Пояснение к обложке книги.
На обложке приведены полученные мною дважды релятивистские уравнения для соотношения масс звездолета, начальной и текущей, и для скорости его движения. Примененный здесь мною термин «дважды релятивистские» означает, что, во-первых, уравнения описывают движение звездолета в космическом пространстве с релятивистской скоростью, близкой к скорости света, и, во-вторых, что импульс движения, который звездолет получает от отбрасываемых из его дюз протонов, также релятивистский, то есть, протоны отбрасываются от звездолета также со скоростью, близкой к скорости света.
Показанные здесь мои уравнения являются полноценной заменой, просчитанной строго математически и основанной на твердых физических основаниях, широко известному, но неверному, так называемому обобщенному релятивистскому уравнению Циолковского, к самому Циолковскому не имеющему никакого отношения, и построенному значительно позже Циолковского одним из исследователей, исходя из неверных физических предпосылок. Почему неверных? Потому что это обобщенное релятивистское уравнение есть решение дифференциального уравнения, которое само по себе не является дифференциальным уравнением реактивного движения. То, что это именно так, я и показываю в своей монографии.
Читатель, знакомый с теорией реактивного движения, при взгляде на обложку книги, сразу же поймет, что предлагаемые мною новые формулы есть расширение (обобщение) известных формул Циолковского, которые он в свое время и получил сам лично. При малых скоростях движения, введенная мною в уравнения дробь с релятивистским радикалом становится равной единице, так что мои уравнения переходят абсолютно точно в уравнения Циолковского для малых скоростей. Подчеркиваю здесь это, так как неверное обобщенное релятивистское уравнение Циолковского переходит в формулы Циолковского для малых скоростей с известным натянутым приближением, а не абсолютно точно.
Третья формула, с параметром G, дополняющая первые два уравнения, совершенно необходима, так как этот параметр определяет физику работы термоядерного или аннигиляционного реактора, служащего для выработки энергии, идущей на релятивистский разгон отбрасываемых от звездолета протонов. В итоге, физика работы такового реактора предопределяет и динамику полета (разгона и торможения) звездолета. При малых скоростях движения параметр G становится равным нулю.
На обложке также показано некое скопление звезд. Их взаимное расположение, также как и показанный цвет звезд и их относительный размер, точно соответствует расположению звезд, их величине, и их астрофизической цветности в созвездии Центавра. Яркая желтая звезда со значком α это и есть теоретическая цель полета – Альфа Центавра.
Ссылка на книгу:
Кратко о содержании книги.
Для того, чтобы читатель мог составить для себя некоторое представление о книге, здесь мы приведем текст аннотации, предисловия, краткой исторической справки и заключения. Для того, чтобы Читателю было понятно, что идеи автора родились не на пустом месте, а опираются на труд предшественников, привожу список использованной литературы.
Аннотация.
Найдена малозаметная чисто математическая ошибка в изложении начал теории реактивного движения в существующей учебной литературе по физике. Наличие этой ошибки приводит к тому, что бытующее в учебной литературе известное дифференциальное уравнение, представляемое как дифференциальное уравнение реактивного движения, на самом деле таковым не является. Ибо известное уравнение Циолковского для классических скоростей движения решением данного уравнения не является, а является решением другого дифференциального уравнения, не тождественного первому. Вторая известная формула, так называемая обобщенная релятивистская формула реактивного движения для релятивистских скоростей, которую часто без всяких на то оснований связывают с именем Циолковского, и которая выводится из первого дифференциального уравнения, оказывается, таким образом, неверной и потому не соответствующей физической действительности. В силу чего все существующие на сегодняшний день многозначительные выводы теоретиков, построенные на основе этой формулы, выводы, которые, по сути, ставят жирный крест на возможности инженерной реализации межзвездных перелетов посредством реактивного движения, также неверны.
Если исходить из того обнаруженного математического факта, что формула Циолковского является решением другого дифференциального уравнения, то на основе этого другого дифференциального уравнения можно получить иную обобщенную релятивистскую формулу реактивного движения для релятивистских скоростей, которую можно положить в начала новой теории релятивистского реактивного движения в межзвездном пространстве.
Дальнейшее исследование и развитие новой обобщенной релятивистской формулы реактивного движения для релятивистских скоростей и проведение практических теоретических расчетов на ее основе показало, что инженерная реализация межзвездных перелетов посредством реактивного движения вполне может быть исполнена в будущем, далеком или же не столь уж и отдаленном. Дело лишь в техническом прогрессе и в наличии воли эти полеты совершать. Теоретических преград больше нет.
Ключевые слова.
теория движения тела с переменной массой, релятивистское реактивное движение, уравнение Мещерского, уравнение Циолковского, обобщенное уравнение Циолковского, релятивистская ракета, фотонная ракета, ускоритель, термоядерная реакция, водородный цикл, протон – антипротонная аннигиляция, межзвездная среда, межзвездный газ, идея Бассарда, предел скорости Бассарда – Фишбека, межзвездный полет, Альфа Центавра, сверхсветовое движение, реактивный аппарат, звездолет.
Предисловие.
«В вопросах науки авторитет тысяч стоит меньше,
чем скромное рассуждение одного человека»
Галилео Галилей.
Рейс на Альфу Центавра отменяется!
Нет, это не объявление по космопорту. Это – вердикт современной специальной теории относительности (СТО) в отношении не только межзвездного полета к α Центавра, но и вообще в отношении любых полетов к иным звездам. И продиктован этот вердикт, прямо скажем, удручающими результатами массово-энергетических расчетов, согласно которым, чтобы достичь ближайшей звезды и вернуться обратно, звездолет, двигаясь с околосветовой скоростью, должен сжечь практически всю свою первоначальную массу, превратив ее в энергию движения. Откройте любой учебник по СТО, любую книгу, посвященную разбору проблем, связанных с межзвездным полетом, и вы собственноручно убедитесь в этом.
И что же, звезды для нас недостижимы? В этой работе мы не будем касаться существующих ныне гипотетических экзотических вариантов перемещения в космосе, связанных со сворачиванием пространства-времени, использованием пространственно-временных туннелей, применением гипотетических двигателей Алькубиерре, использованием отрицательной массы, темной материи или темной энергии, которые сами по себе есть пока еще только гипотетические сущности физико-математических умозаключений, использованием черных дыр, до которых еще надо добраться, и тому подобных гипотез в квадрате и гипотез в кубе. Мы исследуем старую, хорошо изученную и многократно применяемую человеком на практике возможность перемещения в космосе известным проверенным способом реактивного движения.
Но как? Как вообще возможно использовать этот способ, если многократно проверено и отлично всем известно, что он не дает нам действенный ключ к межзвездным полетам за приемлемое время? Но то, что отлично известно всем или не всем, а многим тысячам исследователей, вполне может быть не известно кому-то одному из миллионов, берущихся изучать эту проблему первоначально чисто из учебного интереса. И потому этот самый кто-то один, в силу своего упорства, настырности и неискоренимой привычки все проверять самому, находит то, мимо чего до него уверенно прошли если и не миллионы, то тысячи. И мнение одного из гениев науки, приведенное выше, вполне может быть тому порукой.
Но, если вдруг Галилео окажется прав, то что тогда, рейс на α Центавра все-таки не отменяется?
Автор полагает, что ему удалось отыскать этот самый заветный ключик, открывающий замаскированную дверцу теоретической возможности межзвездных полетов. И ключик этот – новые дифференциальные уравнения реактивного движения, новые релятивистские формулы скоростей и соотношения масс, а также новое понимание специальной теории относительности в рамках ее иной, не эйнштейновой, трактовки.
В представленной вниманию Читателя поисково-исследовательской работе дано возможное развитие теории движения тела с переменной массой в приложении к реактивному движению в межзвездном пространстве.
Идея формирования новой теории появилась у автора после того, как им была найдена малозаметная чисто математическая ошибка в изложении начал теории реактивного движения в учебной литературе по физике. Не поверив своим глазам, автор обратился к первоисточникам по теории реактивного движения и убедился, что замеченная им ошибка действительно существует и потому предложенная в физической литературе известная обобщенная релятивистская формула реактивного движения, которую часто без всяких на то оснований связывают с именем Циолковского, эта релятивистская формула просто-напросто неверна. В отличие от действительно формулы Циолковского для движения с классической скоростью, которая прекрасно описывает реактивное движение тел с переменной массой.
Но если известная обобщенная релятивистская формула реактивного движения неверна, то это означает, что она не соответствует физической действительности. И это, в свою очередь, означает, что все существующие на сегодняшний день многозначительные выводы теоретиков, построенные на основе этой формулы, выводы, которые, по сути, ставят жирный крест на возможности инженерной реализации межзвездных перелетов посредством реактивного движения, также неверны.
Но тогда встает вопрос, а какова в таком случае должна быть теория, избавленная от упомянутой ошибки? Автору удалось, как он считает, найти начала такой новой теории. Для этого потребовалось по-новому сформулировать адекватные физические условия, при которых может осуществляться реактивное движение с релятивисткой скоростью в межзвездном пространстве, получить на их основе иные дифференциальные уравнения реактивного движения для такового случая, решить их и получить соответствующие формулы скорости и соотношения масс. Причем сделать это автору пришлось не один раз, так как по мере изучения результатов очередных теоретических изысканий постоянно проявлялись новые физические нюансы реактивного движения в межзвездном пространстве и потому приходилось вносить соответствующие коррективы в уже полученные теоретические построения, чтобы продвигаться в них далее. Расчеты, проведенные автором по вновь полученным формулам, показывают физическую реальность движения реактивного аппарата в межзвездном пространстве и потому инженерную возможность и целесообразность построения такового аппарата в будущем. Если, конечно, человечество не захочет без конца жить в своей звездной колыбели. В будущем далеком или не столь уж и отдаленном. Сроки зависят от темпов технического прогресса и успехов в области термоядерного синтеза и ускорителей заряженных частиц.
Сразу же заметим, что найденные автором начала новой теории не затрагивают существующую теорию реактивного движения с классическими, не релятивистскими скоростями, построенную И.В. Мещерским и К.Э. Циолковским, а потому и не противоречит существующей практике реактивного движения в наземном и около солнечном пространстве. Наоборот, теория реактивного движения с классическими скоростями является основой, базисом, тем фундаментом, на котором и зиждется новая теория. Новая теория реактивного движения с релятивистскими скоростями является обобщением существующей теории движения с классическими скоростями, потому что при скоростях, много меньших скорости света, формулы новой теории точно переходят в формулы классической теории реактивного движения И.В. Мещерского и К.Э. Циолковского.
Неминуемо настанет время, когда Человек отважится покинуть свою звездную колыбель и выйдет на тропинку, ведущую к другим звездам!
Однако, не будем более томить и интриговать читателя и переходим к сути вопроса, изложение которого и составляет содержание данной работы.
Краткая историческая справка о раннем периоде теории реактивного движения.
Как известно, впервые идею об использовании ракеты для космического полета высказал в 1650 г. французский драматург, философ, поэт и писатель, один из предшественников научной фантастики, гвардеец и исследователь Сирано де Бержерак в своем романе «Иной свет или государства и империи Луны» 44. Причем, что особенно интересно для того времени, описал он, по существу, прототип многоступенчатой пороховой ракеты.
Затем, как кажется, вторым, заявил в 1865 году о космическом полете французский писатель-фантаст Жюль Верн, отправивший своего героя верхом на пушечном ядре в путешествие к Луне. Однако, путешествие на пушечном ядре несомненно является в техническом отношении шагом назад по сравнению с пороховой ракетой де Бержерака.
Поэтому все-таки вторым после де Бержерака, кто понял, что ракета и реактивное движение могут быть применены для полетов вне Земли, был Н.И. Кибальчич, разработавший в тюрьме, в период с 17 по 23 марта 1881 года, оригинальный проект пилотируемого ракетного летательного аппарата, способного (по мнению некоторых) совершать космические перелёты. Самим Кибальчичем его проект датирован 23 марта 1881 г. 18. Задолго до К.Э. Циолковского Кибальчич обосновал выбор рабочего тела и источника энергии космического летательного аппарата, высказал идею о возможности применения пороха для реактивного двигателя. Просьба Кибальчича о передаче рукописи в Академию наук следственной комиссией удовлетворена не была, проект был подшит к следственному делу и, тем самым, погребен в архиве царской полиции, и лишь только в 1918 году проект был впервые опубликован в журнале «Былое» 18. В расчетах Кибальчича было много неучтенных моментов, однако разработки ученого-самоучки стали своего рода отправной точкой в мировом ракетостроении.
В статье 33 Сокольский В.Н. указывает, что среди тех, кто предлагал создавать реактивные летательные аппараты тяжелее воздуха были русский ученый-изобретатель С.С. Неждановский в 1880 -1882 г. и русский инженер Ф.Р. Гешвенд в 1887 г. Но предложения Неждановского так и остались лежать в его рабочих тетрадях неопубликованными, а предложение Гешвенда, хотя и было опубликовано в Киеве тонкой брошюрой и автор даже приступил к постройке летательного аппарата, но средств не хватило, и к тому же из петербургской комиссии пришел отрицательный отзыв на его предложение.
Однако, как оказывается, и у Гешвенда был предшественник. Артиллерийский офицер Н. А. Телешов (1828 – 1895) - русский изобретатель, автор первого в России проекта самолёта, а также одного из первых в мире проектов реактивного самолёта. В 1867 г., почти за 40 лет до полета братьев Райт, Телешов спроектировал летательный аппарат с двигателем, который сегодня мы назвали бы «пульсирующим воздушно-реактивным». Проект по схеме напоминает немецкий самолет-снаряд «Фау-1», построенный в годы Второй Мировой войны. Однако в то время Телешову было отказано в выдаче патента на изобретение.
Первым из зарубежных исследователей, тех, кто пришел к выводу о возможной практической осуществимости полетов в космос, был немецкий изобретатель Гансвиндт Г. (Ganswindt H.), который разрабатывал идею создания ракетного корабля для межпланетных путешествий практически почти одновременно с К.Э. Циолковским. Первое из его известных выступлений по данному вопросу относится к 1891 году. В 1893 году в печати появились первые сведения о его работах, а в 1899 году был полностью опубликован его доклад «О важнейших проблемах человечества» 30
. Однако Гансвиндт не проводил серьезных теоретических и экспериментальных исследований, им просто был выдвинут ряд идей, связанных с теорией космического полета. Среди них полет в космос на ракетном летательном аппарате с твердотопливным двигателем.
По всей видимости, следующим, кто пришел к выводу (к 1896 году), что принцип реактивного движения может быть использован для перемещения 20 вне атмосферы, был изобретатель А.П. Федоров 19. Главное в изобретении Федорова А.П. было то, что для реактивного движения его аппарата не требовалась атмосфера, и К.Э. Циолковский, выписавший себе для ознакомления брошюру Федорова, сразу же понял, что идея Федорова дает путь к выходу в космос 20.
Следует отметить, что именно идея Федорова дала толчок К.Э. Циолковскому к тому, чтобы заняться ракетным движением. До того Циолковский занимался воздухоплаванием и проектом дирижабля. Сам Циолковский вспоминал: «Долго я на ракету смотрел как все: с точки зрения увеселений и маленьких применений. Она даже никогда меня не интересовала с точки зрения игрушки. … В 1896 году я выписал книжку А.П. Федорова «Новый принцип воздухоплавания». … Мне показалась она неясной, так как расчетов никаких не дано. А в таких случаях я принимаюсь за вычисления самостоятельно, с азов. Вот начало моих теоретических изысканий о возможности применения реактивных приборов к космическим путешествиям. Никто не упоминал до меня о книжке Федорова. Она мне ничего не дала, но все же она толкнула меня к серьезным работам, как упавшее яблоко к открытию Ньютоном тяготения».
Любопытно, что в том же, 1896 году, Циолковский описывает ракету в научно-фантастическом романе «Вне Земли» 22 как вполне физически реальный прибор, способный вывести человека в космос и совершить полет вокруг Земли (в указанном году автор написал только первые 10 глав этого романа). В этой связи интересен вопрос: если до знакомства с книжкой Федорова в 1896 году Циолковский не придавал никакого значения ракете как техническому средству передвижения, то с чего бы это он вдруг в том же году пишет о полете в космическое пространство при помощи ракеты?
Представляется, что Циолковский немного был не прав, когда писал, что книжка Федорова ему ничего не дала, ибо уже даже само название книги «Новый принципъ воздухоплаванiя, исключающий атмосферу какъ опорную среду» сразу же наводил на мысль о возможности реализации движения в космическом пространстве вне Земли. Другое дело, что Циолковский не увидел в этой книжке каких-либо расчетов в подтверждение идей автора, что, собственно, и подвигло Циолковского проделать эти расчеты самому. Но это обстоятельство нисколько не умаляет значение книги Федорова.
Пытаясь оценить эффективность «прибора» Федорова 20, 10 мая 1897 года Циолковский вывел 7 свою знаменитую формулу, которая сегодня носит его имя. То, что Циолковскому удалось получить свою знаменитую формулу уже к 10 мая 1897 года, ясно из сохранившегося фрагмента его рукописи 7, в верхней части которого как раз и была выписана эта формула. По счастливой случайности именно этот фрагмент автор собственноручно и датировал, поэтому мы и знаем теперь эту точную дату. Однако то, как автор получил эту свою формулу, каким путем, из какого дифференциального уравнения, из сохранившихся до наших дней фрагментов рукописи 7 не ясно. Что, впрочем, становится понятным из его последующей, теперь уже опубликованной, работы 8 от 1903 года. Впоследствии другие аспекты движения ракеты описывались и уточнялись Циолковским в 1911, 1914 и 1926 годах (работы 23 – 25).
Был ли Циолковский первым, кто получил эту формулу? Как пишет 17 Салахутдинов Г.М., в России соответствующее дифференциальное уравнение впервые было решено другим нашим соотечественником, крупнейшем специалистом по теоретической механике, специализировавшемся именно на исследованиях движения тел переменной массы, ординарным профессором кафедры теоретической механики Петербургского политехнического института Мещерским И. В., который 27 марта 1897 года представил свою диссертацию с решением этого уравнения в деканат, в ноябре того же года она уже была опубликована 3, а 10 декабря состоялась защита.
Согласно известным историческим данным, свое уравнение К.Э. Циолковский решил к 10 маю 1897 года, а опубликовал, как уже отмечалось, только в 1903 году. Естественно, оба они, и Мещерский в Петербурге, и Циолковский в Калуге, в информационных условиях того времени просто не могли знать о работах друг друга. Так что, как представляется, Мещерский буквально на месяц с небольшим опередил в этом вопросе Циолковского, но история открытия этого уравнения сложилась так, что отечественное и международное научное сообщество признало приоритет в открытии за Циолковским. Вообще говоря, безотносительно к открытиям Мещерского и Циолковского, следует заметить, что такие случаи с приоритетом в истории науки, по тем или иным причинам, не единичны. К сожалению.
Мог ли Циолковский знать об уравнении Мещерского и в целом об его работе? То есть, возможно ли хоть какое заимствование Циолковским идей Мещерского? В 1897 году скорее всего, что не знал, поэтому использование Циолковским достижений Мещерского в это время, как представляется, исключено. Ибо оба они получали каждый свои уравнения практически одновременно, с разницей во времени примерно в месяц с небольшим в пользу Мещерского, находясь при этом каждый в своих городах, Петербурге и Калуге. Мог ли Циолковский знать о работе 3 Мещерского позднее, после ее публикации в ноябре 1987 года и до первой публикации в 1903 году собственной работы 8 Циолковского? Да, в принципе, мог знать, ибо к тому времени прошло уже 6 лет и до Калуги не исключено что и могла дойти какая-то информация о трудах Мещерского. Но это гипотетически возможное знание первым о работах второго не меняет ровным счетом ничего, так как свое результирующее уравнение Циолковский все-таки получил почти одновременно с Мещерским, пусть и с задержкой в месяц с небольшим. Даже если Циолковский к моменту первой публикации своей работы в 1903 году и знал уже о работах Мещерского, то он мог на основе этого знания только убедиться и утвердиться в правильности полученного в 1897 году им самим результата. Ибо исходное дифференциальное уравнение, использованное Циолковским для получения формулы, впоследствии носящей его имя, было частным случаем более общего дифференциального уравнения Мещерского. К тому же Циолковский, если он и знал к 1903 году о работах Мещерского, мог иметь о ней дополнительно только информацию о дате публикации работы Мещерского, но ничего не мог знать о том, когда Мещерский представил свою диссертацию в деканат, и, следовательно, не мог ничего знать о фактическом приоритете Мещерского в этом вопросе.
Справедливости ради надо отметить еще и следующее. Мещерский безусловно был первый, кто построил изначальные дифференциальные уравнения движения тяжелой точки (тела, ракеты). Каждое из них он строил для наиболее общего случая движения, учитывающего сопротивление окружающей внешней среды, полей тяготения, давления образующихся газов. И он действительно их решал в своей диссертации, как отметил 17а, 17б Салахутдинов Г.М.. Но решал в одних местах с точностью до неизвестной постоянной С, которую не всегда считал нужным определять, а в других местах вплоть до определения скорости движения. Опять-таки, в наиболее общей форме, учитывающей сопротивление окружающей внешней среды, полей тяготения, давления образующихся газов. Иногда решал вплоть до определения пространственных координат, относительно системы которых происходит движение. Специальный частный случай движения ракеты (тяжелой точки) в пустоте он в своей диссертации исследовал только один раз и привел решение, которое можно назвать прообразом формулы Циолковского. Мы называем это решение Мещерского прообразом формулы Циолковского, потому что Мещерский получил свое решение в урезанном виде, без определения изначальной стартовой массы ракеты (тяжелой точки). Поэтому его решение очень важное соотношение текущей и стартовой масс не содержит. Получив своим решением зависимость скорости от текущей массы, Мещерский не стал определять обратную зависимость текущей массы от скорости, не говоря уж о том, что вообще-то следовало бы найти опять-таки очень важное для теории реактивного движения отношение текущей и стартовой масс как функции от скорости движения.
А Циолковский все это сделал. И сделал он это, не обращаясь к дифференциальным уравнениям Мещерского, с которыми, по-видимому, в 1897 году он просто не был знаком, а построив свои собственные, исходя из закона сохранения импульса. Эти последние уравнения, которые использовал Циолковский, есть частный случай уравнений Мещерского, но построить их можно и не зная о существовании первых.
Таким образом, Мещерский, как мы видим из его работы, хотя и действительно сделал необходимые вычисления в отношении движения ракет, но дальше определенного предела здесь он все-таки не пошел. То есть, именно открытия формул, носящих впоследствии имя Циолковского, в полном объеме он так и не совершил. Очевидно, не потому, что не мог, а потому, что эти вещи, а именно поступательное движение ракеты в пустоте, его в тот момент мало интересовало и потому его исследование ушло в сторону от этого вопроса.
Как пишет А.А. Космодемьянский в предисловии к работе 3 Мещерского «… так как … в те годы в среде научной интеллигенции интерес к задачам теории движения ракет был весьма мал, то Мещерский ограничился при рассмотрении движения ракеты …» только тем, что мы и видим. Аналогичную ситуацию мы видим и у Циолковского, который не обращал никакого внимания на ракеты, занимаясь дирижаблями, пока его не подтолкнула брошюра 19 Федорова.
Мы здесь подробно разобрали этот вопрос, потому что в литературе иногда встречаются необоснованные предположения о чуть ли не плагиате Циолковского в этом вопросе.
В 1913 году появилась работа 29 французского ученого Эсно-Пельтри Р. (Esnault-Pelterie R.), в 1919 году вышла работа 27 американского ученого Годдарда Р. (Goddard R.H.), в 1923 году напечатана книжка 21 немецкого ученого Оберта Г. (Oberth H.). В 1925 году увидела свет работа 28 другого немецкого ученого Гоманна В. (Hohmann W.). Во всех этих работах рассматривались идеи, схожие с идеями К.Э. Циолковского. Однако, как мы видим, результаты работ Циолковского публиковались все же ранее этих работ, так что в том, что он был в вопросе описания физически реального ракетного движения впереди этих исследователей, сомнений нет. В конечном итоге в результате борьбы Циолковского за приоритет другие зарубежные теоретики все-таки признали первенство Циолковского.
Этим мы в нашей краткой справке по истории раннего периода теории реактивного движения и ограничиваемся. Дальнейший ход событий по этому вопросу для целей нашего исследования уже не важен.
Заключение.
Подытожим результаты нашей работы. Было обнаружено, что вывод в учебной литературе формулы Циолковского из предварительно построенного дифференциального уравнения, содержащего разность скоростей движения ракеты и истечения (отброса) из ее дюз газа в системе отсчета ракеты, уравнения, позиционированного как дифференциальное уравнение реактивного движения, произведен с нарушением математических правил интегрирования. А именно, за пределы интеграла выносилась величина скорости отброса газов из дюз ракеты, исчисленная в системе отсчета старта, равная как раз выше указанной разности скоростей, которая по условиям полета ракеты в пустом пространстве космоса не могла быть постоянной величиной, а по необходимости была величиной переменной. То есть, фактически перед интегрированием действительно переменная в системе отсчета старта скорость отброса газов была подменена постоянной скоростью отброса газов в собственной системе отсчета самой ракеты.
Естественно, что при такой подмене скоростей произошла и подмена дифференциальных уравнений. Первое дифференциальное уравнение, которое строилось исходя из первоначальных физических условий и которое включало в себя переменную скорость отброса газов из дюз ракеты в системе отсчета старта, равную указанной разности, было, осознанно или нет, подменено другим дифференциальным уравнением, включающим в себя постоянную скорость отброса газов в системе отсчета самой ракеты.
При этом второе уравнение, которым и подменили первое, собственно, и есть то самое дифференциальное уравнение движения ракеты, являющее собой уравнение Мещерского для частного случая, из которого Циолковский получил свою известную формулу Циолковского для соотношения масс и скорости движения ракеты. Естественно, что поэтому и авторы соответствующих учебников также получили эти же формулы Циолковского, которые действительно являются решениями указанного второго дифференциального уравнения.
Простая подстановка уравнений Циолковского в первое дифференциальное уравнение показывает, что уравнения Циолковского не являются его решениями. Это доказывает, что первое дифференциальное уравнение не является тождественным второму, то есть отличается от него.
Было выполнено решение первого дифференциального уравнения, исходя из условия, что скорость отброса газов из дюз ракеты, исчисленная в системе отсчета старта, действительно, как это и должно было бы быть, является переменной величиной. В качестве решений первого уравнения были получены соответствующие новые формулы для соотношения масс и скорости движения ракеты. Проверка показала, что указанные полученные формулы действительно являются решениями первого дифференциального уравнения, то есть, их вычисление было произведено без ошибок.
Однако попытка применить полученные новые формулы для вычисления скорости ракеты на примере ракеты «Сатурн-V», использовавшейся для полетов к Луне космических кораблей программы «Аполлон», показала, что вычисляемая при помощи новых формул скорость полета, достигаемая в таком случае ракетой, меньше скорости, необходимой для вывода ракеты на орбиту Земли. Тогда как такие же расчеты, проведенные для той же самой ракеты «Сатурн-V», но с применением формул Циолковского, показали, что ракета благополучно, как ей и положено, выходит на орбиту Земли.
Таким образом, сложилась внешне парадоксальная ситуация, при которой новые уравнения, полученные с соблюдением всех правил математики из первого дифференциального уравнения, фактически не отражают физическую реальность реактивного движения. Ибо в таком случае «Сатурн-V» обязан был упасть на Землю, не выходя на ее орбиту, тогда как в действительности эта ракета на орбиту Земли выходила в полном соответствии с формулами Циолковского. Это с одной стороны. С другой стороны, вычисление формул Циолковского, проведенное с нарушением правил математики (переменную величину скорости нельзя выносить за знак интеграла!), привело к получению этих самых формул, в соответствии с которыми «Сатурн-V», как ему и положено, выходит на орбиту. Этот интересный факт означает только одно: второе дифференциальное уравнение действительно является дифференциальным уравнением реактивного движения, тогда как первое дифференциальное уравнение, не тождественное второму, таковым не является вовсе.
Однако, именно первое дифференциальное уравнение, которое до этого все всегда принимали за подлинное дифференциальное уравнение реактивного движения в пустоте, которое содержит указанную выше разность скоростей, и которое, как мы показали, не является уравнением реактивного движения в пустоте, именно это первое дифференциальное уравнение было положено предшествующими нам исследователями в основу получения так называемой «обобщенной формулы Циолковского» для движения ракеты с релятивистскими скоростями в космическом пространстве (т.е., именно в пустоте!). Но если, как мы показали, первое дифференциальное уравнение не отражает правильно физическую реальность реактивного движения ракеты, то и полученные из него так называемые «обобщенные релятивистские» формулы также не могут адекватно описывать физическую реальность реактивного релятивистского движения ракеты. Эти уравнения, теперь мы имеем полное право это сказать прямо, попросту неверны.
Но, если первое дифференциальное уравнение не является дифференциальным уравнением реактивного движения в пустоте, то сие означает, что при его построении была допущена какая-то незаметная ошибка. При повторном изучении формулировки начальных физических условий, при которых предполагалось движение ракеты, нам удалось эту ошибку найти. Оказывается, при формулировки начальных физических условий, при которых предполагалось движение ракеты, не было учтено то самоочевидное обстоятельство, что частичка топлива перед своим сжиганием в камере сжигания реактивного двигателя ракеты, также имеет свой импульс движения, направленный в ту же сторону, в которую движется вся ракета целиком. Естественно, что при сжигании частички топлива этот импульс в силу закона сохранения импульса не мог никуда исчезнуть и поэтому его необходимо учитывать. Учет этого импульса при формулировке новых начальных физических условий движения ракеты позволил нам построить дифференциальное уравнение движения ракеты в пустоте, точно соответствующее дифференциальным уравнениям Мещерского (в частном его случае) и Циолковского. Иначе говоря, при учете указанного импульса частички топлива, имеющего место быть перед ее сжиганием, разность скоростей движения ракеты и истечения (отброса) из ее дюз газа в системе отсчета ракеты, эта разность скоростей в итоговом дифференциальном уравнении исчезает. В нем остается только скорость истечения газа из дюз ракеты в собственной системе отсчета ракеты. Которая по поставленным физическим условиям является постоянной величиной.
Таким образом, мы показали физическую несостоятельность первого дифференциального уравнения, и нашли то, как надо единственно верно сформулировать начальные физические условия движения ракеты в пустоте, чтобы получить реальное дифференциальное уравнение ее реактивного движения в пустоте, уравнение, приводящее к проверенным практикой реактивных полетов формулам Циолковского.
В связи с чем теория реактивного движения лишилась неверных как первого дифференциального уравнения, так и не отражающих физическую реальность реактивного движения его решений. Но огорчаться по этому поводу особенно и не стоит, так как одновременно с этими неверными уравнениями канули в лету и все устрашающие «многозначительные» выводы касательно расхода масс ракеты при ее полете к звездам. Выводы, которые вообще то говоря ставили жирный крест на практической возможности инженерной реализации таких полетов.
Естественно, что раз мы, по существу, утратили ту часть теории реактивного движения, которая обосновывала реактивное движение в межзвездном пространстве, то встали вопросы о том, каково должно было бы быть, во-первых, новое обобщенное дифференциальное уравнение реактивного движения в межзвездном пространстве, и, во-вторых, каковы должны были бы быть новые обобщенные формулы соотношения масс и скорости полета среди звезд реактивного аппарата.
И нам удалось найти ответы на оба этих вопроса. При этом мы учли, что наиболее правильным решением, с нашей точки зрения, было бы использование релятивистских скоростей для отбрасываемого газа (протонов), а также приняли во внимание, что необходимо учитывать и физические параметры работы на борту реактивного аппарата реактора, термоядерного ли, или аннигиляционного, используемого для получения энергии для движения среди звезд. Все это подробно описано в работе и сведено в разделе «Формуларий», повторяться здесь не будем.
Укажем еще раз только на то, что в соответствии с полученными нами в этой работе формулами массово-энергетические соотношения движения ракеты среди звезд перестают быть, как это было до сих пор, совершенно катастрофическими и неутешительными, приводящими к инженерной практически невозможности реализации межзвездных полетов.
Да, для достижения звезд нам предстоит освоить термоядерный синтез и/или реакцию аннигиляции, надо научиться создавать достаточно компактные и вместе с тем мощные ТЯ или аннигиляционные реакторы, научиться строить компактные и вместе с тем мощные ускорители частиц (протонов) тех или иных видов, существенно снизить стоимость вывода на орбиту Земли каждой тонны груза. Но все это вполне решаемые с развитием технического прогресса и технологий задачи.
Сделано основное на сегодняшний день: неверную и неправильную «теорию» межзвездных полетов, основанную на неверных уравнениях, не отражающих физическую реальность, можно сдавать в архив науки. Взамен нее мы теперь получили новые уравнения, показывающие нам всю практическую достижимость межзвездных полетов в будущем. В далеком или не столь уж и отдаленном. Все зависит теперь только от желания и воли Человека выйти за пределы своей Солнечной Колыбели. Существенных теоретических ограничений больше нет.
В четырех наших предыдущих работах мы разодрали занавес мифов, ложных утверждений и недопонимания специальной теории относительности. И увидели, что за этим занавесом стоит лес, загораживающий для нас путь к звездам, лес, в котором надо пробивать тропинку.
Теперь же мы показали, что тропинку пробить, натоптать вполне возможно.
Тропинку к Звездам. И для этого надо начинать делать Шаги.
Ссылки на статьи по монографии «Рейс на Альфу Центавра отменяется! ... Или все-таки нет?! (к теории реактивного движения в межзвездном пространстве)».
Ссылки на начальные статьи по моим монографиям:
Сверхсветовое движение материальных тел. О книге
Литература.
1 Михайлов Г.К., «Развитие основ динамики системы переменного состава и теории реактивного движения», докторская диссертация, М.: 1977 г.
2 Михайлов Г.К., «Георг Бюкуа и начала динамики систем с переменными массами», в кн. Михайлов Г.К. «Исследования по истории физики и механики». Москва: Наука, 1986 г.
3 Мещерский И. В., «Динамика точки переменной массы», в кн. И. В. Мещерский «Работы по механике тел переменной массы», магистерская диссертация, Изд. 1-ое, Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва – Ленинград, 1949 г. (все ссылки в нашей работе приводятся на это издание);Изд. 2-е, М.: издательство то же, 1952 г., 280 с.
4 Мещерский И. В., «Уравнения движения точки переменной массы в общем случае», в кн. И. В. Мещерский «Работы по механике тел переменной массы», магистерская диссертация, Изд. 2-е, М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1952 г., 280 с.
5 Тарг С. М., «Краткий курс теоретической механики», М.: Высшая школа, 1986 г., 416 с.
6 Иродов И. Е., «Основные законы механики», М.: Высшая школа, 1985 г., 248 с.
7 Циолковский К.Э., «Ракета», рукопись от 10 (22) мая 1897, Архив Российской академии наук (АРАН). Ф. 555. Оп. 1. Д. 32. Лл. 1—2, 5, 11, 20. На листе «Вычисления к выводу формулы для конечной скорости ракеты, 10 мая 1897 г.» автором впервые записана формула Циолковского.
8 Циолковский К.Э., «Исследование мировых пространств реактивными приборами», журнал «Научное обозрение», № 5, с. 44—75, 1903 г. Впоследствии в работе 24 Циолковский назовет работу 1903 г. частью I;
9 Циолковский К. Э., «Труды по ракетной технике», под редакцией М. К. Тихонравова, М.: Оборонгиз, с.33, 1947 г.
10 Сивухин Д.В., «Общий курс физики», том I «Механика», §21 «Движение тел переменной массы», Москва, 1979 г.
11 Aekeret J., «Zur Theorie der Raketen», Helv-Physica. Acta., т. 19, N 2, р. 103—112., 1946.
12 Sanger E., «Zur Mechanik der Photonen-Strahlantriebe», Munchen, 1956; русск. перевод с нем.: Зенгер Е., «К механике фотонных ракет», издательство иностранной литературы, М., 1958 г.
13 Матвеев А.Н., «Механика и теория относительности», учебник для ВУЗов, 3-е издание, М.: издательства «Оникс 21 век», «Мир и образование», 2003 г.
14 Станюкович К.П., Бронштен В.А., «Межзвездные перелеты», в кн. «Космос», Москва, издательство АН СССР, 1963 г.
15 Левантовский В.И., «Механика космического полета в элементарном изложении», издание 3-е, Москва, издательство «Наука», главная редакция физико-математической литературы, 1980 г.
16 Перельман Р.Г., «Двигатели галактических кораблей», издательство Академии Наук СССР, Москва, 1962 г.
17 Салахутдинов Г.М., «Блеск и нищета К. Э. Циолковского», издательство АМИ, Москва, 2000 г., 248 с.
18 Кибальчич Н.И., «Проэктъ воздухоплавательнаго прибора», журнал «Былое», № 4 -5 (32 – 33), апрель – май 1918 г., стр.115 – 121; см. также в этом же номере журнала статью инженера Н. Рынина «О проектъ воздухоплавательнаго аппарата Н. И. Кибальчича», стр. 122 – 124, от 23 марта1918 г. Источники: «Былое», 2-ая серия, том 9-11 (1918), Internet Archive: https://archive.org/details/byloe-9-11; также: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_60000254215/.
19 Федоров А.П., «Новый принципъ воздухоплаванiя, исключающий атмосферу какъ опорную среду», типографiя А.Л. Трунова, С.-Петербургъ, 1896 г.
20 Первушин А., «В погоне за светом и пространством», «Наука и жизнь», №10, 1922 г., стр.22 -35.
21 Oberth H., «Die Rakete zu den Planetenräumen», München und Berlin, Oldenbourg, 1923; см. также издание Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 30 мар. 2015 г. - Всего страниц: 106.
22 Циолковский К.Э., «Вне Земли», начата в 1896 г., было написано первые 10 глав, продолжена в 1916 г. (около половины рукописи) в журнале «Природа и люди», далее продолжена автором в январе – апреле 1917 г. и в сокращении опубликована в 1918 г. в журнале «Природа и люди», №2 – 14. В 1920 г. вышла в Калуге отдельным изданием в полностью законченном автором виде.
23 Циолковский К.Э., «Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911 г. Впоследствии в работе 24 Циолковский назовет работу 1911 года частью II;
24 Ціолковскій К., «Изслѣдованіе мировыхъ пространствъ реактивными приборами (дополненiе къ I и IIчасти труда того-же названия)», изданiе и собственность автора, Калуга, Типографiя С.А. Семенова, 20 c., 1914 г.
25 Циолковский К.Э., «Исследование мировых пространств реактивными приборами (переиздание работ 1903 и 1911 г. с некоторыми изменениями и дополнениями)», Калуга, 1926 г.
26 РынинН.А., «Теория космического полета», издательство Академии Наук СССР, Ленинград, 1932 г.
27 Goddard R.H., «A Method for Reaching Extreme Altitudes», Washington, published by the Smitsonian Institution, 1919.
28 Hohmann W., «Die Erreichbarkeit der Himmelskorper: Untersuchungen über das Raumfahrtproblem», Munchen und Berlin, Druck und verlag R. Oldenburg, 1925.
29 Esnault-Pelterie R., «Considérations sur les résultats d'un allégement indéfini des moteurs», Journal de physique theorique et appliquee, Paris, Vol. 3, N 1, 1913, p.218-230.
30 Мелькумов Т.М., Сокольский В.Н., «Пионеры ракетной техники. Гансвиндт, Годдард, Эсно-Пельтри, Оберт, Гоман. Избранные труды (1891 – 1938)», Академия Наук СССР, издательство «Наука», Москва, 1977 г.
31 Циолковский К.Э., «Ракета в космическое пространство», с вступительным словом на нем. языке А.Л. Чижевского, 2-ое издание, Калуга, 1-ая государственная типография, 1924 г.; см. также в кн.: «Избранные труды К.Э.Циолковского в 2-х книгах. Книга 2. Реактивное движение», ОНТИ НКТИ СССР, Госмашметиздат, 1934г.
32 Циолковский К.Э., «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в кн.: «Избранные труды К.Э.Циолковского в 2-х книгах. Книга 2. Реактивное движение», ОНТИ НКТИ СССР, Госмашметиздат, 1934г.
33 Сокольский В.Н., «Основные направления развития ракетно-космической науки и техники (до середины 40-х годов XX в.)», по материалам докладов автора, представленных на II, III и V Международных симпозиумах по истории астронавтики. Материалы публиковались в кн.: Из истории авиации и космонавтики. М., 1963. Вып. 6; М., 1973. Вып. 20: М., 1975. Вып. 26, а также в кн.: First Steps Toward Stars. Wash., 1974; Essays on the History of Rocketry and Astronautics. Wash., 1977, Vol. 1, 2.; https://epizodsspace.airbase.ru/bibl/issled-po-istor/1983/01.html
34 Moore W., «On the Motion of Rockets both in Nonresisting and Resisting Mediums», Journal of Natural Philosophy, Chemistry & the Arts, 1810, 27: 276–285.
35 Bussard R.W., «Galactic Matter and Interstellar Flight», Acta Astronatica, VI, pp. 179–195, 1960.
36 Мелконян А.Н., Тюрикова Л.И., «Применение теоремы об изменении количества движения системы при поступательном прямолинейном движении ракеты в свободном пространстве под действием только реактивной силы», журнал «Актуальные проблемы авиации и космонавтики», 2010 г., номер 6, том 1, стр. 99 – 100, издательство СибГУ им. М. Ф. Решетнева («Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева».»), Россия, Красноярск.
37 Fishback J.F., "Relativistic interstellar spaceflight", Acta Astronautica, 15: 25–35, 1969.
38 Whitmire D.P., "Relativistic Spaceflight and the Catalytic Nuclear Ramjet", Acta Astronautica, 2 (5–6): 497–509, May–June 1975.
39 Kash S. W., «Magnetic Space Shields», Advances in Plasma Dynamics, p. 135, 1967.
40 Martin A. R., «Structural limitations on interstellar spaceflight», Acta Astronautica, 16, р. 353-357, 1971.
41 Martin A. R., «Magnetic intake limitations on interstellar ramjets», Acta Astronautica, 18, 1-10 , 1973.
42 Платонов А.А., «Предел скорости света обусловлен ростом релятивистской инерции? Не смеется ли над нами Природа?», издательство «Страта», Санкт-Петербург, 2022 г., 495 стр.
43 Платонов А.А., «Произвольное движение инерциальных систем отсчета и группа тригонометрических преобразований Лоренца», издательство «Страта», Санкт-Петербург, 2022 г., 209 стр.
44 Сирано де Бержерак Э.С. (Hercule Savinien Cyrano de Bergerac), дилогия «Иной свет» (L’Autre monde), первая книга дилогии «Иной свет или государства и империи Луны» (Histoire comique desÉtats et Empires de la Lune), 1650 г., опубликовано в 1657 г.
45 Седов Л.И., Цыпкин А.Г., §4 «Релятивистская теория полета ракеты», в кн: «Основы макроскопических теорий гравитации и электромагнетизма», Москва, издательство «Наука», главная редакция физико-математической литературы, 1989 г.
46 Станюкович К.П., «Некоторые соотношения механики фотонных ракет», приложение к книге Перельмана Р.Г. «Двигатели галактических кораблей», издательство Академии Наук СССР, Москва, 1962 г.
Хэштеги:
#реактивноедвижение, #jetmotion, #Мещерский, #Meshchersky, #уравнениеЦиолковского, #Tsiolkovskyequation, #Циолковский, #Tsiolkovsky, #релятивистскаяракета, #relativisticrocket, #фотоннаяракета, #photonicrocket, #ускорительчастиц, #particleaccelerator, #термоядернаяреакция, #thermonuclearreaction, #водородныйцикл, #hydrocycle, #аннигиляция, #annihilation, #межзвезднаясреда, #interstellarmedium, #межзвездныйгаз, #interstellargas, #Бассард, #Bussard, #Фишбек, #межзвездныйполет, #interstellarflight, #АльфаЦентавра, #AlphaCentauri, #сверхсветовоедвижение, #звездолет, #superluminal, #overlight, #starship
Copyright © Платонов А.А. 2023 Все права защищены.