Что не так с космосом в играх

Игр про космос всегда было достаточно, а в последнее время их стало особенно много. Но реализма в них еще меньше, чем в Call of Duty — сходства с реальной войной. В играх неправдоподобно все — корабли, небесные тела, физика пространства. Как на самом выглядели бы космические корабли и война в космосе, если бы разработчики заботились о реализме?

Абсолютное пространство

В подавляющем большинстве космических игр физика сделана по образцу не настоящего космоса, а аквариума. И есть сразу несколько причин это утверждать.

Во-первых, в играх существует некое абсолютное пространство, от которого считается скорость объектов. Корабли могут остановиться и «повиснуть» с нулевой скоростью относительно этого пространства. В реальности планеты, звезды и галактики движутся в разные стороны и с разной скоростью и нет ничего, что бы могло подойти на роль такого абсолютного пространства. В сегодняшней космонавтике важна скорость относительно тех объектов, которые тебя притягивают, и на орбите которых ты находишься. И эти объекты могут меняться по ходу полета. Например, марсианский зонд, стартуя с Земли, начинает с нулевой скорости на поверхности планеты. Разогнавшись до второй космической скорости и удаляясь от Земли, он покинет зону ее гравитационного влияния и важной станет скорость относительно Солнца. А у самой цели притяжение Марса перевесит солнечное, и нужно будет переключить наш спидометр со скорости относительно Солнца на скорость относительно Марса. Получается, один аппарат в одном перелете должен будет два раза поменять тело, относительно которого измеряется его скорость. И в играх, как правило, нет ни этой особенности, ни отображения орбит.

Отдельный интересный вопрос — возможность «повиснуть» в пространстве. В Солнечной системе и даже в галактике так не получится — тела находятся на орбитах. Только удалившись за пределы галактик, будет шанс оказаться не на орбите какой-то тяготеющей массы. В реальной Солнечной системе нулевая скорость относительно Солнца означает, что в следующую секунду вы начнете разгоняться в сторону Солнца, падать на него, потому что оно вас притягивает.

Это несоответствие встречается практически везде, где есть полет на корабле от первого или третьего лица. Классика жанра — начало игры X³: The Reunion: корабль висит в оживленном секторе с нулевой скоростью.

Но если игрок не управляет полетом корабля напрямую, эту условность можно обойти. В FTL: Faster Than Light совершенно неизвестно, как корабли летают в обычном пространстве. Скорости и расстояния разработчики изящно выкинули.

Сопротивление среды

Во-вторых, на корабли действует сопротивление среды. Если выключить двигатель, скорость в игре будет падать, пока в итоге корабль не остановится. В реальной космонавтике двигатели включаются только на сравнительно короткие маневры. Днями, месяцами и годами аппараты могут лететь с выключенными двигателями. При этом их скорость относительно небесного тела, на орбите которого они находятся, может оставаться неизменной, падать или расти. Все зависит от параметров орбиты. С выключенным двигателем скорость аппарата может меняться даже в разы, второй закон Кеплера это допускает. Просто нужно оказаться на высокоэллиптической орбите, на которой высота самой нижней и самой высокой точек сильно отличается. И в играх нет ни отображения орбиты, ни ее параметров — откуда им взяться в аквариуме.

Максимальная скорость

В-третьих, у реальных кораблей есть максимальная скорость, которая гораздо меньше скорости света. Только скорость света является ограничением в современной физике и даже до 1% скорости света на химических двигателях (как на сегодняшних ракетах) разогнаться физически не получится — оценочная масса Вселенной меньше, чем количество топлива, которое потребуется. А на тех скоростях, на которых летают корабли в играх, геймдизайнеры, а не физика, запрещают кораблю разгоняться дальше ради игрового баланса или чтобы не стало очевидным, насколько мал «аквариум», внутри которого находится игрок.

Эти два несоответствия тоже встречаются практически везде, где есть непосредственное управление кораблем. Нестареющая классика из Freelancer: скорость 156 попугаев, двигатель работает вовсю, но быстрее мы не полетим.

Delta-V

Любопытно, но вместо максимальной скорости в реальности есть параметр, который похожим образом ограничивает возможности и скорость космического аппарата. Запас характеристической скорости или Delta-v — это то, насколько мы можем изменить нашу скорость. Мы можем его потратить как хотим — разгоняясь, тормозя, искривляя траекторию вбок. Но когда Delta-v окажется равной нулю, это будет означать, что топливо (рабочее тело) закончилось и нам остается только движение по инерции. В играх топливо в любом виде обычно учитывается для всякой экзотики типа гиперпрыжков, а при простых перемещениях в обычном пространстве, как правило, про него забывают.

Редкий пример реального учета топлива и почти ньютоновской физики — Frontier: First Encounters (Elite 3). Зеленый столбик справа — запас топлива, которое расходуется и на гиперпрыжки, и на движение внутри системы — разгон к цели и торможение на подлете. Если за топливом не следить, оно закончится в самый неподходящий момент.

Плоский космос

Еще одна очень часто встречающаяся условность — плоский космос. В космосе много плоскостей — плоскость эклиптики, по которой крутятся планеты вокруг Солнца, плоскость галактики, в которой вращаются солнечные системы, но все-таки наше пространство трехмерно. Об этом редко задумываются, и не только в играх. Например, если вы помните советский фильм «Москва — Кассиопея», то там межзвездный корабль летел в созвездие Кассиопеи через Альфу Центавра. Проблема в том, что, если вы повернете голову так, чтобы смотреть прямо на созвездие Кассиопеи, Альфа Центавра окажется у вас левее и ниже левого уха, то есть совсем в другом направлении. Но человеку трудно воспринимать трехмерное пространство, тем более на двумерном мониторе. Поэтому космические стратегии как правило превращают пространство в плоскость.

Реальные звезды — соседи нашего Солнца:

Красивое объяснение условности — звезды находятся в плоскости галактики, стратегия Endless Space:

А вот попытка игры на реально трехмерной карте в стратегии Sword of the Stars получилась не очень удобной — постоянное вращение карты доставляло заметный дискомфорт:

Сокращение расстояний

В играх постоянно сжимают огромные космические расстояния. На орбите планеты земного типа расстояния будут в диапазоне от метров при стыковке до тысяч и десятков тысяч километров. В пределах Солнечной системы их будет удобнее всего измерять уже в световых единицах времени. Световая секунда — 300 000 км, и от Солнца до Земли свет доходит за почти ровно 500 секунд или 8,3 минуты. До Юпитера уже 45 световых минут. А до Плутона целых 4,6 световых часа. И эти гигантские расстояния игры часто прессуют в километры, что, хоть и оживляет геймплей, но выглядит совершенно неправдоподобным. 40 км между двумя космическими станциями в реальном мире означало бы уже сближение перед стыковкой, а в играх они спокойно висят на таких расстояниях и никак друг другу не мешают. Косвенно сжатие пространства ответственно за появление в играх нереалистичных астероидных полей, в которых немаленькие камни висят рядом.

Столпотворение огромных кораблей в EVE Online. В реальности потери от столкновений и попаданий по союзникам, которые случайно оказались на траектории выстрела, составили бы немалую долю общих потерь.

Отсутствие реальных орбит сильно упрощает космические полеты, лишая их своей красоты. В настоящей орбитальной механике сблизиться с целью можно многими способами. Если мы хотим оказаться рядом надолго, то должны перейти на траекторию, которая уменьшит наши относительные скорости при сближении. А можно и наоборот, выйти на траекторию, где мы пролетим навстречу цели за очень короткое время и еще очень нескоро сможем сблизиться вновь. Первый вариант нужен для стыковки, абордажа или боя с собиранием остатков уничтоженного противника. А второй вариант идеально подходит для диверсионной тактики «бей и беги». В играх, как правило, есть только один вариант — сближение по прямой на цель. Читатель может возразить, что реальные перелеты сложны, но никто не заставляет игроков учить полный курс баллистики — можно сделать умного помощника или даже просто более качественную имитацию реальной физики.

Очень упрощенная орбитальная навигация в Kerbal Space Program.

Кстати, о некоторых аспектах сражений в космосе мало кто вообще задумывается. В реальности важнейшей характеристикой корабля будет не его максимальная скорость, а вполне реальное максимальное ускорение. Тот, кто сможет менять свою скорость быстрее и будет иметь больший запас Delta-V, всегда окажется на нужных ему расстоянии и относительной скорости от цели. Далее стационарные объекты вроде космических баз всегда будут очень легкими целями — никто не сможет помешать противнику издалека вывести на пересекающийся с не маневрирующим объектом курс ракеты или даже просто астероиды, которые, столкнувшись с целью, нанесут ей фатальный урон.

Странные формы

Известно, что Джордж Лукас при съемках «Звездных войн» вдохновлялся кадрами воздушных боев Второй Мировой войны. И многие другие создатели космических вселенных переносили в космос реалии воздушной или морской войны. Несмотря на то, что на стратегическом уровне можно искать в космических боях аналогии, к примеру, с войной на Тихом океане (удаленные друг от друга важные точки в виде островов), на тактическом уровне все эти космические истребители, крейсера, авианосцы и линкоры красивы, но неправдоподобны.

Дизайнеры, рисующие космические корабли, хотят эффектных картинок, не задумываясь о реализме вообще. Поэтому в игровом космосе летают аппараты странных, сложных и нерациональных форм. Реальная космонавтика оперирует сравнительно простыми фигурами вроде сферы, цилиндра, призмы или конуса. Даже если бы те, кто рисуют корабли, попробовали на уровне эскиза проработать их компоновку, то получили бы гораздо более правдоподобные результаты.

Непродуманная красота в EVE Online. Никто не задумался, зачем этому кораблю два корпуса, зато выглядит стройно, хищно и симпатично.

Двигатели только сзади

Классическая ошибка, которую совершают практически все — размещение маршевых двигателей на корме корабля без разворотов на торможение. Футуристическое сияние, которое исходит от двигателей, направлено назад и символизирует тягу, разгоняющую корабль. Но как тормозить? Реальные корабли не брезгуют разворачиваться для этого кормой вперед, хотя небольшие изменения скорости можно получить и не меняя своего положения в пространстве, а работая маневровыми двигателями. В играх же тормозные двигатели, как правило, отсутствуют. Можно, конечно, придумать некий двигатель, который светит назад и дает тягу в произвольном направлении, но как-то это некрасиво.

Nexus: The Jupiter Incident — редкий пример продуманной конструкции в стиле твердой научной фантастики. У земных кораблей класса Stiletto три маршевых дюзы на корме и две на носу. На картинке корабль заканчивает торможение.

Искусственная гравитация

Продолжая разговор о конструкции, задумаемся о гравитации. Работать в невесомости — занятие очень нездоровое. Реальные космонавты после возвращения на Землю тренируются ходьбе по 2-3 часа каждый день. В игровых кораблях надо что-то сделать для искусственной тяжести. Самый ожидаемый вариант — вращающиеся жилые модули корпуса. Но такие конструкции можно встретить разве что в играх по вселенной «Вавилона-5» или редких проектах вроде Nexus: The Jupiter Incident. Как правило, создатели игры подразумевают, что фантастические генераторы искусственной гравитации, которые пока что находятся за горизонтом даже теоретических предположений в физике, являются крайне распространенными и доступными.

Space Engineers: генератор искусственной гравитации существует как отдельный блок, с ним можно экспериментировать.

Обеспечение теплового режима

Еще одна вещь, о которой никто не задумывается, — это системы сброса излишнего тепла. Вакуум — это теплоизолятор, и ваш термос это отлично доказывает. Температура корабля будет зависеть от того, сколько тепла производит его оборудование, сколько тепла он получает извне (скажем, от звезд) и сколько тепла сам рассеивает в пространство. В реальности корабль в зависимости от конструкции будет нуждаться либо в обогреве, либо в охлаждении. Исторически на низкой околоземной орбите американская станция Skylab из-за аварии, сорвавшей теплоизоляцию, перегревалась (пришлось даже специальный зонтик делать), а советская станция «Салют-7» после аварии, оставившей ее без электричества, стала замерзать. Игровые корабли буквально напичканы энергией — мощные двигатели и оружие просто от своей работы должны параллельно создавать огромное количество тепла. А единственный способ отводить тепло в вакууме — это излучение. Значит, в конструкции игровых кораблей должны быть ярко светящиеся радиаторы, сбрасывающие излишки тепла. Радиаторы системы теплообмена можно встретить разве что в играх с реальной физикой вроде Kerbal Space Program.

Белые радиаторы системы терморегулирования (передний план) на Международной космической станции.

Атмосфера

Интересно взаимодействие с атмосферами. Корабли, которые способны входить в атмосферу, должны либо быть обтекаемыми и аэродинамичными, либо иметь какой-нибудь механизм вроде силового поля, чтобы банально не развалиться под скоростным напором атмосферы. А корабли, которые не должны входить в атмосферы, могут не иметь аэродинамичных форм. Увы, в играх царит бардак, по форме корабля нельзя сказать, может ли он летать в атмосфере.