Вдосконалена модель та аналітичний розрахунок оцінки ризику пошкодження штучного супутника Землі частинками метеорних потоків

Козак, ПМ
Косм. наука технол. 2025, 31 ;(5):23-38
https://doi.org/10.15407/knit2025.05.023
Язык публикации: Українська
Аннотация: 
Описується вдосконалена модель аналітичних розрахунків імовірності зіткнення штучного супутника Землі з частинками метеорних потоків. Пропонується оригінальний статистичний підхід. В залежності від маси метеороїда, його швидкості, кута атаки та фізичних характеристик ударника (космічної частинки) і мішені (супутника) визначається ступінь потенційного пошкодження космічного апарата, наприклад розгерметизації чи ерозії його обшивки, особливо сонячних батарей. Для опису утворення вибухового кратера на обшивці супутника внаслідок зіткнення використовувалася теорія утворення метеорних кратерів Епіка, яка неодноразово перевірялася та давала гарні результати. За критерій ступеня пошкоджень вибиралася теоретично розрахована глибина кратера на поверхні космічного апарата, причому пошкодженнями вважалися зіткнення з частинками, які залишають кратери глибиною 0.2 см, що при нормальному куті атаки та швидкості 30 км/с, при залізній обшивці супутника, дає діаметр кам’яного метеороїда 0.19 см, і масу 0.013 г. Маси частинок, які призводять до ерозії обшивки, на кілька порядків менші.
         Для побудови притоку спорадичних метеорів на Землю був вибраний кумулятивний розподіл у діапазоні мас від 0.000001 до 100 г — даний розподіл слугував для розрахунку притоку від частинок метеорних потоків — через відношення зенітних часових чисел потоків та спорадичного фону. Для визначеності до уваги бралися вісім найбільш потужних метеорних потоків: Ліриди, h-Аквариди, Південні d-Аквариди, Персеїди, Оріоніди, Леоніди, Гемініди і Квадрантиди. Додатково у моделі розраховувася час екранування супутника заданої орбіти від метеороїдів потоку планетою та її атмосферою. Для розрахунку ефективної площі поверхні супутника для напрямку метеорного потоку пропонується аналітична модель композиції супутника з тривимірних геометричних примітивів. На жаль, її використання обмежене при значному ступені екранування одного геометричного примітива іншим — тоді пропонується використовувати чисельний підхід. Для прикладу приводиться оцінка імовірності пошкодження гіпотетичного космічного апарата з максимальною ефективною площею близько 8 м2 протягом року. Вона склала 0.00002 для метеорних потоків, що приблизно в чотири рази менше за вплив метеорного спорадичного фону.
Ключевые слова: безпека космічних апаратів, метеорні потоки, метеорний спорадичний фон, оцінка ризику пошкодження супутника, статистична модель, штучний супутник Землі