ИСТИНА

Проект направлен на создание численных и аналитических методов решения актуальной научной задачи – исследования и моделирования взаимодействия крупных метеороидов с атмосферой Земли. Основные процессы, влияющие на взаимодействие космического тела с атмосферой, – это его разрушение, вызываемое возрастанием аэродинамической нагрузки при его вхождении в более плотные слои атмосферы, и абляция, вызываемая его сильным нагревом. Для моделирования разрушения космического тела будут разрабатываться и применяться новые модели фрагментации, позволяющие объяснить и воспроизвести наблюдательные данные для болидов и суперболидов. Будут получены аналитические выражения для коэффициентов конвективной и радиационной теплопередачи в континуальном и переходном режимах обтекания в зависимости от скорости и размера метеороида и плотности атмосферы на основании исследований авторов проекта и литературных данных, что имеет большое научное значение для корректного моделирования абляции метеороида. Моделирование взаимодействия космического тела с атмосферой будет проводиться на основе численного и аналитического решения уравнений физической теории метеоров для единого тела на начальном участке траектории и для дробящегося тела после начала его разрушения. Будут получены решения для изменения массы и скорости метеороида вдоль траектории, энерговыделения и световой кривой. Будут проведены сравнения с наблюдательными данными для известных крупных метеороидов и оценены их начальная масса при входе в атмосферу и масса выпавших метеоритов. Ожидаемые результаты, позволяющие интерпретировать и моделировать имеющиеся наблюдательные данные для крупных метеороидов и оценивать их начальную и остаточную массу, будут иметь большую научную значимость.

The project objective is the development of numerical and analytical methods of solution of the actual scientific problem – research and modelling of the interaction of large meteoroids with the Earth atmosphere. The main processes, which influence on the interaction of the cosmic body with the atmosphere are disruption, which is caused by increasing of the aerodynamical loading along the trajectory, and ablation, which is caused by intense heating. For modelling of the cosmic body disruption new fragmentation models will be developed and used. The analytical expressions for the convective and radiative heat transfer coefficients in continuum and transition flow regimes in dependence on the meteoroid velocity and size and the atmospheric density will be obtained with the use of author’s research and literature data; that is essential to modelling of the meteoroid ablation. Modelling of the interaction of the meteoroid with the atmosphere will be carried out by numerical and analytical solution of meteor physics equations for a single body at the first part of trajectory and for a fragmented body after breakup start. Solutions for the change of the meteoroid mass and velocity along the trajectory, the energy deposition and the light curve will be obtained. Comparisons with the observational data for the known large meteoroids will be carried out, and their entry mass and the total mass of meteorites will be estimated. The expected results making it possible to interpret and to model the observational data for large meteoroids and estimate their initial and remaining mass will be of great scientific importance.

Разработка и применение адекватных моделей разрушения метеороидов в атмосфере, позволяющих объяснить и промоделировать наблюдательные данные для болидов и суперболидов. Тестирование разработанных моделей путем сравнения с наблюдательными данными для известных болидов. Получение обоснованных аналитических выражений для коэффициентов уравнений физической теории метеоров – коэффициента радиационной теплопередачи и коэффициента лобового сопротивления в континуальном режиме обтекания в зависимости от формы, скорости и размера метеороида и плотности атмосферы, на основании исследований авторов проекта и анализа имеющихся в литературе данных. Получение аналитических решений уравнений физической теории метеоров при некоторых предположениях для единого и дробящегося тела: для изменения массы и скорости метеороида, высоты максимального энерговыделения (основной вспышки) и световой кривой. Разработка программы численного решения уравнений физической теории метеоров для единого и дробящегося по разным сценариям космического тела. Аналитическое и численное моделирование взаимодействия с атмосферой Земли известных крупных метеороидов, зафиксированных наземными и спутниковыми системами наблюдений, воспроизведение их энерговыделения и световых кривых, определение уноса массы, интерпретация наблюдательных данных. Оценка начальный массы известных метеороидов при их входе в атмосферу и описание распределения по массам выпавших на землю метеоритов.

Разработана модель двустадийного разрушения метеороида: на первой стадии он дробится на крупные одинаковые фрагменты, движущиеся независимо, их количество оценивается в зависимости от увеличения светимости по данным наблюдений. На второй стадии происходит взрывоподобное дробление этих фрагментов. Разработана модель прогрессивной фрагментации метеороида, в которой происходит непрерывное дробление на равные фрагменты с учетом увеличения прочности фрагментов с уменьшением их размера. Начата разработка модели, когда после начала разрушения метеороид движется как облако фрагментов с промежутками между ними, заполняемыми парами, деформирующееся под действием аэродинамических сил. Получены аналитические решения для распределения по поверхности обтекаемого гиперзвуковым потоком тела числа Стэнтона и коэффициента трения в переходном режиме в зависимости от числа Рейнольдса.

Разработаны две модели разрушения метеороида на облако фрагментов, движущихся с общей ударной волной: двухпараметрическая модель, учитываюшая изменение формы и плотности облака и оптимальная простая модель, не учитывающая эти факторы. Предложена модель разрушения метеороида на множество фрагментов, движущихся независимо, основанная на полученном соотношении для распределения фрагментов разрушенного тела по массам. Получено аппроксимационное соотношение для коэффициента радиационной теплопередачи в зависимости от скорости и размера тела и плотности атмосферы в диапазоне этих параметров, характерном для входа в атмосферу крупных метеороидов, на основании анализа литературных данных и исследований авторов проекта. Моделирование взаимодействия метеороида с атмосферой проводилось на основе уравнений метеорной физики. Получены при разных предположениях аналитические решения этих уравнений для изменения вдоль траектории массы, скорости, и кинетической энергии метеороида или его фрагментов, движущихся как единое тело и как облако фрагментов. Оценена точность и область применимости аналитических решений путем их сравнения с результатами численных расчетов и данными наблюдений. Созданы программы численного решения уравнений метеорной физики, с учетом переменности коэффициентов теплопередачи и сопротивления вдоль траектории и ее криволинейности, для нахождения массы, скорости и энерговыделения метеороида, движущегося как единое тело и как облако фрагментов. Проведено моделирование взаимодействия Челябинского метеороида с атмосферой с использованием разработанной модели абляции и разных моделей фрагментации. Показано, что применение развитых в проекте двухпараметрической и отимальной простой моделей облака фрагментов позволяет получить хорошее согласование с наблюдательными данными: расчетная кривая энерговыделения болида близка к наблюдательной кривой, а полученная оценка начальной массы метеороида при входе в атмосферу близка к оценкам, сделанным на основе анализа данных наблюдений. Показано, что полученная в проекте формула для распределения фрагментов разрушенного тела по массам удовлетворительно описывает распределения по массам найденных метеоритов после метеоритных дождей Кошице, Челябинского, Алмахата-Ситта, Бассикуну.