Глава 3. РАСЧЕТЫ ТРАЕКТОРИЙ К ЦЕЛЕВЫМ ОБЪЕКТАМ
Комбинированный метод разгона (торможения) ракеты
Расчет межзвездных траекторий сводится к симметричной схеме – разгон, далее движение в крейсерском режиме, затем торможение; схема расчета движения состоит из двух случаев – полет на основе энергии аннигиляции – это движение без возвращения, полет в “один конец”. Очевидно, такие ракеты будут снабжены зондами с робототехническими устройствами. Итак, в случае выхода к звезде с экзопланетами ракета должна делать маневры для посадки на одну из выбранных автоматом планет; это потребует работы двигателей малой тяги, для которых удобны электродвигатели с постоянной мощностью. В итоге схема движения желательна такова – полет с постоянной тягой, при достижении заданной величины ускорения – переход к разгону с постоянным ускорением. При достижении заданной скорости ракета движется в крейсерском режиме (равновесное движение, когда тяга уравновешивает силу сопротивления внешней среды); таким образом, оказывается, что и в крейсерском режиме будет расходоваться какая-то доля топлива ракеты. Далее следует “разворачивание” ракеты соплами вперед и идет процесс торможения; внешняя среда может играть какое-то время полезную роль при торможении. При достижении орбитальной скорости корабль вновь “переворачивается” и включаются электрические двигатели малой тяги для соответствующих маневров.
Полет к ближайшим звездам на основе термоядерной энергетики будет симметричным – разгон комбинированным методом, выход на крейсерский режим (равновесное движение), “переворот”, торможение, переход к двигателям постоянной мощности, маневрирование и выход в точку либрации звезд Центавра и на орбиту спутника звезды Лаланда; после рекогносцировки вновь маневры на малой тяге и выход к режиму ускорения комбинированным методом, движение в крейсерском режиме в равновесном режиме (возможно, теми же двигателями малой тяги); далее идет процесс торможения, движение в Солнечной системе; новым является торможение в верхних слоях атмосфер Плутона и Урана для начального сброса скорости и далее торможение в атмосфере Земли методом “нырка”, разработанного для запусков лунных зондов (СССР, 1960-е годы), или торможение с помощью паруса при воздействии лазерными пучками с окрестности Земли.
|
|
Полет к экзопланетам
Расчет к звезде с экзопланетами мы основываем на достижении скорости полета , равной скорости истечения при аннигиляции , т.е. 60% от скорости света. В этом случае ракетный коэффициент полезного действия [8]
будет максимальным. Для оценки данного расчета в этом случае можно в первом приближении учесть крейсерский режим полета с постоянным ускорением и далее торможением. В соответствии с заданными в таблице 1 расстояниями и нумерацией звездных систем, приведем таблицу 2 расчетов (1пк =3.0857·1018см); N N 16, 31 – ближайшие звезды.
|
|
Таблица 2
Номер звездной системы | Расстояние Li в парсеках | Время движения Ti (измеренное на Земле) |
1. HD 75289 | 28,90 | 159 лет |
2. 51 Пегаса | 15,36 | 108,7 года |
3.HD 187123 | 49,92 | 275 лет |
4.HD 209458 | 47,00 | 259 лет |
5.ν Андромеды | 13,47 | 74,3 года |
6. HD 192263 | 19,90 | 109,6 года |
7. 55 Рака | 12,53 | 68,8 года |
8. HD 37124 | 33,00 | 182 года |
9. HD 130322 | 30,00 | 165 лет |
10. ρ Сев. Короны | 17,43 | 96,50 года |
11. HD 177830 | 59,00 | 325 лет |
12. HD 217107 | 19,72 | 108,7 года |
13. HD 210277 | 21,29 | 117,4 года |
14. 16 Лебедя В | 21,62 | 119,2 года |
15. HD 134987 | 25,00 | 138 лет |
16. Gliese 876 | 4,70 | 26 лет |
17. τ Часов | 15,50 | 85,5 года |
18. 47 Б.Медведицы | 14,08 | 77,6 года |
19. HD 12661 | 37,00 | 204 года |
20. 14 Геркулеса | 18,15 | 100 лет |
21. HD 1237 | 17,62 | 97,2 года |
22. HD 195019 | 37,36 | 206 лет |
23. Gliese 86 | 10,91 | 60,16 года |
24. τ Волопаса | 15,60 | 87,17 лет |
25. HD 168443 | 37,88 | 209 лет |
26. HD 222582 | 42,00 | 212 лет |
27. HD 10697 | 30,00 | 165,4 года |
28. 70 Девы | 18,11 | 99,87 лет |
29. HD 89744 | 40,00 | 221 лет |
30. HD 11476 | 40,57 | 223 года |
31. Lalande 21185 | 2.0 | 11 лет |
Из данной таблицы следует, что количество звездных экзосистем со временем достижения меньше 50 лет – два, количество звездных систем с временем достижения меньше 100 лет – одиннадцать, меньше 150 лет – два, меньше 250 лет – шесть. Таким образом, примерно 33% звезд с экзопланетами при их достижении дают шанс двум-трем поколениям землян получать с борта ракеты сигналы со скоростью света.
|
|
Полеты к ближайшим звездам
В качестве примера рассмотрим подробнее оценки траекторий к звезде Проксима (расстояние Lп~40·1012км (40 биллионов км)). В этом случае предполагается термоядерная энергетика, обеспечивающая максимум скорость истечения , примерно 10% от скорости света. Если взять среднее время полета до звезды, удовлетворяющее землян ~20 лет, то средняя крейсерская идеальная скорость должна составлять
, (3.3.1)
то есть 20% от скорости света. До этой величины должен осуществляться разгон от Земли и торможение у звезды Проксима и далее разгон с целью возврата к Земле и торможение при входе в Солнечную систему.
Возможны различные варианты разгона и торможения, разгон с набором скорости истечения до или набор с . Для простоты рассмотрим последний вариант. Итак, изучим движение ракеты с работающим двигателем до ускорения , к примеру, на расстоянии 150 млд км.; это практически – зона Оорта, за пределами нашей планетной системы; используя условия (2.5.17) и (2.5.12), получим время ускорения с постоянной тягой сек (~2 месяца) и отношение ~ , см/сек2, скорость после достижения ускорения равна 8% от скорости света . Далее начинается режим с постоянным реактивным ускорением . Этот участок должен сопровождаться достижением скорости полета ; из (2.4.4), с учетом начальной скорости
|
|
. (3.3.2)
Отсюда время конечного разгона сек, или ~1, 4 месяца, а промежуточное расстояние млд км.
Таким образом, общее время ускорения равно примерно 3, 4 месяца – такова должна быть работоспособность двигателя; конечно, возможны периоды выключения двигателя, но они не должны сильно увеличивать общее время полета к звезде, равное 20 годам. Общая дальность активной фазы составляет примерно 1% от расстояния до Проксимы Центавра.
Оценим теперь поправки к дальности при изменении в полете отношения тяги к начальной массе , скорости истечения и реактивного ускорения .
Из (2.5.14) следует
и
при ,
, .
Итак, изменение на ~2.7% приводит к промаху в дальности на 3.68 млд км (2% от общего расстояния).
Из (2.5.15) следует, что
и для
(2.7%),
.
Итак, изменение скорости истечения на ~2.7% приводит к промаху порядка полмиллиарда км.
Общий промах составляет
,
что дает ~2% от общего расстояния.
Отклонение в величине реактивного ускорения (2.4.9) равно при и
,
что дает отклонение
при (2.7%).
Изменение скорости полета при том же изменении ускорения согласно (2.4.8) составляет 0.03%.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!