронавты были квалифицированными специалистами, отличными лётчиками, но не смогли подлететь к цели, которая была от них на расстоянии всего лишь ста метров. Физика орбитального полёта оказалась контринтуитивной — противоречащей навыкам полётов на самолёте и вообще земному опыту.

Для решения этой проблемы были разработаны методики и симуляторы. Их использование дало свои результаты меньше, чем за год. В миссии «Джемини-8», которая отправилась в космос в марте 1966, Армстронг (да-да, тот самый) и Скотт успешно встретились на орбите с запущенной на другой ракете мишенью, сблизились и состыковались с ней. А на «Джемини-12», когда отказал радар, критически важный для определения дальности и угловой скорости мишени, Олдрин и Лоувелл смогли сблизиться и состыковаться, используя секстант — угломерный инструмент, который в ходу у моряков с 18 века.

Команда «Джемини-12». Источник изображения: Википедия

Космос для тех, кто на Земле

Прошли годы. Появились персональные компьютеры, и для них стали создаваться игры, в том числе и космические симуляторы. Правда, физика поведения объектов там была больше похожа на аквариум, нежели космос. Корабль игрока мог висеть неподвижно, имел ограничение максимальной скорости и самостоятельно замедлялся при полёте по прямой. Нет нужды говорить, что всё это совершенно невозможно в реальном космосе.

В конце 90-х годов Мартин Швайгер, старший научный сотрудник кафедры компьютерных наук Университетского колледжа Лондона, видя эту проблему и желая найти способ интересно рассказать о физике и орбитальной механике, решил в одиночку создать реалистичный компьютерный симулятор. 27 ноября 2000 года вышла первая версия программы Orbiter. И в течение уже пятнадцати лет Мартин работает над новыми версиями, с более красивой графикой и новыми улучшениями физической модели. Последнюю версию можно скачать здесь.

Источник изображения: orbit

Orbiter всегда был бесплатным. Открытая архитектура, позволяющая создать свой космический корабль, космодром или другой объект и добавить его в игру, привела к появлению большого сообщества, которое разрабатывает различные дополнения для симулятора. За пятнадцать лет таких дополнений вышло очень много, они также бесплатны.

Начинаем полёт:

  1. Скачивается сам симулятор
  2. Скачиваются желаемые аддоны. Аддоны — дополнения — обычно просто распаковываются в папку симулятора.
  3. Если есть проблемы с английским языком — переведённый на русский мануал и частично русифицированная программа.

Для начала можно стать просто зрителем автоматически проигрываемых сценариев. Можно запустить первый спутник, сфотографировать Луну аппаратом «Луна-3», совершить на неё мягкую посадку в беспилотном («Луна-9») и пилотируемом («Аполлон-11») вариантах, не прикасаясь к управлению. Даже на этом уровне популяризаторские и образовательные возможности программы уже велики. Знаете ли вы, какие проблемы возникли в полёте у Гагарина? А как садился на Луну американский лунный модуль? Orbiter очень наглядно может это показать.

Корабль «Восток-1» после отделения от третьей ступени

А это корабль «Восток-1» изнутри

Лунный модуль «Аполлона-11» после посадки на Луну

Затем можно вручную выполнить простенькую задачу — например, вывести спутник на геостационарную орбиту. Страшные своей непонятностью термины типа «угла наклонения орбиты», «перицентра» и «долготы восходящего узла» станут не просто понятными, а привычно понятными, обжитыми и знакомыми. 

Сейчас вы вряд ли вспомните, что такое геостационарная орбита, но, если вы сами выведете на неё спутник, как можно забыть этот опыт?

Многофункциональные дисплеи с обилием цифр только поначалу кажутся сложными

Геостационарная орбита: спутник как будто «висит» над одной точкой Земли

Затем задачу можно усложнить. Например, слетать к МКС (на собственных шишках поняв, что такое «фазовый угол») и совершить точную посадку на Землю (разобравшись заодно с «аэродинамическим качеством»). Здесь уже можно использовать соревновательный компонент — кто сможет потратить меньше топлива и приземлиться точнее?

А дальше — уже насколько хватит интереса и фантазии. Слетать к Луне, Марсу, Юпитеру, сесть в виртуальный «Союз» и отправиться к МКС и обратно в максимально реалистичных сценариях. Кстати, любопытное наблюдение: если в первые пару раз это воспринимается как очень сложная задача, то со временем она становится удивительно привычной и даже «домашней». Уникальный опыт. А перелёт Марс — Земля? Бледно-голубая точка становится шариком, шарик быстро становится огромным, разворачивается в плоскость, и ты попадаешь в другое геометрическое царство. Не хватает слов, чтобы это передать.

Подлетаем к Земле. До неё 42 км

Заходим на посадку

Стыковка «Союза» с МКС

Несмотря на то, что последняя стабильная версия вышла в 2010 году, Мартин продолжает работу. В новой версии ожидается честный рельеф поверхности и серьёзно улучшенная графика.

За прошедшие годы Orbiter широко использовался в самых разных отраслях. Европейское космическое агентство добавляло видео из симулятора в свои популяризаторские ролики. Orbiter используется в школах для обучения физике. Уфимская космическая школа «Большое космическое путешествие» с помощью Orbiter проектирует виртуальные корабли и полёты на них.

В этом году в рамках международного праздника «Юрьева ночь» энтузиасты с помощью Orbiter иллюстрировали полёт Юрия Гагарина. Идея заключалась в совмещении симулятора, а именно специально созданного сценария полёта корабля «Восток-1», и экспериментального фильма «First Orbit». Видеоряд фильма представляет собой съемки с борта МКС, сделанные в условиях, максимально близких к тем, которые были у Гагарина — пролёт над примерно теми же местами и примерно в тех же условиях освещённости. В звуковой дорожке используется инструментальная музыка и запись переговоров Гагарина в реальном полёте. Вот этот фильм:

А вот что получилось у меня, когда я синхронизировал его с симулятором полёта:

Юрий Гагарин встречает рассвет

Если вся эта космическая одиссея вас увлекла и вы решили освоить мастерство космических полётов с Orbiter, подробное описание конкретных заданий можно найти в ЖЖ. Также загляните в это русскоязычное сообщество разработчиков приложений для симулятора.

Успешных полётов и выполненных миссий!

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
12 апреля 2015, 15:00

Оставайтесь в курсе


У вас есть интересная новость или материал из сферы образования или популярной науки?
Расскажите нам!
Присылайте материалы на hello@newtonew.com
--