Влияние модели абляции на моделирование траектории, уноса массы и энерговыделения метеорных тел в атмосфере


Просмотр статьи
PDF, 2,8 МБ

Influence of the model of ablation on modeling the trajectory, mass loss, and energy deposition of meteoroids in the atmosphere

Modeling of the interaction with the atmosphere of an entering celestial body and its fragments after breakup is carried out within the framework of the meteor physics equations. The existing at high velocities uncertainty of the heat transfer coefficient and specific heat of mass loss, which determine the ablation model in these equations, leads to uncertainty in the modeling results. To study this uncertainty, meteor physics equations are solved numerically using different ways of setting the heat transfer coefficient and the effective (due to various processes) heat of ablation. The possible error in modeling the meteoroid trajectory, energy deposition and mass loss, which can occur due to the inaccuracy of the specified ablation model, is estimated for various atmospheric entry parameters.

meteoroid, interaction with the atmosphere, ablation model

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.6.1216


Том 26, выпуск 6, 2025 год



Моделирование взаимодействия с атмосферой входящего в нее небесного тела и его фрагментов после разрушения проводится в рамках уравнений метеорной физики. Существующая при больших скоростях неопределенность коэффициента теплопередачи и удельной теплоты уноса массы, определяющих модель абляции в этих уравнениях, ведет к неопределенности результатов моделирования, для изучения которой уравнения метеорной физики решаются численно при разных способах задания коэффициента теплопередачи и эффективной (за счет различных процессов) теплоты абляции. Оценивается возможная погрешность моделирования траектории, энерговыделения и потери массы метеорного тела, которая может достигаться из-за неточности задаваемой модели абляции, при разных параметрах входа тела в атмосферу.

метеороид, взаимодействие с атмосферой, модель абляции

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.6.1216


Том 26, выпуск 6, 2025 год



1. Park C. Inviscid-flow approximation of radiative ablation of asteroidal meteoroids by line-by-line method // AIAA Paper 2016–0506. 2016. 18 p.
2. Park C. Inviscid-flow approximation of radiative ablation of cometary meteoroids // AIAA Paper 2016–4430. 2016. 17 p.
3. Johnston C.O., Stern E.C., Wheeler L.F. Radiative heating of large meteoroids during atmospheric entry // Icarus. 2018. V. 309. Pp. 25–44.
4. Johnston C.O., Stern E.C. A model for thermal radiation from the Tunguska airburst // Icarus. 2019. V. 327. Pp. 48–59.
5. Park C. Radiation phenomenon for large meteoroids // Astronomy & Astrophysics. 2020. V. 633. Pp. A25.
6. Johnston C.O., Stern E.C., Borovička J. Simulating the Benešov bolide flowfield and spectrum at altitudes of 47 and 57 km // Icarus. 2021. V. 354. Pp. 114037.
7. Суржиков С.Т., Шувалов М.П. Тестирование расчетных данных по радиационному и конвективному нагреву спускаемых космических аппаратов нового поколения // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С. 456–470.
8. Суржиков С.Т., Шувалов М.П. Анализ радиационно-конвективного нагрева четырех типов спускаемых космических аппаратов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т. 15. Вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-4/articles/237/
9. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Аппроксимационные формулы для радиационного теплового потока при больших скоростях // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 4. С. 123–134.
10. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О параметре абляции в задаче о входе метеорного тела в атмосферу // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22. Вып. 5. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-5/articles/959/
11. 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.
12. Loehle S., Zander F., Hermann T., Eberhart M., Meindl A., Oefele R., Vaubaillon J., Colas F., Vernazza P., Drouard A., Gattacceca J. Experimental simulation of meteorite ablation during Earth entry using a plasma wind tunnel // Astrophys. J. 2017. V. 837. Pp. 112.
13. Agrawal P., Jenniskens P.M., Stern E., Arnold J., Chen Y.-K. Arcjet ablation of stony and iron meteorites // AIAA Paper 2018–4284. 2018. 17 p.
14. Helber B., Dias B., Bariselli F., Zavalan L.F., Pittarello L., Goderis S., Soens B., McKibbin S.J., Claeys P., Magin T.E. Analysis of meteoroid ablation based on plasma wind-tunnel experiments, surface characterization, and numerical simulations // Astrophys. J. 2019. V. 876. Pp. 120.
15. Eberhart M., Loehle S., Vaubaillon J., Matlovič P., Tóth J. Plenoptic imaging of meteorite shape change during plasma wind tunnel experiments // Icarus. 2024. V. 408. Pp. 115868.
16. Grigat F., Loehle S., Vaubaillon J., Matlovič P., Tóth J. Visual observation of meteorite ablation in plasma wind tunnel experiments // Icarus. 2024. V. 422. Pp. 116249.
17. Левин Б.Ю. Физическая теория метеоров и метеорное вещество в Солнечной системе. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 293 с.
18. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. М.: Наука, 1981. 416 с.
19. Бронштэн В.А. Дробление и разрушение крупных метеорных тел в атмосфере // Астроном. Вестник. 1995. Т. 29. № 5. С. 450–458.
20. Baldwin B., Sheaffer Y. Ablation and breakup of large meteoroids during atmospheric entry // J. Geophys. Res. 1971. V. 76. № 19. Pp. 4653–4668.
21. Biberman L.M., Bronin S.Y., Brykin M.V. Moving of a blunt body through the dense atmosphere under conditions of severe aerodynamic heating and ablation // Acta Astronautica. 1980. V. 7. № 1. Pp. 53–65.
22. Brykina I.G., Bragin M.D. On models of meteoroid disruption into the cloud of fragments // Planetary & Space Sci. 2020. V. 187. Pp. 104942.
23. Chen Y.-K. Thermal ablation modeling for silicate materials // AIAA Paper 2016–1514. 2016. 25 p.
24. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О влиянии эффективной теплоты абляции на моделирование взаимодействия метеороидов с атмосферой // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т. 23. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-2/articles/995/
25. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О неопределенности моделирования взаимодействия метеороида с атмосферой при разных углах входа // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25. Вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-1/articles/1088/
26. Adams M.C. Recent advances in ablation // American Rocket Society J. 1959. V. 29. № 9. Pp. 625–632.
27. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О неопределенности моделирования взаимодействия метеороида с атмосферой при разных скоростях входа // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т. 24. Вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-1/articles/1034/
28. Стулов В.П., Мирский В.Н., Вислый А.И. Аэродинамика болидов. М.: Наука, 1995. 236 с.
29. Borovička J., Spurný P., Brown P., Wiegert P., Kalenda P., Clark D., Shrbený L. The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor // Nature. 2013. V. 503. Pp. 235–237.
30. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Моделирование движения, абляции и энерговыделения метеороида в атмосфере с учетом криволинейности траектории // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т. 21. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-2/articles/903/.
31. Ceplecha Z. Geometric, dynamic, orbital and photometric data on meteoroids from photographic fireball networks // Bulletin of the Astronomical Institutes of Czechoslovakia. 1987. V. 38. No 4. Pp. 222–234.