Весомая космонавтика

http://yur.ru:8101/science/cosmos/vescosmo.htm

Нынешний этап развития космонавтики можно назвать этапом инерциальной космонавтики. Двигатель современного космического корабля играет роль стартового ускорителя и в некоторой степени корректора траектории. Он только разгоняет космическое транспортное средство до соответствующей скорости, а дальнейший полет происходит по инерции. С точки зрения механического состояния на самом корабле имеет место состояние невесомости.

Очевидно, что такой космический транспорт пригоден только для освоения ближайшей космической окрестности Земли и Луны, а также для научного беспилотного исследования Солнечной системы. Но колонизация Солнечной системы и ее хозяйственное освоение в такой космонавтике невозможно. Ведь полет даже к ближайшей планете - Марсу - займет несколько лет. А полет до границ Солнечной системы десятки и даже сотни лет, т.е. сравнимо со сроком жизни человека, что, естественно, вряд ли представляется возможным для использования таких транспортных средств для целей колонизации.

Поэтому стоит задача перехода к новому этапу космонавтики. Такой этап развития космонавтики можно назвать весомостной космонавтикой.

Весомостная космонавтика характеризуется тем, что ракетный двигатель космического корабля работает на протяжении всего полета от старта до прибытия к месту назначения. При этом на борту корабля будем иметь уже весомое состояние. Все тела внутри корабля будут стремиться упасть в направлении к двигателя. Двигатель станет низом пространства внутри корабля, к которому как бы будут притягиваться все предметы. Другими словами, внутри корабля мы будем иметь как бы гравитационное поле, но уже искусственного характера, создаваемое работающим ракетным двигателем, а не естественного происхождения, связанного с гравитационным свойством земной массы, как на Земле. Ясно, что такие условия более благоприятны для обитания человека в течение космического полета.

При этом сам полет может проходить по следующей схеме. В первую фазу полета двигатель направлен с сторону точки старта, и корабль движется с ускорением в направлении конечного пункта. В середине полета осуществляется разворот двигателя на 180 градусов и направляется уже в направлении точки прибытия. При этом полет уже будет происходить в направлении места прибытия, но с замедлением. И к концу пути при прибытии в желаемое место скорость корабля замедлится до нуля. Таким образом, мы прибываем в точку финиша с нулевой (или, при необходимости, некоторой малой скоростью). Во все время полета механическое состояние на корабле было одинаковым, весомым, причем направление весомости во внутренней геометрии корабля не менялось. Некоторое изменение состояния могло происходить лишь в момент разворота корабля. Время в пути при такой схеме полета определяется следующим выражением:

где T - время в пути в сутках, S - расстояние полета в а.е. (астрономических единицах, которая равна среднему расстоянию от Земли до Солнца), Д - весомость в единицах G (земной весомости).

Но такая схема полета обладает определенными недостатками. Дело в том, что в середине пути необходимо осуществлять разворот корабля. А это приводит к появлению изгибных нагрузок на корпус. Меняется механическое состояние внутри корабля, что также может быть неблагоприятным моментом, нарушающим работу устройств, приводящим к возможности различных перемещений предметов и т.п. Есть и еще одно отрицательное качество такой схемы полета. Весь полет будет проходить в плоскости эклиптики с чрезвычайно большими скоростями. А именно в эклиптической плоскости имеет место наибольшая концентрация вещества Солнечной системы, в том числе комет, астероидов и других тел, столкновение с которыми может представить на таких скоростях большую опасность.

Поэтому предлагается другая схема полета, в которой механическое состояние корабля остается неизменным, а весь полет происходит вне эклиптической плоскости. При этой схеме старт корабля для перелета от одной планеты к другой, которые все размещаются в эклиптической плоскости, происходит в направлении перпендикулярном плоскости эклиптики. А направление действия реактивной струи имеет смещение относительно центра инерции корабля. Таким образом, он и ускоряется, и одновременно вращается вокруг своей оси. Причем вращающий момент выбирается таким, что бы за время перелета от начальной до конечной точки, корабль совершил ровно один оборот. В результате корабль стартует в направлении оси вращения планет вокруг Солнца и сразу выходит из плоскости эклиптики. В точке наивысшего удаления от эклиптики, где вероятность встречи с телами Солнечной системы наименьшая, он достигает максимальной скорости, в его двигатель в этой точке направлен в противоположную сторону по сравнению с направлением при старте. После этого он продолжает свой разворот, но его линейная скорость в солнечной системе отсчета начинает уже убывать и в точку назначения он прибывает с нулевой скоростью, совершив полный оборот вокруг своей оси.

Такой характер движения хорошо известно в механике. Так двигается точка обода колеса при отсутствии проскальзывания. От момента контакта с рельсом (в это время скорость этой точки нулевая) точка поднимается вверх над рельсовым путем, который является эквивалентом эклиптической плоскости, и затем на некотором расстоянии, равном расстоянию, проходимому за один оборот колеса, она вновь приходит в контакт с рельсом, т.е. имеет вновь нулевую по отношению к рельсу скорость. При этом понятно, что механическое состояние самой точки на ободе колеса остается неизменным. Траектория движения этой точки, если ее рассматривать с точки зрения стоящего возле железной дороги наблюдателя, есть циклоида. И такую схему космического перелета полет можно назвать циклоидальной схемой.

Время в пути при циклоидальном полете определяется уже выражением:

Легко видеть, что циклоидальный перелет всего на двадцать процентов дольше, чем прямолинейный. Но достоинства его столь велики, что, думается, космонавтика будет использовать именно циклоидальные схемы перелета.

В нижеследующей таблице приведены времена перелета от Земли на другие небесные тела Солнечной системы для обоих способов перелета для двух значений крейсерской весомости Д равной земной и составляющей всего одну сотую земной.

Мы видим, что перелет с земной весомостью делает всю Солнечную систему достижимой на уровне достижимости различных мест на Земле при использовании таких видов транспорта как поезд и пароход. Но даже и при такой, казалось бы ничтожной весомости Д всего одна сотая от земной, Солнечная система по своей достижимости сопоставима с достижимостью Земли во времена паруса и конного транспорта. А именно эти средства передвижения использовались в период колонизации европейцами обеих Америк, Тихоокеанского региона и Сибири. Так что даже создание космических кораблей с крейсерской весомостью в сотую часть от земной уже может ставить в повестку дня освоение, по крайней мере, ближайших небесных тел Солнечной системы - Марса, Сатурна, их спутников, крупных астероидов.

Таким образом, овладение весомой ракетной космонавтикой позволит выйти человечеству на просторы Солнечной системы. Человек Земной превратится в Человека Солнечного. Третье тысячелетие будет происходить под знаком освоения Солнечной системы.