Решение Шварцшильда как базовая метрика
Итак, решение Шварцшильда имеет вид
, (2.2.1)
где 
– координаты кривизны, а
, 
. (2.2.2)
Здесь 
– гравитационный радиус, равный
, (2.2.3)
– гравитационная постоянная тела. Хотя поле Шварцшильда не вполне отражает поле реальных небесных тел, оно позволяет учесть релятивистские поправки, особенно важные при движении ракеты вблизи мощных гравитационных полей (“черных дыр”).
В работе [8], используя предельный переход Диксона и Фока (стремление объема материи к сосредоточенной точке), получаем из (2.1.1) уравнения движения в виде
(2.2.4)
.
Здесь, как отмечалось выше, 
определяют свойства риманового пространства, а именно связность неплоского пространства, 
– компоненты негравитационных сил (сил трения, электромагнитных сил), 
– относительная масса выхлопа ракеты, 
– относительная масса внешних частиц. По определению, 4– мерная скорость есть
, (2.2.5)
– интервал времени по часам в ракете, 
– хронометрически инвариантная скорость; между скоростью 
и скоростью 
существует связь
. (2.2.6)
Аналогично определяются скорость частиц выхлопа 
и скорости набегающих на ракету внешних частиц 
.
Обозначая через 
компоненту реактивного ускорения 
, запишем (2.2.4) в виде (учитывая лишь реактивные силы)
, 
, (2.2.7)
. (2.2.8)
При отсутствии внешних полей имеем просто
. (2.2.9)
Рассмотрим одномерное движение ракеты в бессиловом поле. Тогда, по определению, имеем для случая лишь отбрасывания частиц выражение для реактивного ускорения
, 
, (2.2.10)
где 
– скорость выхлопа. Из (2.2.9) имеем
, (2.2.11)
но 
. В итоге получим
. (2.2.12)
В случае постоянной скорости 
, равной
, (2.2.13)
где 
– теплопроводная способность топлива, интегрирование (2.2.12) дает решение Аккерета
, (2.2.14)
являющееся релятивистским аналогом формулы Циолковского
. (2.2.15)
Формула (2.2.13) определяет адиабатический процесс на срезе сопла. В случае термоядерного синтеза, в процессе которого возможен процесс воспроизводства гелия-3 (He3) – основного горючего термояда, не исключены рост теплотворной способности горючего и рост скорости истечения. Аналогичные особенности могут возникнуть в ракете при отборе (использовании) внешней среды (водорода), а также при иных физических процессах в ракете (например, аннигиляции). Поэтому можно представить скорость истечения в виде зависимости от скорости 
, (2.2.16)
где коэффициенты 
и 
определяются из начальных и конечных условий; например, выражение определится из (2.2.13), когда начальный процесс – адиабатичный и 
; коэффициент 
определится из условия максимальной возможной скорости истечения, характерного для термояда 
и 
для аннигиляции. При этом следует учитывать условия реактивного коэффициента полезного действия 
, равного отношению разности мощности реактивной тяги и мощности потока выхлопа к полной мощности
. (2.2.17)
Максимум (2.2.17) имеет при условии 
. Итак, из (2.2.12) имеем
. (2.2.18)
Данное выражение является обобщением решения Аккерета на случай переменной скорости истечения. Приближенно, пренебрегая выражением под корнем, получим решение
. (2.2.19)
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 212; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!