Презентация на тему «Актуальные вопросы моделирования техногенного загрязнения околоземного космического пространства»

Актуальные вопросы моделирования техногенного загрязнения околоземного

космического пространства. А.И. Назаренко Центр космических наблюдений Росавиакосмоса

Резюме Основная трудность решения связанных с КМ прикладных задач вызвана недостатком экспериментальных данных. Поэтому для определения характеристик техногенного загрязнения в различных точках упомянутого пространства привлекается дополнительная (априорная) информация. Эффективное использование экспериментальных данных и априорной информации – основная проблема моделирования космического мусора (КМ). В докладе кратко изложены данные о трех моделях космического мусора: ORDEM2000 (NASA), MASTER’99 (ESA) и SDPA (модель автора). Обсуждаются особенности применяемых методов моделирования и их сравнительные характеристики, а также основные проблемные вопросы совершенствования моделей .

1

1. Введение

В многомерной области “время – высота – размеры КМ” измерения были проведены только в относительно не-больших локальных регионах. Это обстоятельство характеризует основную трудность достоверной оценки пространственно-временного распределения КМ.

2

2. Модели

3

3. Определение концентрации

MASTER’99. Число ячеек 680000 Для 5% точности необходимо >272 000 000 прогнозов

ORDEM2000 n ячеек 16?18=288 n прогнозов =288?8000? ? 2 300 000

SDPA2000 n ячеек 16?18=288

Число прогнозов для расчета ?t(…) =n(r) ·n(hp) ·n(e)=16?16?8?2000

4

Проблема: оптимизация разбиения ОКП на ячейки

5

4. Прогнозирование техногенного загрязнения

Сценарии: 1: как было; 2: 1+без сопутству- ющих деталей; 3: 1+без взрывов; 4: (запуски + меры 2 и 3)?0.5; 5: все меры (2 и 3)

Прогноз числа КО размером более 1 см

6

Данные о номинальном ежегодном приросте числа КО в области высот до

2000 км

КА: 52.0; РН: 61; технологические КО размером >20см: 100 Номинальное ежегодное число взрывов: 3 Среднее число КО d>20см на 1 взрыв: 39 Отношение числа КО размером более 1 см к номинальному приросту числа КО размером d>20см: k(d)=54.5. Результаты прогноза на интервале 1960 - 2000. Значения концентрации (?)частиц разных размеров d, cм от 0.5 от 1.0 от 2.5 от 5.0 от 10.0 >20 до 1.0 до 2.5 до 5.0 до 10.0 до 20 ?max,км-3 6.4Е-6 1.0Е-6 2.1Е-7 7.1Е-8 2.3Е-8 5.4Е-8

7

Моделирование фрагментов разрушений (взрывов)

8

Моделирование последствий столкновений

ORDEM&MASTER Столкновения КО размером > 10 см SDPA Столкновения КО размером > 0.1 см

Накопленное число столкновений КО (Nc) размером более d d, см >0.1 >0.25 >0.5 >1.0 >2.5 >5.0 >10 >20 Nc 6200 592 122 15.6 6.30 2.67 1.48 0.96

Вклад последствий столкновений

9

Роль априорной информации при прогнозе:

Учет вековых возмущений (атмосфера); Распределение баллистических коэффициентов КО; Распределение скорости разлета фрагментов при взрыве; Распределение высот взорвавшихся КО; Модель фрагментации при столкновениях.

Проблемные вопросы прогнозирования: 1. Повышение достоверности результатов моделирования на основе уточнения априорной информации; 2. Настройка параметров модели по измерениям; 3. Учет последствий столкновений более мелких КО в том числе и микрометеоритов; 4. Выработка рекомендаций по предотвращению монотон- ного роста техногенного загрязнения.

10

5. Удельный поток КМ относительно КА

Мгновенное значение (все модели):

(1)

(2)

(3)

(4). Подстановка (4) в (2) дает:

=?

(5)

(6)

ORDEM

MASTER SDPA

11

Распределения величины и направления скорости столкновений

- Относительная скорость

А - ее отклонение относительно направления VKA

- Статистическое распределение направле- влений, построенное на множестве частиц

12

pQrel(A) and pVrel(A) distributions as well as the angular dependence

of the relative velocity

SDPA2000 ORDEM2000

13

Collision velocity for SOs of different sizes, km/s Estimate >1 mm >1

cm >10cm ORDEM2000 7.74 7.77 7.69 Vv, km/s 8.62 7.74 7.87 Vq, km/s 10.53 10.01 10.20 SDPA2000 10.56 10.56 10.56 I believe that the results presented above are quite important. They testify rather convincingly, that in calculating the average values of collision velocity (the “Average impact velocity”) in the ORDEM2000 model the averaging is carried out over the set of possible directions of the relative velocity, rather than over the set of directions of possible collisions.

14

Data on the flux of SD of different sizes relative to the ISS

6. Comparison of debris flux model data for manned missions

15

7. Общие проблемные вопросы моделирования космического мусора

1. Совершенствование методики моделирования на основе комплексного учета различных источников загрязнения. 2. Повышение достоверности моделей на основе использо- вания новых (будущих) измерений. Регулярная настройка параметров моделей по текущей информации. 3. Обеспечение доступности компьютерных моделей для их широкого использования при проектировании и экс- плоатации КА. Software, информация в Интернете. 4. Как организовать систематическую работу по п.п. 1, 2, 3? Кто должен быть заказчиком: государственная организация или некая коммерческая (частная) фирма?

16