Моделирование методом Монте-Карло воздействия метеороидов и техногенных частиц на элементы космических аппаратов

Авторы

Надирадзе А. Б.^1*, Смирнов В. А.^2**

1. Кафедра 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки»,
2. АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва», ул. Ленина, 52, Железногорск, Красноярский край, 662972, Россия

*e-mail: nadiradze@mai.ru
**e-mail: smirnov@iss-reshetnev.ru

Аннотация

Рассматривается алгоритм моделирования методом Монте-Карло воздействия потоков метеороидов и техногенных частиц (МТЧ) на элементы космических аппаратов (КА). Особенностью данного алгоритма является применение группового метода. Все частицы разделены на множество классов. Для каждого класса частиц рассчитываются параметры взаимодействия частиц с мишенью и параметры проникающих потоков частиц, способных пробить мишень. В результате получают матрицы параметров взаимодействия и матрицы проникания («трансформационные таблицы»), которые затем используются при интегрировании. Это позволяет увеличить на несколько порядков скорость вычислений и значительно увеличить точность расчетов при приемлемом времени счета. Приведены результаты иллюстративных расчетов воздействия МТЧ на панели солнечных батарей КА и топливный бак, расположенный внутри корпуса КА. Предложенный алгоритм может быть использован при проектировании современных КА, функционирующих на околоземных орбитах.

Ключевые слова:

метеороиды, техногенные частицы, «высокоскоростной удар», космический аппарат, алгоритм, метод Монте-Карло, распараллеливание

Библиографический список

1. Панасюк М.И. Модель космоса: Научно-информационное издание / Под ред. М.И. Панасюка, Л.C. Новикова. В 2 т. Т.2: Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. М.: КДУ, 2007. 1144 с. 
2. Высокоскоростные ударные явления / Под ред. Р. Кинслоу. М.: Мир, 1973. 511 с. 
3.  Мещеряков С.А. Применение программ системы COLLO для оптимизации защиты космических аппаратов от столкновений с орбитальными частица- ми // Сб. научных трудов «Теоретические и экспериментальные исследования вопросов общей физики». М.: ЦНИИмаш, 2006. С. 71-85.
   
4. Space Environment, ECSS-E-ST-10-04C, ESA Requirements and Standards Division, Nordwijk The Netherlands, 15 November 2008, 105 p. 
5. Christiansen E.L., Arnold J., Corsaro B., et.al. Handbook for Designing MMOD Protection. NASA Johnson Space Center, NASA/TM-2009-214785, 2009, 136 p. 
6.  Sokolov V.G., Christiansen E.L., Gorbenko A.V., Feldstein V.A., Romanchenkov V.P., Panichkin N.G., Yachlakov Yu.V. and Zinchenko L.V. The Effect of Thin Deployable Construction Elements of the International Space Station on the Probability of Its Hull Penetration by Meteoroids and Orbital Debris Int. Journal of Impact Eng. Vol. 26, December 2001, pp. 725-734.
   
7. Piekutowski A.J. Effects of Scale on Debris Cloud Properties Int. Journal Impact Engng. Vol. 20, pp. 639-650, 1997.
   
8. Edelstein K. Hypervelocity Impact Damage Tolerance of Fused Silica Glass 43rd International Astronautical Congress, IAF 92-0334, Washington D.C., August 28- September 5, 1992. 21 p. 
9. Smirnov V.M., Semenov A.S., Sokolov V.G., Konoshenko V.P., Kovalyov I.I. Study of Micrometeoroid and Orbital Debris Effects on the Solar Panels Retrieved from the Space Station MIR Space Debris. Vol. 2. No. 1 (March, 2000), pp. 1-7.