Метеоритная опасность, то есть угроза столкновения Земли с малыми естественными космическими телами, воспринимается в настоящее время как сложная проблема. В околоземном пространстве движутся различные метеориты — космические осколки больших астероидов и комет. Их скорости лежат в диапазоне от 11 до 72 км/сек.
В России наиболее значительные события с падениями метеоритов — 12 февраля 1947 г.- Сихотэ-Алинский метеоритный дождь. 30 июня 1908 г. — Тунгусский феномен, считающийся до сих пор одной из «загадок человечества». Не смотря на то, что по стандарту астероидов Тунгусский метеорит не был относительно велик, он нанес огромный ущерб и произвел множество разрушений. Падение Тунгусского космического тела сопровождалось огромным выделением тепла, мощность взрыва составляла около 40-50 мегатонн, что соответствует энергии самой мощной из водородных бомб, которые были взорваны. Сильная взрывная волна, вызвала небольшое землетрясение, сопровождалась падением леса в радиусе десятков километров. Впоследствии, было разрушено порядка 2000 квадратных километров леса. Ни одной экспедиции к месту падения этого тела не удалось обнаружить следов метеоритного вещества или характерного кратера.
Картина течения, возникающего при взаимодействии космического тела с атмосферой планеты, очень сильно зависит от сценария их взаимодействия. Полет сопровождается высокими аэродинамическими и тепловыми нагрузками, действием сил инерции, возникающих в результате торможения. В зависимости от параметров космического тела возможны различные сценарии его взаимодействия с атмосферой.
Космические тела с малыми характерными размерами полностью “сгорают” в атмосфере. Разрушение же крупных космических тел сопровождается образованием большого количества продуктов дробления, что сильно усложняет картину явления.
Разрушение крупных космических тел происходит в основном под действием динамических нагрузок. Если в процессе разрушения газодинамическое воздействие набегающего на тело потока недостаточно для того, чтобы разрушение сопровождалось значительным уносом осколочной массы или отходом фрагментов друг от друга, то разрушение развивается очень быстро и приводит к образованию большого количества осколков. Данные фрагменты продолжают двигаться как компактное образование, практически сохраняя площадь сечения.
В [1] предложен гидродинамический подход к решению проблемы разрушения космического тела, основанный на предположении, что масса продуктов дробления,
деформируясь под действием распределенной аэродинамической нагрузки, ведет себя подобно несжимаемой жидкости.
Деформация и потеря сплошности квазижидкого тела продуктов дробления сопровождается диспергированием частиц конденсированной фазы в
высокотемпературном газе продуктов сублимации и набегающего потока. В результате поверхность соприкосновения высокотемпературного газа и конденсированной фазы резко увеличивается. Все это приводит к достаточно быстрому переходу вещества метеороида из конденсированного состояния в газообразное. Такой процесс получил название «взрыв» [2]. Проблема отслеживания взаимодействия продуктов взрыва космического тела, в атмосфере Земли является сложной и актуальной задачей.
Примером может послужить челябинский метеорит, упавший 15 февраля 2013 года в окрестностях города Челябинск. По расчетам НАСА метеороид диаметром около 17 метров и массой 10 тысяч тонн вошел в атмосферу планеты со скоростью 18 км/c. Спустя примерно 32,5 секунды космическое тело разрушилось. Разрушение сопровождалось распространением ударных волн, которые по достижении поверхности Земли нанесли существенные разрушения. Из-за воздействия взрывной волны, были выбиты окна более чем в 7000 зданий, ранено осколками свыше 1600 тысячи человек. Впоследствии падения метеорита экономический ущерб превысил 1,2 млрд. рублей. По оценкам НАСА это самое большое из известных небесных тел, падавших на Землю после Тунгусского метеорита в 1908 году.
После падения «челябинского метеорита» особую актуальность во всем мире и особенно на территории России получила проблема защиты от космических угроз. На сегодняшний день пока еще ни одна страна не имеет технической возможности для уничтожения космических тел в пределах атмосферы, подобных «челябинскому метеориту». Взрывы космических тел вблизи населенных пунктов в результате нагрева и действий ударной волны приводят к значительным разрушениям соизмеримым с последствиями атомного взрыва. В настоящее время, просчитаны орбиты 200 космических тел из 10000, которые находятся близко к поверхности Земли. В ближайшие 100 лет столкновения с ними не предвидится. Однако падение остальных 9800 тел пока трудно предсказать.
На сегодняшний день проблема остается актуальной по следующим причинам: во- первых, невозможно просчитать точную траекторию всех космических тел, окружающих землю, следовательно, и возможность их столкновения с земной поверхностью, во-вторых даже при обнаружении падающего космического тела у человечества нет технических ресурсов для его уничтожения или изменения траектории. Падение даже не очень 8
большого космического тела на Землю наносит огромный ущерб, как в экономическом, так и в экологическом плане, разрушаются дома, леса, страдают люди. Такие угрозы необходимо обнаруживать и обезвреживать заблаговременно до входа в атмосферу Земли. Поэтому проблема метеоритной опасности весьма актуальна на сегодняшний день и имеет непосредственную связь с жизнью человечества.
Реализован алгоритм расчета пространственных нестационарных течений невязкого сжимаемого газа на равномерной сетке с использованием схемы Годунова. Расчетная схема распараллелена с помощью технологии MPI, для проведения расчета на кластере СКИФ Cyberia. Проведено моделирование движения метеороида с момента его взрыва в атмосфере до момента достижения ударной волной поверхности планеты. В рамках трехмерного расчета исследовано распространение ударной волны взрыва космического тела по поверхности Земли. Выявлены основные явления при движении плотного облака газов в атмосфере: деформация центрального облака и распад его на несколько плотных фрагментов, образование ударной волны при движении газового тела в атмосфере Земли, распространение ударной волны по поверхности планеты. Полученная картина течения качественно согласуется с работами других авторов [14,15].
