В 1990-1993 годах в Отделе математических задач геофизики Вычислительного центра СО РАН (зав.отделом академик А.С.Алексеев) старшим научным сотрудником Виктором Егоровичем Петренко с привлечением сотрудников ряда институтов были проведены научно-исследовательские работы по изучению опасных космических объектов (ОКО) и их воздействию на планету Земля. Работы проводились под шифрами "Патруль" (естественные ОКО) и "Сияние-2" (тех- ногенные ОКО).
Некоторые результаты этих работ были доложены на Международной конференции в г. Снежинске в сентябре 1994г. На этой конференции, как известно, работала отдельная секция, посвященная Тунгусскому метеориту, который является типичным примером ОКО. Работы В.Е.Петренко не относятся непосредственно к проблеме Тунгусского метеорита, но мы не сомневаемся, что исследователи ТМ найдут в них много интересного и полезного для изучения "загадки XX века?.
Результаты работ оформлены в виде программ и книг-отчетов. С согласия автора, приводим перечень названий этих книг (по шифру "Сияние-2") с рефератами на каждую книгу. Большинство отчетов находятся в ВЦ СО РАН, Интересующиеся могут обратиться непосредственно к автору - В.Е.Петренко, Новосибирск, 630090, пр. акад. Лаврентьева 6, ВЦ СО РАН, тел. 35-11-49.
ОТЧЕТЫ по НИР
ОЦЕНКИ ЧАСТОТЫ ПАДЕНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ НА ЗЕМЛЮ,
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЗАБЛАГ0ВРЕМЕН0Г0 ИХ
ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ
Шифр "Патруль"
1 этап 1990 г.
Книга 1 . НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОСМОГЕННЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР И КОСМИЧЕСКОЙ ОХРАНЫ ЗЕМЛИ.
Книга 2. ЧАСТОТА И ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПАДЕНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ НА ЗЕМЛЮ.
Книга 3. ОБЗОРЫ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ДАННЫХ ПО ФИЗИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ОПАСНЫХ ДЛЯ ЗЕМЛИ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ И ИХ ОРБИТАЛЬНЫМ ПАРАМЕТРАМ, А ТАКЖЕ ПО УРАВНЕНИЯМ СОСТОЯНИЯ И РЕОЛОГИЧЕСКИМ МОДЕЛЯМ СРЕД.
Книга 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СОУДАРЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ЗЕМЛИ И ВЗРЫВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕБЕСНЫЕ ТЕЛА.
Книга 5. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР. КРИТЕРИИ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОСМОГЕННЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР.
Книга 6. СОЗДАНИЕ ФОРМАЛИЗОВАННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИИ О КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУРАХ.
Книга 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНЫХ СТРУКТУР И КАТАСТРОФИЧЕСКИХ РАЗРУШЕНИЙ ТЕЛ КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СОУДАРЕНИЯХ.
Книга 8. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР НЕУДАРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ.
Книга 9. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭВОЛЮЦИИ УДАРНЫХ КРАТЕРОВ.
Книга 10. ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ДАЛЬНЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ КРУПНЫХ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ.
2 этап 1991 г.
Книга 11. ИМПАКТНЫЕ СТРУКТУРЫ ЗЕМЛИ: БАНК ДАННЫХ, ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ, НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ, ВОПРОСЫ ДИАГНОСТИКИ И МЕТОДИКИ ПОИСКА.
Книга 12. ОЦЕНКИ ЧАСТОТЫ И ПЕРИОДИЧНОСТИ ПАДЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛ НА ЗЕМЛЮ НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСНОСНИМКОВ ТЕРРИТОРИИ СССР.
Книга 13. ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ АЭРО- И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ПРИ ПОИСКЕ И ИЗУЧЕНИИ КОСМОГЕННЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР ЗЕМЛИ. ОБНАРУЖЕНИЕ КРАТЕРОВ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ С ПОМОЩЬЮ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ.
Книга 14. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ ЗЕМЛИ С КОСМИЧЕСКИМИ ТЕЛАМИ - АСТЕРОИДАМИ И БОЛЬШИМИ МЕТЕОРИТАМИ.
книга 15. вопросы ударно-взрывного воздействия на космические тела: аналитические оценки, результаты численного моделирования.
книга 16. оценки экологических последствии космических катастроф по результатам численного моделирования и геологическим данным.
книга 17. проблема образования сложных ударных кратеров с центральным поднятием и многокольцевых структур.
книга 18. возможность земного происхождения некоторых астероидов на малых орбитах и ливневых бомбардировок земли с интервалом 30 млн.лет.
книга 19. о некоторых закономерностях для ударных кратеров на телах солнечной системы.
книга 20. дальний прогноз сближения малых небесных тел с землей методом эфемеридного накопления.
книга 21. оценки параметров отколов и выбрасываемых из кратера осколков при высокоскоростных ударах. об одном механизме порождения метеоритов.
ПРОДОЛЖЕНИЕ РАБОТ ПО ТЕМЕ "Патруль" в 1992 г
(без финансирования)
Книга 22. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СОУДАРЕНИЯ.
Книга 23. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВЫПАДЕНИЯ НА ЗЕМЛЮ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ.
Книга 24. ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ВОЛН НА ВОДЕ, ПОРОЖДАЕМЫХ ПРИ ПАДЕНИИ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ В ОКЕАН.
Книга 25. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН НА ВОДЕ, ПОРОЖДАЕМЫХ ПРИ СХЛОПЫВАНИИ ПОЛОСТИ, ЛОКАЛИЗОВАННОЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА.
Книга 26. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ЧЕТЫРЕХ ВОЗМОЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ ЗЕМНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕКОТОРЫХ АСТЕРОИДОВ.
ОТЧЕТЫ по НИР п.5: ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНО-ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОСМИЧЕСКИХ ОБЛОМКОВ И ОБЪЕКТОВ В РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНАХ. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪКТОВ И ТЕХНОГЕННЫХ ЧАСТИЦ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ.
шифр "Сияние-2"
КНИГА 2.
О МОДЕЛЯХ ОБРАЗОВАНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ТЕХНОГЕННЫХ ЧАСТИЦ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ И НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ, СВЯЗАННЫХ С ЗАСОРЕНИЕМ КОСМОСА.
РЕФЕРАТ.
В связи с проблемой засорения околоземного космического пространства (ОЗКП) космическими объектами и техногенными частицами в отчете рассмотрены следующие вопросы:
-
обзор некоторых результатов наблюдений популяции космических объектов и техногенных частиц в ОЗКП для 1976, 1978, 1981, 1988 и 1990 годов;
-
модели среды космических объектов и техногенных частиц в ОЗКП, использующие данные о популяции наблюдаемых космических объектов? модели эволюции среды космических объектов и техногенных частиц в ОЗКП?
-
оценки средней массы образующихся при высокоскоростном ударе обломков разрушения и кумулятивного числа обломков как Функции их масс;
-
анализ источников орбитальных техногенных обломков и механизмов их истощения;
-
об устойчивости околоземной среды орбитальных космических объектов, и предварительные оценки критической плотности космического мусора, при которой возможно развитие каскадного процесса вторичных столкновений орбитальных обломков;
-
методики получения оценок для вероятности соударения между объектами орбитальной популяции;
-
оценки степени риска катастрофических соударений космических аппаратов различного назначения с орбитальными техногенными обломками;
-
классификация некоторых орбит Земли по вероятности соударения космических аппаратов с наблюдаемыми техногенными объектами ?
-
прогноз среды популяции орбитальных техногенных обломков в ОЗКП до 2010 г. и оценки степени риска для будущих космических полетов?
-
обзор методов уменьшения количества орбитальных обломков в ОЗКП?
-
описание среды геостационарных объектов, оценки вероятности соударений объектов в области геостационарного кольца и методы уменьшения возможности таких соударений?
-
описание среды радиоактивных спутников с ядерными силовыми установками, оценки орбитального времени их существования и вероятности их разрушений при столкновениях, эволюция во времени облака осколков разрушения, возможности радиоактивно го загрязнения атмосферы и части поверхности Земли;
-
виды космической деятельности, которые могли бы привести к снижению количества орбитальных техногенных обломков;
-
краткий обзор работ, в которых рассматриваются возможноc ти технических средств для обнаружения космических орбитальных объектов в ОЗКП;
-
краткий обзор работ по защите космических аппаратов от метеороидов и техногенных обломков - техническая защита конструкций от мелких частиц и динамическая защита (маневрирование) от крупных тел;
-
база данных и информационная система, характеризующая орбитальные обломки в ОЗКП;
-
аналитический метод для вычисления приращений компонент скорости обломков при разрушении орбитальных объектов, использующий данные об орбитальных элементах и положении исходного объекта в момент разрушения;
-
опасность засорения космоса для экологии Земли.
Книга 3
ОБЗОР И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И МЕТОДЫ ПОДОБИЯ ДЛЯ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ СОУДАРЯЮЩИХСЯ ТЕЛ. ПРИЛОЖЕНИЯ К АНАЛИЗУ ПОСЛЕДСТВИЙ СОУДАРЕНИИ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
РЕФЕРАТ
Возможные столкновения орбитальных космических объектов являются одним из Факторов, который может в значительной степени определять эволюцию среды орбитальных техногенных обломков в околоземном космическом пространстве. Чтобы оценить влияние этого Фактора, необходимо достаточно надежно и точно предсказывать последствия таких столкновений (степень повреждений или разрушений соударяющихся объектов, диапазон размеров и Формы образующихся осколков, направления и скорости их разлета, величины потери импульса объектов после соударения) для широкого диапазона параметров соударения. Одним из возможных путей получения таких оценок является использование экспериментальных данных и законов подобия для катастрофического разрушения тел при соударениях.
В отчете дан обзор и анализ экспериментальных данных и законов подобия для катастрофического ударного разрушения тел в широком диапазоне параметров соударения.
Представлены закономерности для высокоскоростных нормальных и наклонных ударов мелких ударников в массивные плиты, пластины промежуточной толщины и тонкие пластинки, В частности, приведены оценки размеров и объемов образующихся кратеров , оценки предельной толщины пробиваемой пластины для заданных параметров ударника и оценки толщины откола, оценки размеров пробиваемых отверстий в зависимости от параметров соударения и материалов пластинки, оценки скоростей осколков, проникающих за пластинку, в зависимости от параметров удара и свойств материалов ударника и мишени. Рассмотрены модели разлета облака осколков за пластинкой; влияние угла удара на размеры пробиваемых отверстий и на разделение потока осколков за пластинкой; оценки углов разлета, размеров и скоростей рикошетируемых осколков и удары в двухлистовые конструкции. Представлены данные по катастрофическому разрушению соударяющихся тел ограниченных размеров: классификация типов разрушений в зависимости от скорости соударения и плотности выделяемой при ударе энергии, оценки распределения осколков по размерам (массам), оценки массы наибольшего осколка и скоростей отдельных осколков, распределения осколков по форме и распределения энергии ударника между различными процессами при Формировании кратера и выбросов.
Рассмотрены законы подобия для катастрофического разрушения соударяющихся тел ограниченных размеров. Приведены оценки пороговых значений плотности выделяемой при ударе энергии, оценки для массы наибольшего осколка, распределения осколков по размерам (массам) и скоростям. Рассмотрены следствия соударений тел как Функция нормированной скорости удара и отношения масс ударника и мишени. Даны сравнения экспериментальных данных с результатами теории моделирования.
Представлены некоторые данные по катастрофическому разрушению космических конструкций при соударениях и взрывах. Дано сравнение этих данных с экспериментальными по ударному разрушению сплошных тел.
Обсуждается возможность использования рассмотренных экспериментальных данных в моделях эволюции среды техногенных обломков в околоземном космическом пространстве, учитывающих процессы соударений орбитальных объектов.
Книга 4.
ОБЗОР И АНАЛИЗ УРАВНЕНИИ СОСТОЯНИЯ И МОДЕЛЕЙ ДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ФРАГМЕНТАЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО УДАРА.
РЕФЕРАТ.
Соударение орбитальных объектов является одним из механизмов, который может оказать существенное влияние на эволюцию среды орбитальных техногенных обломков в околоземном космическом пространстве- Чтобы оценить роль этого механизма, прежде всего требуется изучить элементарные процессы, относящиеся к различным классам ударов, и определить распределения осколков по размерам и скоростям, образующихся при соударениях тел.
В отчете рассматриваются вопросы, относящиеся к численному моделированию высокоскоростного удара, наиболее трудного для исследования. Рассмотрено поведение материала при высокоскоростных соударениях в широкой области изменения параметров -от высоких давлений и температур, где превалируют термодинамические эффекты, до низких давлений, где важны прочностные свойства материалов- Даны обзоры: 1) широкодиапазонных термодинамических уравнений состояния; 2) определяющих уравнений состояния, включая прочность материала, неоднородность (композитные материалы), пористость; 3) моделей динамического разрушения и Фрагментации компактных тел; 4) некоторых численных методов решения задач высокоскоростного удара; 5) трехмерных программ для численного решения задач высокоскоростного удара- Обсуждаются достоинства и ограничения некоторых численных методов решения задач механики сплошной среды с большими деформациями, контактными границами и свободными поверхностями.
Книга 5:
ПРИМЕРЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СОУДАРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ПРИБЛИЖЕНИИ.
РЕФЕРАТ
В данном отчете рассмотрены некоторые вопросы численного моделирования и результаты численных расчетов ряда двумерных задач высокоскоростного соударения твердых тел. Описывается Физико-математическая постановка задачи высокоскоростного соударения твердых тел. Обсуждаются основные элементы и некоторые свойства численного метода лагранжевых частиц, описаны алгоритмы расчета для уравнений газовой динамики и упруго-пластических сред, алго ритмы определения ориентации контактных границ и свободных поверхностей, отслеживания Формы частиц, а также вариант консервативного метода лагранжевых частиц для уравнений газовой динамики.
Даны примеры двумерных численных расчетов высокоскоростного соударения твердых тел прямые удары сферы в пластину и в две разнесенные пластины, прямые удары в пластину торцом прямого кругового цилиндра, торцом цилиндра с конической выемкой, торцом цилиндрической трубы, прямой удар торцом прямого кругового цилиндра в две разнесенные пластины; нормальное соударение тонкой пластины с боковой поверхностью трубы; наклонные удары боковой поверхностью цилиндра в однородную и слоистую пластины; симметричное соударение двух сфер; несимметричное соударение боковыми поверхностями двух цилиндров. На примере прямого удара сферы в пластину обсуждается влияние скорости удара, толщины пластины и соударяющихся материалов на эффективность пробивания пластины. Влияние массы ударника на эффективность поражения мишени обсуждается на примере прямого удара торцом прямого кругового цилиндра в две разнесенные пластины. Приведены некоторые результаты для одномерной модели соударения при использовании уравнений состояния Осборна и Тиллотсона.
Численные результаты двумерных расчетов пробивания алюминиевой пластины алюминиевой сферой сравниваются с экспериментальными результатами и эмпирическими Формулами.
Обсуждаются некоторые достоинства и недостатки используемой программы для расчета на ЭВМ.
Книга 6.
ПРОСТЫЕ МОДЕЛИ ФРАГМЕНТАЦИИ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СОУДАРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.
РЕФЕРАТ
В отчете рассматриваются простые аналитические модели фрагментации твердых тел применительно к явлениям высокоскоростного удара, в которых ударник и некоторая часть материала мишени подвергаются интенсивной пластической деформации, разрушению, плавлению или испарению. Эти модели требуют оценки некоторых неопределенных параметров на основе результатов лабораторных экспериментов или численных расчетов.