, (2)МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ПОЛЁТЫ И КОНЦЕПЦИЯ ЛОКАЛЬНО-АБСОЛЮТНЫХ СКОРОСТЕЙ
Гришаев А.А.
Государственный эталон времени-частоты, ГП ВНИИФТРИ
141570 Московская обл., Менделеево
Введение.
“Скорости движения тел относительны, и нельзя сказать однозначно, кто относительно кого движется, ибо если тело А движется относительно тела В, то и тело В, в свою очередь, движется относительно тела А…”
Эти рассуждения, известные нам со школьной скамьи, с формально-логической точки зрения выглядят безупречными. Но, с физической точки зрения, они сгодились бы лишь для нереального мира, в котором отсутствуют ускорения. В реальном мире всё по-другому: тела взаимодействуют, так что ускорения неизбежны. И тогда, попирая формальную логику, движение обретает однозначный характер: Земля обращается вокруг Солнца, камень падает на Землю, и т.д.
Похоже, вопрос об “истинной” скорости тела оказывается, в целом ряде случаев, отнюдь не праздным. Особую же важность он имеет при расчётах траекторий космических аппаратов. Дело вот в чём: если при расчётах тяги и расхода топлива использовать “не ту” текущую скорость космического аппарата, то его полёт по желаемой траектории станет задачей из разряда практически неосуществимых.
Какая же скорость космического аппарата является “истинной”? Эмпирически установлено: это та самая скорость, которую мы называем локально-абсолютной [1]. В официальной терминологии этот термин не используется, и “истинная” скорость определяется так: в пределах так называемой сферы действия планеты это скорость в планетоцентрической невращающейся системе отсчёта, а между сферами действия планет – в гелиоцентрической невращающейся системе отсчёта.
Межпланетный полёт предполагает выход космического аппарата из сферы действия Земли, а затем, после перелёта по межпланетному пространству, вход в сферу действия планеты-цели. Лишь узкому кругу специалистов известно (см., например, [2,3]), что, при расчётах перехода через границу той или иной сферы действия, приходится выполнять смену рабочей системы отсчёта. Так, в [2] читаем: “При переходе космического аппарата через границу сферы действия приходится переходить от одного центрального поля тяготения к другому. В каждом поле тяготения движение рассматривается, естественно, как кеплерово, т.е. как происходящее по какому-либо из конических сечений – эллипсу, параболе или гиперболе, причём на границе сферы действия траектории по определённым правилам сопрягаются, “склеиваются”… Единственный смысл понятия сферы действия заключается именно в границе разделения двух кеплеровых траекторий”.
Обратим внимание: речь идёт о разделении не только чисто геометрическом, но и кинематическом – по “истинной” скорости. Поскольку каждая планета, вместе со своей сферой действия, движется в гелиоцентрической системе, имея орбитальную скорость, то, при пересечении космическим аппаратом границы сферы действия, его локально-абсолютная скорость испытывает приращение. Причём мы полагаем, что это вызывает изменение линейного допплеровского сдвига у электромагнитного излучения, используемого для связи с космическим аппаратом. Такой сценарий, как мы постараемся показать, вполне подходит как вариант объяснения ряда неудач при полётах межпланетных автоматических станций, в частности, к Венере и к Марсу – когда связь со станциями загадочно пропадала как раз при их подлёте к околопланетному пространству.
Сферы действия или “частотные воронки”?
Традиционно, понятие сферы действия вводится при рассмотрении пары силовых центров с сильно различающимися массами m и M. При этом говорят о радиусе r сферы действия малого силового центра относительно большого (см., например, [2,3]):
r =a(m/M)2/5, (1)
где
a - расстояние между силовыми центрами. Например, согласно (1), радиус сферы действия Луны относительно Земли равен 6.6× 104 км, Земли относительно Солнца – 9.3× 105 км, Солнца относительно Галактики - 9× 1012 км.Давайте сопоставим этот подход с нашей концепцией, согласно которой притяжение пробного тела к “силовому центру” обусловлено градиентами частот квантовых пульсаций в веществе пробного тела; соответствующие распределения для этих частот вокруг “силового центра” мы называем частотными склонами
[4]. По аналогии с иерархией больших космических тел, существует иерархия частотных склонов: так, планете соответствует “воронка” на склоне более глобальной “воронки” Солнца. Трёхмерный рельеф частотных склонов, практически, совпадает с трёхмерным рельефом гравитационного потенциала – если учесть переводной множитель 1/c2. Но, при сходной геометрии, здесь различна физика. Трёхмерная “воронка” гравитационного потенциала простирается до бесконечности, тогда как радиус “частотной воронки” всё-таки конечен. Распределение гравитационного потенциала, как полагают, определяется величиной центральной массы, тогда как распределение частот квантовых пульсаций не зависит от этой массы [5]; тем более, оно не зависит ни от массы какого-либо другого “силового центра”, ни от расстояния до него. Радиус сферы действия планеты может изменяться – хотя бы при изменении расстояния a (см. (1)) – тогда как радиус “частотной воронки” планеты является её характеристической величиной. К сожалению, поскольку радиус “частотной воронки” планеты не коррелирует с её массой, то даже известное отношение массы планеты к массе Земли не помогает рассчитать этот радиус. По-видимому, радиусы “частотных воронок” планет могут быть определены лишь опытным путём – и будет неудивительно, если окажется, что они заметно отличаются от радиусов сфер действия планет, рассчитанных по формуле (1). Так или иначе, в рамках нашей концепции, вышеупомянутый переход космического аппарата с одной кеплеровой траектории на другую происходит при пересечении границы именно “частотной воронки” планеты.Теперь вспомним, что локально-абсолютная скорость – это скорость относительно локального участка частотного склона. В гелиоцентрической системе “частотная воронка” планеты движется вместе с планетой. Для того, чтобы найти вектор начальной скорости космического аппарата в гелиоцентрической системе сразу после его выхода за границу “частотной воронки” планеты, следует к вектору скорости подлёта к границе в планетоцентрической системе прибавить вектор скорости орбитального движения планеты. Так, при вылете из “частотной воронки” Земли со скоростью, равной 3 км
/с и направленной противоположно орбитальной скорости Земли (30 км/с), начальная скорость за границей “воронки” будет равна 27 км/с и направлена по вектору орбитальной скорости Земли. Соответственно, чтобы найти вектор начальной скорости космического аппарата в планетоцентрической системе сразу после его входа в “частотную воронку” планеты, следует из вектора скорости космического аппарата в гелиоцентрической системе вычесть вектор скорости орбитального движения планеты. Так, при пассивном подлёте к более удалённой от Солнца планете, гелиоцентрическая скорость корабля меньше орбитальной скорости планеты, поэтому в этом случае переход границы “частотной воронки” возможен лишь через её переднюю полусферу: планета догоняет корабль [2]. Например, если Марс, орбитальная скорость которого равна 24 км/с, догоняет космический аппарат, движущийся в том же направлении со скоростью 20 км/с, то начальная скорость космического аппарата внутри “частотной воронки” Марса будет равна 4 км/с и направлена противоположно вектору орбитальной скорости Марса.Как можно видеть, при анализе перехода границы “частотной воронки” только в одной системе отсчёта – хоть в планетоцентрической, хоть в гелиоцентрической – вектор текущей скорости космического аппарата не испытывает приращения. Вопрос же о том, испытывает ли здесь приращение вектор локально-абсолютной скорости, не вполне корректен, поскольку не ясно, как можно сравнивать два вектора, один из которых определён для гелиоцентрической системы, а другой – для планетоцентрической. Но можно сказать определённо, что модуль вектора локально-абсолютной скорости в рассматриваемом случае испытывает приращение, которое, в зависимости от места и направления пересечения границы, может изменяться от нуля до величины орбитальной скорости планеты.
Поскольку мы утверждаем, что локально-абсолютная скорость является “истинной” скоростью, то отсюда сразу следует утверждение о том, что и кинетическая энергия, в выражение для которой входит квадрат локально-абсолютной скорости, является “истинной” кинетической энергией. Если, при переходе границы “частотной воронки”, локально-абсолютная скорость испытывает приращение, то соответствующее
приращение испытывает локально-абсолютная кинетическая энергия. Не нарушается ли при этом закон сохранения энергии? На наш взгляд – не нарушается, причём энергетический баланс здесь выглядит следующим образом. Как и в случае со свободным падением пробного тела [6], когда в его кинетическую энергию превращается энергия его квантовых пульсаторов, т.е. его собственная энергия, или, фактически, масса – так и при переходе границы “частотной воронки” планеты всё происходит совершенно аналогично. Если при этом модуль локально-абсолютной скорости космического аппарата испытывает положительное приращение, то соответствующее увеличение локально-абсолютной кинетической энергии происходит за счёт уменьшения массы космического аппарата, и наоборот. Эти изменения массы имеют второй порядок малости, так что они ничтожны даже при космических скоростях.Следует добавить, что приращение локально-абсолютной скорости при пересечении границы “частотной воронки” планеты вряд ли происходит скачкообразно. Логично предположить, что на периферии “воронки” имеется буферный слой, в пределах толщины которого и происходят “согласующие” взаимопревращения массы и локально-абсолютной кинетической энергии пробного тела.
Переход границы “частотной воронки” и линейный эффект Допплера.
Согласно специальной теории относительности (СТО), величина линейного эффекта Допплера есть
, (2)
где
f - частота излучения, Vcosq - относительная скорость расхождения или сближения излучателя и приёмника, c - скорость света. Согласно же модели, изложенной в [4], величина линейного эффекта Допплера есть
, (3)
где
V1cosq 1 и V2cosq 2 – проекции локально-абсолютных скоростей излучателя и приёмника на соединяющую их прямую.Пусть один приёмник-передатчик находится на Земле, а другой – на борту космического аппарата, переходящего границу “частотной воронки” Венеры или Марса. Для этого случая, как можно видеть, выражения (2) и (3) дают различные предсказания для поведения величины допплеровского сдвига. Относительная скорость приёмников-передатчиков в данном случае не испытывает приращения, и, согласно (2), линейный допплеровский сдвиг не должен измениться. Напротив, локально-абсолютная скорость бортового приёмника-передатчика в данном случае испытывает приращение, и, согласно (3), линейный допплеровский сдвиг должен измениться.
Величина этого изменения может оказаться фатальной для миссии космического аппарата. Так, в результате изменения модуля локально-абсолютной скорости на 20 км
/с, изменение допплеровского сдвига для несущей порядка 1 ГГц составит десятки килогерц. Если не компенсировать такое изменение допплеровского сдвига, то связь с космическим аппаратом будет, по всей видимости, потеряна.
Первые подлёты к Венере и Марсу: как это было.
По материалам из открытых источников (см., например, [7-9]), история первых запусков космических аппаратов к Венере и Марсу – это почти сплошная череда неудач: взрывов, “не выходов” на расчётную траекторию, аварий, отказов различных бортовых систем… Поступали так: в очередной интервал времени, подходящий для запуска, космические аппараты запускали пачками – в надежде, что хотя бы один из них выполнит запланированную программу. Но и это мало помогало. Тех немногих, которым удавалось добраться до подступов к планете-цели, подстерегала непонятная беда: с кораблём прекращалась связь, и он “пропадал без вести”.
Вот несколько примеров. В 1965 г., 12 ноября к “утренней звезде” была запущена межпланетная автоматическая станция “Венера-2”, а 16 ноября, вдогонку – “Венера-3”. Перед сближением с планетой связь с “Венерой-2” была потеряна. По расчётам, станция прошла 27 февраля 1966 г. на расстоянии 24 тыс. км от Венеры. Что касается “Венеры-3”, то 1 марта 1966 г. её спускаемый аппарат впервые достиг поверхности планеты. Однако, в сообщении ТАСС умолчали о том, что и с этой станцией связь была потеряна на подлёте к планете [8]. А вот каким было начало “марсианской гонки”. Межпланетная автоматическая станция “Марс-1”: запуск 01 ноября 1962 г., связь потеряна 21 марта 1963 г. Межпланетная автоматическая станция “Зонд-2”: запуск 30 ноября 1964 г., связь потеряна 5 мая 1965 г. Аналогичные вещи происходили и с американскими космическими аппаратами, причём один случай заслуживает особого внимания: “В июле 1969 г., когда “Маринер-7” достиг злополучного района космоса, где предыдущие аппараты пропали без вести, связь с ним была потеряна на несколько часов. После восстановления связи, к недоумению руководителей полёта, …его скорость в полтора раза превышала расчётную” [9]. Надо полагать, что восстановление связи произошло не само собой, а в результате удачной компенсации изменившегося допплеровского сдвига – поскольку не могло быть другой причины для сделанного вывода об изменении скорости. И, поскольку этот вывод был сделан в рамках подхода СТО (см. формулу (2)), то, по всей видимости, он был неверен: при переходе границы “частотной воронки”, скорость космического аппарата относительно Земли не испытывает изменения. Правдоподобную же интерпретацию обнаруженного изменения допплеровского сдвига даёт концепция локально-абсолютных скоростей.
Конечно, это утверждение можно назвать спекулятивным., ведь все эти беды с космическими аппаратами случались далеко от Земли, и нам не известно достоверно, что там происходило в действительности. Но бесспорно, что подход СТО не предсказывает никакого изменения допплеровского сдвига при влёте космического аппарата в околопланетное пространство, а наш подход предсказывает это изменение – и оно было обнаружено! Похоже на то, что, для рассматриваемой ситуации, концепция локально-абсолютных скоростей даёт всё-таки более адекватное описание, чем концепция СТО. Если бы концепция локально-абсолютных скоростей была известна до первых запусков космических аппаратов к соседним планетам, то, наверное, результаты этих запусков были бы не столь плачевными.
Заключение.
Сам факт того, что при расчётах межпланетного полёта не обходятся одной системой отсчёта, а используют их целых три, говорит нам: что-то не в порядке с принципом относительности. Неужели нельзя найти ни одного “наблюдателя”, способного “пронаблюдать” весь межпланетный полёт? Ведь, согласно общему принципу относительности, любая система отсчёта сгодится для описания любых кинематических явлений: можно даже всё перевернуть с ног на голову и добиться, чтобы не камень падал на Землю, а наоборот - если грамотно ввести силы инерции. Ан нет – отчего-то такие супервозможности не привлекают практиков.
Разгадка вот в чём: слишком уж много придётся вводить разных сил инерции, чтобы рассчитать межпланетный полёт в единственной системе отсчёта. Расчёты на основе концепции локально-абсолютных скоростей оказываются на несколько порядков проще, чем расчёты на основе концепции относительных скоростей. На наш взгляд это как раз тот случай, когда, при сравнении двух подходов, простота описания является выигрышным свойством.
Но дело, оказывается, не только в простоте описания. При подлёте космического корабля к планете-цели обнаруживается изменение допплеровского сдвига, наличие которого наш подход предсказывает, а подход СТО – нет. Таким образом, практика межпланетных полётов убедительно свидетельствует о преимуществах концепции локально-абсолютных скоростей.
Ссылки.
Источник:
http://newfiz.narod.ruПоступило на сайт: 18 ноября 2003.
