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《坎巴拉太空计划》是一款深受笔者喜爱的单机游戏（累计时间超过100小时）。在游玩这款游戏的过程中，我还自学了一些航空航天入门知识和天体力学基础，现在想分享一下我的学习笔记。如果有什么不正确的地方，欢迎指正。

游戏介绍：坎巴拉太空计划（Kerbal Space Program）是一款经典的航空航天模拟游戏。玩家需要设计卫星或航天器，将坎巴拉星的小绿人送往星系中的各个行星和卫星进行各种活动，如出仓、对接、登陆、科研、插旗等。玩家通过获取科技点和解锁高级配件，逐步征服整个太阳系。

笔者玩了120个小时的生涯模式才完成整个太阳系的征服，期间还误入歧途，尝试用C#编写火箭飞控程序，但最终发现这样做并不必要。

这款游戏难度较高，主要玩法是航天器设计和操作。虽然游戏基调轻松幽默，但飞行器的各个组件都有刚体物理模拟和空气动力学模拟（虽然精度较低），万有引力也是平方反比的。此外，游戏还有专门的wiki网站，提供了系内各大天体的具体参数。

在游戏初期，想要安全地飞出大气层并返航并不容易。玩家设计的飞行器可能会以各种方式失败，例如：

看到一段不错的游戏介绍视频，再次推荐《坎巴拉太空计划》，这款游戏确实让我学到了很多知识（顺便提一下，KSP2已经发布了，有空一定要尝试！）

续航焦虑：没错，不管是手机、新能源汽车还是火箭，都存在续航焦虑，其中火箭的续航焦虑最为严重。之前有同事看到我玩KSP，问我：

“火箭要飞得远不就是要疯狂堆燃料吗？”

这个问题的答案其实也是我最初的想法。想要从地球飞向月球、火星或太阳系，不就是要猛堆燃料吗？然而，在玩游戏和学习相关知识的过程中，我逐渐了解到这个答案并不能成立。

火箭发动机：为什么不能只靠堆燃料？这个问题要从火箭的动力来源说起。目前（2023年）的火箭都是通过燃烧推进剂产生反作用力来获得推力，实现加速。从本质上来说，火箭的推力来源与水火箭、曼妥思可乐、腹泻时的起飞原理类似。特别在外太空，航天飞行器的唯一动力来源就是牛顿第三定律的反推力。

虽然听起来很离谱，但为什么现在的火箭不用曼妥思可乐做燃料呢？关键在于引擎和燃料效率。我们将工质粒子加速到高速后喷出，那么粒子的动能就需要从某种原始的能量转换而来。以下是一些常见的燃料和引擎：

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比冲：发动机与燃料效率：衡量这些发动机及燃料效率的关键量化指标是比冲（specific impulse）。

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燃料与载荷：那么为什么火箭的续航焦虑会如此严重呢？我们来思考一下，对于每一个时刻，火箭发动机产生的推力需要推动：

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理想火箭方程：理想火箭方程（Ideal Rocket Equation），也称齐奥尔科夫斯基火箭方程，是1903年一位俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基提出的方程。其核心内容是，假设一个系统通过消耗自身质量获得反作用力来推动自己，那么总共能获得的速度增量与质量变化的关系为：

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分级火箭：为了提高火箭的载人/载荷端的有效续航与机动能力，现实世界的火箭会采用分级的方法来提高[公式]。

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未来的火箭引擎？如果未来的火箭能使用核动力引擎，就意味着引擎比冲可以调得非常高，且引擎功率会比太阳能/电能的引擎大得多。但实际上，仍然需要带上燃料，仍然是有质量的。关键在于引擎比冲这个常数能做到多高。

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