С введеним в игру планет вы, конечно, устремили свой взгляд на поверхность, прикидывая: как следует доработать моё творение, чтобы оно смогло доставить меня с орбиты вниз, а затем еще и поднять обратно? Как превратить мой корабль в универсальный шедевр?

Казалось бы, ответ напрашивается сам собой: надо увесить корпус корабля дюжиной или двумя двигателей - и вперёд! А лучше - повесить столько ускорителей, насколько хватит места, а там - посмотрим.

Однако, не следует забывать, что с увеличением количества двигателей вырастет и масса корабля, как и энергопотребление. В дополнение к ускорителям потребуются и новые реакторы с батареями, а в условиях режима выживания постройка корабля превратится в длительное и затратное мероприятие. Кроме значительного увеличения массы "стоимость" корабля также вырастет. Само собой, дизайн не всегда выигрывает от десятков торчащих сопел.

Это руководство предложит простое решение для расчета рационального количества двигателей с учетом переменных факторов. Вся процедура займет намного, намного меньше времени, чем прочтение этого руководства. Пусть вас не пугает количество текста: он посвящен описанию механики, на которой основаны очень простые расчеты. Уточняю, что это гайд не по строительству, а по проектированию корабля.

Всего представляю два способа:
Первый объясняет теорию и больше подходит для глубокой модернизации и строительства с нуля.
Второй, опираясь на теорию первого, больше подойдет для быстрого подсчета количества двигателей для полностью готового корабля.

Все действия сопровождаются пояснениями. С их помощью можно лучше понять идею механики, ведь изучение любой дисциплины почти невозможно, если не ясна идея. А в конце, конечно, даны примеры решения разнообразных задач, возникающих во время игры.

Для введения в курс возьмем большой корабль (Bigship) и планету с гравитацией 1G. Примеры с другими кораблями и планетами - в последнем разделе.

Если бы мы всё еще находились в открытом космосе, то проблема необходимой тяги могла быть решена с помощью старинного закона Ньютона:

F = ma - эту классическую формулу знают все, и даже если читатель её не знает - то он её не помнит, ибо седьмой класс.

• F - общая сила
  
• m - масса
  
• a - ускорение

• Общая сила - это как раз таки то, что будет толкать наш корабль. Это суммарная тяга наших двигателей. Нам предстоит найти это значение.
  
• Масса - здесь всё гораздо проще. Это масса корабля. Её можно узнать, просто сев в кресло управления.
  
• Ускорение - это изменение скорости в секунду. Иначе говоря, способность корабля изменять свою скорость на то или иное значение. Ускорение мы зададим кораблю сами.

А что дальше?

А дальше игрок превращается в настоящего космического инженера, который еще раз окинет трезвым взглядом посудину и вообразит предстоящую ситуацию.
А ситуация на планете наметится следующая:
1) Тяжелая планета постоянно притягивает корабль к земле: действует притяжение.
2) Общая тяга корабля должна непременно превысить это притяжение, иначе корабль не то, что не взлетит - он разобьется еще при посадке, потому что не сможет остановиться.
3) Для достижения необходимой тяги потребуется много тяжелых двигателей, а для их питания, возможно, еще и дополнительные массивные реакторы.
4) Корабль будет бесполезен, если не сможет привезти на поверхность или унести на орбиту полезный груз.

Вследствие этих четырех фактов формула по-прежнему остается в силе, но её компоненты - массу и ускорение - нужно будет представить несколько иначе, чем для вакуумных условий.

Теперь, когда основные сложности взяты во внимание, космический инженер возвращается к формуле

F = ma

Она говорит, что если масса корабля будет большая, то и тяге тоже необходимо быть большой.

Для простоты массу будем считать в тоннах (т), а тягу - в килоньютонах (кН).

Если масса большого корабля на данный момент составляет 500 тонн, то, несомненно, она возрастет, когда на корабль установят новые двигатели и реакторы. Более того, нужно взять во внимание и полезную нагрузку: компоненты в трюме или пристыкованную технику.

Как вариант, увеличим массу вдвое, чтобы создать некоторый запас. Таким образом возникает проектная масса корабля - 1 000 тонн, или 1 000 000 килограмм.

Кораблю необходимо успеть затормозить при снижении, а так же быть способным подняться. Функция космического инженера - делать так, чтобы построенная им техника отвечала некоторым требованиям. Необходимо задать такое требование: назначить кораблю адекватное ускорение. Как показывает практика, 5 м/с в секунду - вполне достаточное и даже избыточное значение. Можно и вовсе не назначать такового ускорения, но в таком случае управление полностью загруженным кораблем потребует максимальной скрупулезности.

Одного назначенного ускорения недостаточно. Следует принять во внимание и ускорение свободного падения на космическом теле. На планете с гравитацией 1G таковое ускорение будет равняться 9,81м/с в секунду. Но мы округлим это значение до десяти, чтобы, во-первых, создать оптимистичную погрешность в вычислениях, а во-вторых, упростить эти самые вычисления.

Итоговым ускорением будет ускорение свободного падения в сумме с назначенным. Наши назначенные 5м/сс и планетарные 10. Итак, общее ускорение становится равно 15.

Теперь, когда у нас есть проектная масса (m) корабля и его итоговое ускорение (a) при этой массе, остается перемножить эти два значения, чтобы получить необходимую тягу:
ma = 1 000 т * 15 м/сс = 15 000 кН - такова будет суммарная необходимая тяга в килоньютонах

Вся подсчитанная суммарная тяга должна быть направлена в одну сторону - в сторону поверхности планеты.

Вообразив корабль на планете, нужно прикинуть, как же он будет перемещаться в атмосфере: брюхом вниз или "стоя" на маршевых двигателях?
Предположим, что первый вариант был бы предпочтительнее и естественнее.

Значит, в дно корабля - или не только в дно - нужно установить столько смотрящих вниз ускорителей, чтобы общая тяга была не меньше подсчитанных раньше 15 000 кН.

Узнать тягу одного двигателя довольно легко: нужно установить интересующий движок на корабль, найти его в К-меню и выполнить максимальный "перехват" тяги. Предельное значение силы ускорителя будет тут же отображено около ползунка.

В актуальной версии игры удельная тяга некоторых движков такова:


Для этой задачи возьмем большие атмосферные - для планеты. Каждый дает 5 200 кН, а нужно 15 000 кН. Делим общую тягу на удельную: 15 000 / 5 200 = 2,88 больших атмосферных двигателя. Округлим это значение до трех.

Может получиться и так, что для корабля потребуется, например, 3,33 ускорителя.
Это значит, что три двигателя понадобятся точно, а вот с оставшейся "третью частью" двигателя можно распорядиться одним из трех вариантов:
1) Компенсировать ее малыми ускорителями, подсчитав их количество путем деления оставшейся тяги на тягу каждого;
2) Оставить три двигателя, тем самым уменьшив максимальную массу корабля или ускорение (незначительно. Почему - читайте дальше)
3) Установить четвертый двигатель, получив существенный запас по тяге, а следовательно, и массе.

Теперь, когда количество атмосферных двигателей стало ясным, рассмотрим и двигатели ионные для путешествий в космосе и первоначального гашения скорости при входе в атмосферу. А главное - для эффективного подхвата тяги при взлете на орбиту, когда мощность атмосферников сойдет на нет.
Их количество можно посчитать точно таким же образом. Общая тяга известна и не менялась: 15 000кН. А вот удельная тяга у большого ионного ускорителя уже другая: 3 600 кН на штуку.

Делим общую тягу на удельную: 15 000 / 3 600 = 4,17 больших ионных ускорителя. В этом случае остаток оказался не столь большой, его можно не брать во внимание и установить четыре ионных двигателя.

Дело сделано, на корабль установили три атмосферных и четыре ионных двигателя.
Предположим, что дополнительных источников питания не потребовалось - запас мощности штатных реакторов оказался достаточным.

Теперь масса корабля составляет почти 775 тонн, и это - новая фактическая масса корабля. Расчетное ускорение корабля не менялось: 5 м/сc собственных плюс компенсация планетарных 10 м/с в секунду. Однако, вопрос полезной нагрузки все еще остается открытым.

Используем ту же формулу F = ma и выражаем при ее помощи массу:

m = F / a

Теперь суммарной тягой будет общая тяга двигателей того или иного типа.

Ионные: m = 4*3600 / 15 = 960 т (в космосе)
Планетарные: m = 3*5200 / 15 = 1040 т (в атмосфере)

Получается, что на орбиту корабль сможет вывести около 185 тонн полезной нагрузки, в то время как при планетарных перевозках на него может быть нагружено почти 265 тонн груза.

__________________

На практике эта нагрузка далеко не максимальная - напротив, это оптимальная нагрузка, которая еще не повредит бодрому вертикальному ускорению в 5 м/с в секунду. Более того, округленное до десяти м/сс ускорение свободного падения тоже сыграло добрую службу при расчетах, дав некоторый запас по массе.

Каков же окажется дедвейт - максимальная нагрузка корабля? Пересчитайте ту же m = F / a , но на этот раз разделите тягу двигателей только на ускорение свободного падения (на десять) - и получите массу корабля с доверху нагруженными трюмами. И опять же, это будет не предел вследствие округления и специфики работы атмосферных ускорителей на малых высотах. Учтите, что борьба за скорость при выходе из атмосферы с такой нагрузкой будет трудной - если вообще возможной. Придерживайтесь оптимальной нагрузки, чтобы гарантированно поднять корабль в космос.

__________________

В данном примере корабль сможет садиться и покидать планету без громоздких водородных баков и ускорителей. Тем не менее, способ позволяет рассчитать необходимое количество любых ускорителей - в том числе и водородных, если угодно.

Этот способ подсчета количества двигателей будет намного проще в расчетах, но гораздо требовательнее к фактической массе корабля. Более того, потребуется знать массу добавляемого двигателя.
При этом расчете убедитесь, что корабль:

- полностью достроен (масса конечна)
- имеет значительный энергозапас

Формула расчета количества двигателей с учетом добавляемой массы будет выглядеть так:

n = aM / (F-am)

Где:

n - финальное количество двигателей (шт)
M - масса вашего корабля на текущий момент (т)
m - масса одного двигателя (т)
F - удельная тяга одного двигателя (кН)
a - ускорение (свободного падения + заданное) (м/с в секунду)


По сути, эта формула разрывает круг "больше масса - больше двигателей - больше реакторов - больше гироскопов - больше масса". Она дает количество, уже принимая во внимание массу добавляемых движков и считает "на упреждение".

Если мощностей не хватит или потребуется двойная система тяги (атмосферно-ионная или ионно-водородная), то, скорее всего, пересчитать придется два-три раза.
Каждый новый раз берите за величину "M" фактическую массу корабля, которую видите в кабине.

Для примера возьму собственную постройку - канонерку с аэро-ионной тягой (ссылка в Workshop).
Количество атмосферных двигателей было подсчитано первым способом.
С добавленными атмосферниками масса корабля составила 1130 тонн.
Ускорение, отвечающее требованиям - 5 м/с плюс земные 10. Общее ускорение, включая уск. свободного падения - 15 м/сс
Масса ионников была вычислена добавлением-удалением двигателя с корабля и замером разницы массы. Таковая составила 43,2 тонны
Сила ионника была вычислена перехватом тяги в вакууме. Тяга одного двигателя - 3 600 килоньютон.

Подставляем значения в формулу:

15 м/сс * 1130 т / (3600 кН - 15 м/сс * 43,2 т)

16950 / (3600 - 648)

Количество движков - 5,74 штук, округлено до шести.

Конечная формула расчета необходимой тяги такова:



========Масса всего корабля узнается из таблицы, сидя в кабине.

========Проектную массу можно получить завысив массу существующего корабля на адекватное значение (в два-три раза). Берите во внимание массу будущих ускорителей, реакторов и груза, а так же возможных апгрейдов, водородных баков, обвесов и стыкуемой техники.

========Удельная тяга двигателей находится через К-меню (список устройств и органов корабля) путем перехвата тяги.

========Масса двигателя, реактора или другого элемента может быть заблаговременно найдена путем установки такового элемента на корабль и сравнения масс корабля до и после.

========Имейте в виду, что интернет-энциклопедии по игре не всегда располагают актуальными данными, в то время как сама игра активно обновляется и балансируется.

========Назначаемое ускорение может и равняться нулю, даже такое значение сохранит положительную тяговооруженность корабля, однако сильно скажется на вертикальной маневренности и может привести к аварии. Учитывайте, что запас ускорения позволяет увеличить массу корабля, как и наоборот: увеличение массы снизит ускорение.

========При посадке учитывайте, что максимальная скорость 104,4 м/с включает в себя как вертикальную, так и горизонтальную скорости. По возможности старайтесь гасить горизонтальную скорость для эффективного торможения.

========В актуальной версии игры физика позволяет взять на борт несколько большую массу, чем рассчитанную вследствие специфики работы двигателей на разных высотах.

========Ускорение свободного падения 10 м/с в секунду присуще только планетам с гравитацией 1G.
Если под вопросом, например, луна с гравитацией 0,25G, то 10 м/сс нужно умножить на 0,25.
Если гравитация 1,10G, умножаем 10м/сс на 1,10
Если гравитация 0,75G, умножаем 10м/сс на 0,75
Если гравитация 6,20G (вдруг когда-нибудь), умножаем 10м/сс на 6,20

Пример 1:
Большой корабль. За проектную массу приняли 3 000 тонн, ускорение задали 4 м/сс. Гравитация тела - 0,8G, атмосферы нет

F = 3000 т * (10*0,8 м/сс + 4 м/сс) = 36 000 кН
Ионники: 36 000кН / 3 600 кН = 10 штук
Или водородные: 36 000 кН / 6 000 кН = 6 штук

Пример 2:
Малый корабль. Проектная масса - 90 тонн, ускорение - 6 м/сс, гравитация - 1,0G

F = 90 т * (10 м/сс + 6 м/сс) = 1440 кН
Атмосферники: 1440 кН / 400 кН = 3,6 штуки
(Если универсальный)
Ионники: 1440 кН / 144 кН = 10 штук
Или водородные: 1440 кН / 400 кН = 3,6 штуки

Пример 3:
Большой крейсер с фактической массой 20 000 тонн приспособить к посадке на луну (0,25G). Количество водородных двигателей?

Поскольку корабль достроен и лишь нуждается в обвесе, зарешаем по второму способу (см. содержание).
Ускорение падения на луне - 0,25 * 10, плюс небольшое ускорение в 3,5 м/сс для маневра. Итого 2,5 + 3,5 = 6 м/сс
Масса и тяга большого водородного движка - 7 тонн и 6 000 кН
6 м/сс * 20 000 т / (6 000 кН - 6 м/сс * 7 т)
120 000 / 5 958

Итого - 20,14 штук.

Пример 4:
Ракета формата "малый корабль" в выживании на планете (1G).
Масса, скорее всего, не превысит 20 тонн.
Хватит ли одного большого водородного ускорителя?

Поскольку у нас снова потенциальная (проектная) масса, посчитаем первым способом. Ускорение возьмем уже привычное - 5 м/сс плюс земные 10
20 т * 15 м/сс = 300 кН
Один водородный движок дает 400 кН - хватит однозначно.

Пример 5:
Сколько руды можно будет загрузить в трюм ракеты из предыдущего примера, чтобы не разбиться по возвращении?

Тяга ракеты - 400 кН. Предположим, что масса пустой, но заправленной ракеты составила 20 тонн. Ускорение, достаточное для торможения, должно превысить планетарные 10 м/сс.
а) если возьмем 13 м/сс
400 кН / 13 м/сс = 30,76 т
Разница массы (масса возможного груза) - 10,76 тонн.
б) Если возьмем 11 м/сс
400 кН / 11 м/сс = 36,36 тонн
Разница массы (масса возможного груза) - 16,36 тонн.

Пример 6: , взят из комментариев, спасибо пользователю Toiger
Малый корабль, сейчас весит 13 тонн, в проекте будет весить не более 50 тонн
Ускорение 25 м/сс
Сколько нужно больших двигателей?

Посчитаем атмосферники.
В энциклопедии по игре указано[spaceengineerswiki.com], что большой атмосферник для смолшипа тянет 408 кН.

Способ первый
Умножаем проектную массу на ускорение, чтобы узнать, какая сила понадобится:
50 т * 25 м/сс = 1250 кН
Это порядка трех больших двигателей. По факту же движки довольно легкие, каждый весит 4,3 тонны, и вместе с массой корабля выходит 12,9 т + 13 т = 26 т. Это почти вдвое меньше проектной массы, а значит, и ускорение будет больше почти вдвое. Нужен ли здесь третий движок?

Второй способ.
Корабль весит 13 тонн, каждый новый двигатель накинет к массе еще по 4,3 тонны.
Считаем по формуле, она описана в разделе "Второй способ":
n = a * M / (F - a * m), сначала умножаем, затем уже складываем.
n = 25 м/сс * 13 т / (408 кН - 25 м/сс * 4,3 т)
n = 325 / 300,5
Количество двигателей - число n - равняется 1,08.


====================================================
За сим закончим. Я буду рад любым комментариям, вопросам и уточнениям. Руководство обновляется и дополняется, не стесняйтесь приводить новые примеры задач, с которыми Вы справились. Удачи в проектировании и хорошей игры!
Будем строить только лучшие корабли!