Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Испарение малых метеороидов в атмосфере Земли

Авторы: Георгий Николаевич Залогин, Андрей Леонидович Кусов (ФГУП ЦНИИмаш) kusov_al@mail.ru

Исследованию процессов, сопутствующих входу метеорных тел в атмосферу Земли, посвящена целая отрасль знаний – физика метеорных явлений. По входу метеороидов с размерами менее миллиметра в атмосферу имеется весьма обширная база данных, которая позволяет проводить апробацию разрабатываемых теоретических моделей процессов. Из-за невозможности использования подходов, основанных на решении уравнений сплошной среды, в большинстве работ при анализе метеорных явлений решается довольно простая система уравнений, содержащая ряд коэффициентов, численные значения которых подбираются по данным наблюдений.

Исследованию процессов, сопутствующих входу метеорных тел в атмосферу Земли, посвящена целая отрасль знаний – физика метеорных явлений. По входу метеороидов с размерами менее миллиметра в атмосферу имеется весьма обширная база данных, которая позволяет проводить апробацию разрабатываемых теоретических моделей процессов. Из-за невозможности использования подходов, основанных на решении уравнений сплошной среды, в большинстве работ при анализе метеорных явлений решается довольно простая система уравнений, содержащая ряд коэффициентов, численные значения которых подбираются по данным наблюдений.

В данной работе задача входа в атмосферу Земли малых метеороидов рассмотрена на основе метода прямого статистического моделирования (ПСМ). Использование метода ПСМ позволяет получить представление о структуре возмущенной области в окрестности метеороида – комы (рис.1), и проследить ее эволюцию в зависимости от скорости входа и высоты полета (числа Кнудсена) в переходном режиме течения, когда методы расчета, используемые в свободномолекулярной области или области сплошной среды, неприменимы. На основе численного решения модельной задачи о входе железного метеороида рассмотрены основные аспекты физической теории метеоров: аэродинамическое торможение, потеря массы (абляция), эффекты аэродинамического и теплового загораживания.

В работе предлагается объяснение феномену под названием «парадокс масс», связанному с тем, что при сильном испарении коэффициент сопротивления существенно возрастает (см. рис. 2).

Рис. 1 Линии тока и молярная концентрация испаряющегося вещества при U=30 км/с, Н = 100 км

Рис. 2 Коэффициенты сопротивления Сх и теплопередачи Λ