МОДЕЛИРОВАНИЕ АНИЗОТРОПНЫХ МЕХАНИЗМОВ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ МАССОВЫМИ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ И КИНЕМАТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАКЕТОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© А.И.Казыкин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2006 г.

Современная ракетодинамика построена на классических (ньютоновских) представлениях о массе как о физической величине, характеризующей инерционные свойства материи. Массовое число ракетного летательного аппарата (РЛА) (отношение инертных масс Мо/Мк) наряду со скоростью истечения рабочего тела определяет конечную скорость РЛА в идеальных условиях.

Из анализа общеизвестной формулы Циолковского следует, что параметры идеальной скорости ракеты являются независимыми переменными, имеющими разную степень влияния на её конечную скорость: увеличение скорости истечения более эффективно, чем увеличение массового числа. Но такое разделение справедливо лишь в классической физике. В рамках специальной теории относительности масса и скорость есть понятия взаимосвязанные и взаимообусловленные, причем масса тела, как коэффициент пропорциональности между силой и ускорением, находится в зависимости не только от величины скорости, но и от того, как приложенная к телу сила направлена по отношению к скорости его движения.

В докладе формулируется идея и обсуждается теоретическая возможность использования в ракетодинамике анизотропии инерционных свойств (анизотропии массы) энергосодержащего рабочего тела (ЭРТ) при релятивистских и ультрарелятивистких скоростях его истечения в качестве «неклассического резерва» на пути повышения эффективности перспективных транспортно-космических систем.

На основе анализа релятивистских факторов, обуславливающих анизотропию инерционных свойств ЭРТ, определены условия неэквивалентности истекающей массы и инертной массы ЭРТ, входящей в состав текущей массы ракеты, а также обоснованы концептуальные схемы РЛА с инертным и энергосодержащим рабочим телом, в которых задействованы анизотропные механизмы взаимосвязи между массово-энергетическими и кинематическими параметрами РЛА. На основе расчетно-теоретического моделирования выявлена форма зависимости числа Циолковского (отношения Мо/Мк) от величины эффективной скорости истечения ЭРТ и показана динамика изменения степени влияния каждого из этих параметров на идеальную скорость РЛА при асимптотическом приближении скорости истечения ЭРТ к скорости света.

В соответствии с имеющимися данными о параметрах действующих и проектируемых накопителей релятивистских заряженных частиц (накопительных колец) даны прогностические оценки перспективности предлагаемого направления и проведен сравнительный анализ характеристик традиционных и исследуемых анизотропных ракетодинамических систем.