Моделирование движения, абляции и энерговыделения метеороида в атмосфере с учетом криволинейности траектории


Просмотр статьи
PDF, 3,6 МБ

Modeling Motion, Ablation and Energy Deposition of Meteoroid in the Atmosphere Taking Account of the Curved Trajectory

The problem of modeling the motion, ablation, and energy release of a meteoroid or its fragments moving as a single body is considered. A computer program for calculating the system of meteor physics equations by the Runge-Kutta method is created and tested. The equations take into account the curvilinearity of the trajectory of meteor body, gravity, and change of the heat transfer coefficient along the trajectory. Test calculations were performed for meteor bodies of various sizes moving in the atmosphere. Change of the trajectory angle with respect to the horizon depending on the entry parameters is shown. The effect of taking into account the variability of the trajectory angle on the change of the velocity, mass loss, kinetic energy and trajectory of the meteoroid is estimated.

meteoroid, ablation, energy release, curved trajectory

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.903


Том 21, выпуск 2, 2020 год



Рассматривается задача моделирования движения, абляции и энерговыделения метеороида или его фрагментов, движущихся как единое тело. Создана и протестирована программа численного расчета системы уравнений метеорной физики методом Рунге-Кутты. В уравнениях учитывается криволинейность траектории метеорного тела, сила тяжести и изменение коэффициента теплопередачи вдоль траектории. Проведены тестовые расчеты для движущихся в атмосфере метеорных тел разных размеров, показано изменение угла наклона траектории по отношению к горизонту в зависимости от начальных параметров при входе в атмосферу. Оценивается влияние учета переменности угла наклона траектории на изменение скорости, массы, кинетической энергии и траекторию метеороида.

метеороид, абляция, энерговыделение, криволинейная траектория

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.903


Том 21, выпуск 2, 2020 год



1. Григорян С.С. О движении и разрушении метеоритов в атмосферах планет // Космич. исслед. 1979. Т. 17. № 6. С. 875–893.
2. Melosh H.J. Atmospheric breakup of terrestrial impactors // Proc. Lunar Planet. Sci. 1981. V. 12A. Pp.29–35.
3. Chyba C.F., Thomas P.J., Zahnle K.J. The 1908 Tunguska explosion – Atmospheric disruption of a stony asteroid // Nature. 1993. V. 361. Pp. 40–44.
4. Hills J.G., Goda M.P. The fragmentation of small asteroids in the atmosphere // Astron. J. 1993. V. 105. № 3. Pp. 1114–1144.
5. Григорян С.С., Ибодов Ф.С., Ибадов С.И. Челябинский суперболид: к физике взрыва // Астрон. вестн. 2013. Т. 47. № 4. С. 292–298.
6. Брыкина И.Г. О модели фрагментации крупного метеороида: моделирование взаимодействия Челябинского метеороида с атмосферой // Астрон. вестн. 2018. Т. 52. № 5. С. 437–446.
7. Брыкина И.Г., Брагин М.Д., Егорова Л.А. О моделях фрагментации метеороидов в атмосфере // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019. Т. 20. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2019-20-2/articles/822/.
8. Baldwin B., Sheaffer Y. Ablation and breakup of large meteoroids during atmospheric entry // J. Geophys. Res. 1971. V. 76. № 19. Pp. 4653–4668.
9. Немчинов И.В., Попова О.П. Анализ Сихотэ-Алинского события 1947 г. и его сравнение с явлением 1 февраля 1994 г. // Астрон. вестн. 1997. Т. 31. № 5. С. 458–471.
10. Ceplecha Z., Borovička J., Elford W.G., ReVelle D.O., Hawkes R.L., Porubcan V.Í., Šimek M. // Meteor phenomena and bodies. Space Sci. Rev. 1998. V. 84. Pp. 327–471.
11. ReVelle D.O. NEO fireball diversity: Energetics-based entry modeling and analysis techniques // Proc. International Astronomical Union Symposium, 2007. V. 236. Cambridge Univ. Press. Pp. 95–106.
12. Avramenko M.I., Glazyrin I.V., Ionov G.V., Karpeev A.V. Simulation of the airwave caused by the Chelyabinsk superbolide // J. Geophys. Res. Atmospheres. 2014. V. 119. Pp. 7035–7050.
13. Ceplecha Z., ReVelle D.O. Fragmentation model of meteoroid motion, mass loss, and radiation in the atmosphere // Meteorit. & Planet. Sci. 2005. V. 40. № 1. Pp. 35–54.
14. Borovička J., Toth J., Igaz A., Spurny P., Kalenda P., Haloda J., Svoren J., Kornos L., Silber E., Brown P., Husarik M. The Košice meteorite fall: Atmospheric trajectory, fragmentation, and orbit // Meteoritics and Planetary Sci. 2013. V. 48. № 10. Pp. 1757–1779.
15. Borovička J., Spurny P., Brown P., Wiegert P., Kalenda P., Clark D., Shrbeny L. The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor // Nature. 2013. V. 503. Pp. 235–237.
16. Wheeler L.F., Register P.J., Mathias D.L. A fragment-cloud model for asteroid breakup and atmospheric energy deposition. Icarus. 2017. V. 295. Pp. 149–169.
17. Borovička J., Popova O. Spurný P. The Maribo CM2 meteorite fall—Survival of weak material at high entry speed // Meteorit. & Planet. Sci. 2019. V. 54. Pp. 1024–1041.
18. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. М.: Наука, 1981. 416 с.
19. Мещерский И.В. Работы по динамике тел переменной массы. М.: Изд-во технико-теоретической литературы, 1952. 280 с.
20. Астапович И.С. Метеорные явления в атмосфере Земли. М.: Физ-Мат. Лит., 1958. 640 с.
21. Левин Б.Ю. Физическая теория метеоров и метеорное вещество в солнечной системе. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 293 с.
22. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Аппроксимационные формулы для радиационного теплового потока при больших скоростях // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 4. С. 123–134.
23. Johnston C.O., Mazaheri A., Gnoffo P., Kleb B., Sutton K., Prabhu D., Brandis A.M., Bose D. Radiative heating uncertainty for hyperbolic Earth entry, part 1: flight simulation modeling and uncertainty. J. Spacecraft & Rockets. 2013. V. 50. No 1. Pp. 19–38.
24. Brykina I.G., Bragin M.D. On models of meteoroid disruption into the cloud of fragments // Planetary & Space Sci. 2020. V. 187. No 104942.
25. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987. 320 с.
26. Suttles J.T., Sullivan E.M., Margolis S.B. Curve fits of predicted inviscid stagnation-point radiative heating rates, cooling factors, and shock standoff distances for hyperbolic earth entry. NASA TN D-7622. 1974. 45 p.