Книга предназначена для научных сотрудников, аспирантов и студентов, инженеров-проектантов, изучающих космическую баллистику

ФИЗИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА МЕЖЗВЕЗДНОГО ПОЛЕТА

Казань

Издательство “Фэн”

УДК 523.

ББК 22.66

3-18

Издание осуществлено по решению Экспертного совета АН РТ при финансовой поддержке фонда НИОКР РТ (грант № 05-5.2-212/2003 (Ф))

Предисловие доктора технических наук, дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта П.Р.Поповича

Рецензенты: доктор физ.-мат. наук, профессор В.Р.Кайгородов

(Казанский государственный университет);

доктор физ.-мат. наук, профессор А.И.Маликов (Казанский

государственный технический университет им. А.Н.Туполева)

Ответственный редактор:

доктор физ.-мат. наук, профессор Р.А.Кащеев

Закиров У.Н.

Физическая механика межзвездного полета. – Казань: Издательство “Фэн”, 2003. – 84 с., илл. 7.

На основе релятивистской динамики реактивного движения автором формулируется физическая механика межзвездного полета, реализуемого с помощью энергии термоядерного синтеза и аннигиляции. Рассмотрены вероятные цели – заплутоновое пространство в Солнечной системе, система ближайших звезд Центавра и вновь открытые звездные системы с экзопланетами. Представлены кинематики движения, отклонения от кинематических параметров при движении с постоянным ускорением, тягой и мощностью. Приведены примеры подбора оптимального числа ступеней и оптимального подбора ступеней на основе решения дифференциального уравнения движения релятивистской ракеты. Исследованы особенности поведения ракеты вблизи коллапсаров.

Книга предназначена для научных сотрудников, аспирантов и студентов, инженеров-проектантов, изучающих космическую баллистику.

ISBN 5-7544-0213-9 ã Издательство “Фэн”, 2003

ã У.Н.Закиров, 2003

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1. АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ЦЕЛЕВЫЕ ОБЪЕКТЫ 7

1.1. Зона Оорта 7

1.2. Координаты a–Центавра 7

1.3. Внесолнечные системы с экзопланетами 7

1.4. Состав вновь открытых внесолнечных систем 8

Глава 2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ БАЛЛИСТИКИ 10

2.1. Уравнения Эйнштейна 10

2.2. Решение Шварцшильда как базовая метрика 11

2.3. Уравнения релятивистской баллистики 13

2.4. Кинематика движения с постоянным реактивным ускорением 14

2.5. Кинематика движения с постоянной реактивной тягой 15

2.6. Кинематика движения с постоянной мощностью 17

Глава 3. РАСЧЕТЫ ТРАЕКТОРИЙ К ЦЕЛЕВЫМ ОБЪЕКТАМ 19

3.1. Комбинированный метод разгона (торможения) ракеты 19

3.2. Полет к экзопланетам 19

3.3. Полеты к ближайшим звездам 20

Глава 4. РАВНОВЕСНОЕ ДВИЖЕНИЕ РАКЕТЫ ПРИ КОМПЕНСИРОВАНИИ ВНЕШНЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ ТЯГОЙ .. 23

4.1. Основное дифференциальное уравнение с эффективной массой 23

4.2. Кинематика движения 25

Глава 5. ДВИЖЕНИЕ РАКЕТЫ В СИЛЬНОМ ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ 27

5.1. Особенности движения в поле Шварцшильда 27

5.2. Переходные режимы от сильного поля к слабому 28

5.3. Особенности оптимального выведения ракеты в поле Шварцшильда 29

5.4. Вопросы устойчивости ракеты (зонда) вблизи “черной дыры” 31

Глава 6. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПОДБОР СТУПЕНЕЙ 33

6.1. Номограмма подбора ступеней 33

6.2. Оптимальный подбор ступеней 34

Глава 7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ МЕЖЗВЕЗДНЫХ ПОЛЕТОВ 37

7.1. Сравнение эффективности различных видов топлива и соответствующих им траекторий 37

Глава 8. МЕЖЗВЕЗДНАЯ КОСМОНАВТИКА КАК АЛЬТЕРНАТИВА ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ УЧЕНЫМИ НА ЗЕМЛЕ .. 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42

Основные обозначения 43

ЛИТЕРАТУРА 45

ПРЕДИСЛОВИЕ

История отечественной и зарубежной космонавтики говорит о том, что основные требования к проектированию носителя и космического аппарата в первую очередь выдвигает баллистика – наука о космических траекториях. Она же выдвигает требования и к работе двигательных установок, и к аппаратуре управления и навигации, а значит, и к новым технологиям. Поэтому предлагаемая автором тема, новая по мировым стандартам, а именно физическая механика межзвездного полета, достойна, мне кажется, серьезного внимания. Ее новизна заключается в том, что мы переходим от скоростей в десятки километров в секунду к величинам сотен и тысяч километров в секунду и это приводит к качественно новым поправкам к обычной баллистике. В физических экспериментах такие скорости уже получены и могут учитываться при разработке новых технологий в машиностроении.

В свете последних внеатмосферных открытий (в частности, с помощью телескопа “Хаббл”) – новых внесолнечных систем с планетами типа Юпитера, движущихся по орбитам с большими эксцентриситетами [1, 2], предсказанных теорией Эйнштейна “черных дыр”, возникающих в результате коллапса звезд определенной массы, двойных систем, состоящих из черной дыры и звезды, масса которой “перекачивается” дырой (аккреция массы), гравитационных волн, возбуждаемых этой системой – ставятся задачи для межзвездных траекторий. Передача новой информации о Вселенной, которая осуществляется в течение десятков лет космическими аппаратами “Пионер” и “Вояджер”, вышедшими далеко за пределы Солнечной системы, вдохновляет планирование межзвездных полетов на базе возможных нехимических энергетических устройств.

В то же время предлагать конкретные проекты межзвездного корабля мы считаем нецелесообразным и несвоевременным. В создании любого космического сооружения принимают участие тысячи специалистов, и успех дела складывается из личного вклада каждого из участников проекта. Приведу пример неудачного проекта Британского межпланетного общества – это проект “Дедал” для полета к ближайшим звездам на базе управляемого термоядерного синтеза (УТС). Прошло уже более 40 лет, а УТС не удалось пока реализовать. Как пишет один из соавторов УТС О.Н.Крохин (ФИАН) [3], в настоящее время оказалось невозможным ввести лазерное излучение в плазму большой плотности, а кпд абляции при сжатии мишени не превзошло 10%! Надежда – на новые типы лазеров и непрямую бомбардировку мишени…

В данной работе использованы труды У.Н.Закирова [4-9], опубликованные за последние 30 лет, по проблемам, так или иначе связанным с названной темой. Интерес к работам автора проявили выдающийся астроном В.А.Амбарцумян, видный радиофизик, член-корреспондент АН СССР В.С.Троицкий, физик Б.К.Федюшин, астроном, член-корреспондент РАН М.Я.Маров, с которым автор опубликовал проект межзвездного зонда (в плане научных задач) [6], астрофизик, академик РАН Н.С.Кардашев, академик РАН Л.И.Седов.

Научную основу релятивистской баллистики автор обосновал в двух монографиях: «Механика релятивистских космических полетов» (Москва, 1984), «Релятивистская динамика сосредоточенной переменной массы покоя» (Казань, 2000).

С указанными трудами автора я знаком и желаю ему, участнику работ в области отечественной космонавтики, успеха в космической науке будущего!

Летчик-космонавт, дважды Герой Советского Союза, доктор технических наук П.Р.Попович

Поиск по сайту: