Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Теоретические модели радиационных и гидродинамических процессов в метеорных явлениях, лазерной и пылевой плазме

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Теоретические модели радиационных и гидродинамических процессов в метеорных явлениях, лазерной и пылевой плазме"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ДИНАМИКИ ГЕОСФЕР

На правах рукописи

Голубь Анатолий Петрович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАДИАЦИОННЫХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕТЕОРНЫХ ЯВЛЕНИЯХ, ЛАЗЕРНОЙ И ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ

25 00 29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандитата физико-математических наук

Москва 2007

□031741Э7

003174197

Работа выполнена в Институте динамики геосфер РАН

Научный руководитель доктор физико-математических наук

В В Шувалов

Научный консультант доктор физико-математических наук

С И Попель

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

профессор Б Д Христофоров

доктор физико-математических наук В А Скворцов

Ведущая организация Российский федеральный ядерный центр -

Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Защита диссертации состоится 8 ноября 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д002 050 01 при Институте динамики геосфер РАН по адресу 119334 Москва, Ленинский проспект, 38, корпус 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИДГ РАН Автореферат разослан "3 " октября 2007 г

Учёный секретарь

диссертационного совета )

кандидат физико-математических наук (/ В А Рыбаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Объектами теоретического исследования являются метеорные явления, лазерная и пылевая плазма

Метеорная материя играет важную роль в теориях происхождения и эволюции Сочнечной системы Наблюдения за движением метеорных тет в атмосфере дают сведения о строении верхних слоёв атмосферы и ветровом режиме, господствующем на этих высотах Метеорное вещество вносит свой вклад в процессы возбуждения и ионизации атомов и молекул воздуха Метеорный ионизованный след используется как отражетель радиоволн для установления радиосвязи в ультракоротковолновом диапазоне

Космические тела размером 1-10 м наименее изучены из всех малых тел Солнечной системы Они вызывают в атмосфере возникновение очень ярких метеоров (болидов) Несколько таких крупных метеороидов, двигающихся в следе лидирующего метеороида, могут достигнуть поверхности Земли и в этом случае представляют так называемую астероидно-кометно-метеоритную опасность

Для сбора информации о притоке метеорного вещества на Землю был создан ряд болидных сетей в США, Канаде и Европе В последние годы к числу набпюдательных сетей добавилась глобальная спутниковая система, охватывающая всю Землю, представляющая собой несколько геостационарных спутников, снабжённых фотометрическими датчиками Спутниковой сетью за 8 лет (1994-2002 г) было зарегистрировано более 300 вспышек излучения, ассоциированных с входом метеороидов, имеющих энергию в среднем порядка 1 кт ТНТ, с максимальной энергией примерно 40 кт ТНТ, те по масштабу речь идет о явлениях с знергией, сопоставимой с знергией ядерного взрыва

Наблюдения метеора позволяют определить его траекторию, скорость, интенсивность и спектр испускаемого излучения С помощью физической теории метеоров, используя данные наблюдений, определяются начальные (до вхождения в атмосферу) размер и масса космического тела, порождающего метеор В этой связи новая теоретическая модель болида, позволяющая оценивать абляцию метеороида, излучение и газодинамические характеристики метеорного следа, представлят собой несомненный интерес

После создания мощных лазеров началось интенсивное использование их в опытах по взаимодействию лазерного излучения с веществом, открылся ряд новых направлений в исследованиях по физике плазмы, в том числе для лабораторного моделирования процессов в атмосферной и космической плазме Основой для применения данного метода исследований послужила возможность формирования лазерной плазмы «безконтактным» способом в очень широком диапазоне параметров и различных конфигураций для изучения

процессов взрывного характера, например, при метеорных явлениях или при активных ракетных экспериментах Использование лазерного излучения является одним из наиболее удобных способов лабораторного моделирования неравновесной ионизации в атмосфере, когда необходимо обеспечить возможность исследования газодинамических и ионизационно-релаксационных процессов в воздухе пониженной плотности с внесением в него регулируемого кочичества примесей различных химических элементов В диссертации лазерная плазма в вакууме рассматривается как эффективный и мощный источник ионизирующего излучения

В нижней части ионосферы Земли на высотах 80-95 км наблюдаются слоистые структуры, известные как серебристые облака и полярные мезосферные радиоотражения Эти структуры обусловлены наличием в них большого количества электрически заряженных пылинок и аэрозоля Пылевые частицы присутствуют также в магнитосфере Земли, в межзвездной среде Пылевая плазма возникает и при активных ракетных экспериментах в атмосфере с использованием высокоскоростных струй взрывных генераторов в результате конденсации интенсивно расширяющегося вещества струи В пылевой плазме появляются новые пространственные и временные масштабы, новые типы во^н и неустойчивостей, связанные с электрической зарядкой пьпинок Исследованию пылевой плазмы в настоящее время уделяется большое внимание Благодаря лабораторным экспериментам, которые интенсивно проводились за постедние 15 лет, понимание процессов, происходящих в пылевой плазме значительно улучшилось Представляется принципиачьно важной разработка теоретических моделей пылевой плазмы, адекватность реальности которых определяется тем, насколько хорошо они описывают лабораторные эксперименты

При теоретическом исспедовании радиационно-газодинамических (РГД) процессов, сопровождающих метеорные явления, эволюцию лазерной и пылевой плазмы, возникают серьезные трудности, связанные со сложным спектральным составом теплового излучения пчазмы Прямое численное решение системы уравнений газовой динамики и спектрального уравнения переноса, многократно интегрируемого на каждом временном слое для большого числа значений длин волн излучения и направлений его распространения, является слишком 1рудоЬмким Поэтому стало необходимым развивать эффективные численные методы решения спектральных РГД-задач с целью уменьшения объема вычислений Развиваемый в диссертации метод является универсальным, применимым для исследования спектральных эффектов переноса излучения в различных средах, включая например, возбужденную космическим телом атмосферу и лабораторную плазму в моделирующих устройствах Таким образом, указанный метод объединяет рассмотренные в диссертации задачи Дели работы

1 Разработка относительно простой теоретической модели болида, позволяющей рассчитывать большое число вариантов для метеороидов различного состава и размера,

движущихся с различными скоростями на различных высотах Опредетение взаимно согласованных коэффициентов гегпопередачи, абляции и светимости - основных параметров физической теории метеоров для оценки начальной масссы метеорного тела по динамическим и световым характеристикам метеора, зарегистрированным при наблюдениях

2 Исследование лазерной плазмы как источника ионизирующего излучения

3 Разработка расчетной модели, описывающей гидродинамику пылевой плазмы

4 Сравнение результатов теоретических исследований с данными наблюдений за метеорными явления,ми в атмосфере или с данными лабораторных экспериментов с целью проверки адекватности разработанных теоретических моделей

5 Изложение численного метода, позволяющего решать нестационарные РГД-задачи с детальным учетом как реальных оптических свойств вещества, так и сложного спектрального состава излучения плазмы

Защищаемые положения

1 Предложен, обоснован и опробован при решении представленных в диссертации задач численный метод осреднения уравнений переноса излучения (интегральная форма), позволяющий эффективно и корректно находить решение одномерных радиационно-газодинамических задач с подробным учетом углового и сложного спектрального состава излучения на переменных газодинамических разностных сетках с ячейками любой оптической толщины

2 Разработана теоретическая модель абпирующего поршня для описания болидов, на основе которой впервые рассчитаны взаимно согласованные коэффициенты теплопередачи, абляции и светимости, спектральные характеристики излучения для железных и Н-хондритных метеороидов в диапазоне размеров 0,1-10 м, скоростей 10-50 км/с и высот полета 20-50 км

3 Показано, что теоретические спектры бочида Бенешов, рассчитанные по модели аблирующего поршня, сопасуются со спектрами зарегистрированными при наблюдениях этого яркого болида

4 Исследованы переизлучающие свойства лазерной плазмы, образованной действием лазерного излучения на преграду в вакууме С помощью оценок и численною моделирования предсказана высокая эффективность (30-75 %) преобразования энергии лазерного излучения инфракрасного диапазона в энергию теплового излучения эрозионной плазмы в вакуум в диапазоне жесткого ультрафиолета и мягкого рентгена при радиусе пятна лазерного облучения 0,1-1 см и умеренных потоках энергии пазерного излучения 107-1010 Вт/см3 Этот теоретический резу1ьтат впоследствии был подтверждён экспериментально

5 Разработана численная эволюционная модель пылевой плазмы, с помощью которой впервые описан процесс эволюции возмущения в пылевой тазме и его трансформация в

нелинейную ионно-звуковую ударно-волновую структуру применительно к условиям лабораторных экспериментов с пылевой плазмой в (^-машине и в двойном плазменном приборе и к условиям в ионосфере Земли

Научная новизна а достоверность Основные результаты диссертации являются новыми и оригинальными Их достоверность обусловлена логикой построения предложенных теоретических моделей, использованием в расчетах детальных таблиц оптических и термодинамических свойств рассматриваемых веществ и проведением расчётов с очень высокой степенью детальности учета спектрального состава излучения, не имеющих аналогов в литературе, хорошим согласием с данными наблюдений или с результатами экспериментов

Научная и практическая значимость

Описанный в диссертации численный метод расчета переноса излучения предназначен не только для численного моделирования спектральных эффектов в сильно возмущенной атмосфере и в моделирующих лабораторных устройствах, но и для решения задач астрофизики и спектроскопии а также представ 1яет практическую ценность для решения ряда научных и прикладных задач, возникающих при разработке приборов и аппаратов, в которых рабочей средой являются высокотемпературные газы и ппазма, и где важны спектральные эффекты переноса излучения

Рассчитанные по модели аблирующего поршня таблицы скорости абляции и излучательной эффективности метеоромцов использовались коллегами диссертанта для оценки параметров внедряющихся в атмосферу космических гел, зарегистрированных наземными и спутниковыми системами наблюдения Такие оценки позволяют определить приток метеорного вещества на Землю, распределение метеорных тел по скоростям, размерам и энергиям, а также вероятность астероидно-коадетно-метеоритной опасности

Мощные источники излучения используются в исследованиях взаимодействия излучения с преградой как в научных, так и в прикладных целях Среди них лабораторное моделирование сильных возмущений в атмосфере Земчи или в космическом пространстве, создание плазмы различного состава и исследование ее оптических, ионизационно-релаксационных и термодинамических свойств, технологическая обработка материалов, создание ракетных двигателей с дистанционным подводом энергии и т д Лазерная плазма как источник ультрафиочетового излучения использовалась в лабораторных экспериментах по облучению бактерий и фагов - опыты проводились в ИДГ РАН по программе № б фундаментальных исследований РАН ОНЗ «Проблемы зарождения биосферы Земли и её эвочюции»

Новые знания о процессах в пылевой плазме, полученные в лабораторных экспериментах и при их чисченчом моделировании, могут быть использованы для описания пылевых облаков в атмосфере Зеч ш и пылевых образовании в космическом пространстве, в

исследованиях атмосферы при активных ракетных экспериментах с использованием высокоскоростных струй взрывных генераторов, при изучении пылевых плазменных кристаллов, при разработке новых технологий нанесения пленок и травления поверхностей и других промышленных приложений

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VII и VIII Всесоюзных конференциях по взаимодействию оптического излученя с веществом (Ленинград, 1988, 1990), II Рабочем совещании "Моделирование космических явлений в лабораторной плазме" (Новосибирск, 1988), I Всесоюзном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (Москва, 1989), III Всесоюзном совещании по космической плазме (Новосибирск, 1990), Конференции по метеоритике (Черноголовка, 1994), 58-м и 59-м совещаниях метеоритного общества (Вашингтон, США, 1995, Берлин, Германия, 1996), Лунно-планетной конференции (Хьюстон, США, 1996), Апрельском совещании Американского физического общества (Калифорния, США, 2000), 27-ой и 29-ой Конференциях Европейского физического общества по УТС и физике плазмы (Будапешт, Венгрия, 2000, Монтре, Швейцария, 2002), Международной конференции по астероидам, кометам и метеорам (Берлин, Германия, 2002), XXVIII, XXIX, XXX Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2001, 2002, 2003) и др , а также на семинарах в Институте динамики геосфер РАН

Результаты диссертации по излучающим свойствам лазерной плазмы представлены в Энциклопедии низкотемпературной плазмы (Вводный том III / Под ред В Е Фортова - М Наука МАИК "Наука/Интерпериодика", 2000 - С 555-557)

Публикации Основное содержание диссертации представпено в 24 научных статьях, депонированных в ВИНИТИ и опубликованных в журналах Письма в ЖЭТФ, Физика плазмы, Известия АН СССР ЖТФ, Квантовая электроника, Астрономический вестник, ЖВМиМФ, Icarus, Astronomy and Astrophysics, а гакже в трудах научных конференций Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, изложена на 150 страницах, содержит 48 рисунков и 6 табчиц Список литературы содержит 159 наименование

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введеиии обосновывается актуачьность темы, формулируются цели работы и выносимые на защиту научные положения, отмечается научная новизна, научная и практическая значимость проведённых исследований

Первая глава посвящена методу осреднения уравнений переноса излучения В работе рассматриваются одномерные РГД-задачи в приближении локального термодинамического равновесия вещества Трудности их решения связаны со следующими обстоятельствами исследуются течения газа, плотность р и температура Т которого изменяются в широких диапазонах так, что одновременно существуют области диссоциации молекул, однократной и многократной ионизации атомов, а характерные раз^ры таковы, что спектр теплового излучения такой плазмы является сложным с многс численными полосами, скачками, линиями, при этом газодинамические процессы определяются величинами, интегральными по спектру и направлениям распространения излучения В разделе 1 1 дается краткий обзор основных методов, которые позволяют избавиться от интегральное™ системы уравнений переноса изтучения и баланса энергии в веществе Отмечается, что на использование метода осреднения, сформулированного в дифференциальной форме ИВ Немчиновым (1970) применительно к нестационарным одномерным сферически-симметричным РГД-задачам, не накладывается 01 раничений, связанных со сложной частотной зависимостью коэффициентов по! лощения и интенсивности излучения, нет ограничений и на диапазон изменения газодинамических параметров В разделе 1 2 приводятся осредненные по углам и энергиям фотонов дифференциальные уравнения переноса излучения для случая сферической симметрии, близкие к полученным И В Немчиновым Параметрами в осреднЬнных уравнениях относитечьно односторонних плотностей потока излучения являются безразмерные коэффициенты осреднения коэффициент сферичности О и потоковые коэффициенты искажения спектра Сущность метода осреднения состоит в том, что коэффициенты О и

находятся в некоторые моменты времени (моменты осреднения) путем расчета спектральных уравнений переноса вдоль лучей и осреднения по истинным диаграмме направленности и спектру излучения, а в промежутках между осреднениями решаются уравнения газовой динамики совместно с осредненными уравнениями переноса излучения, для которых значения коэффициентов осреднения находятся интерполяцией опорных значений этих коэффициентов, рассчитанных в моменты осреднения

В разделе 1 3 описывается интегральная форма метода осреднения как численного метода Отмечается, что осредненные дифференциальные уравнения переноса излучения представляют собой балансовые соотношения для объема бесконечно малого по сравнению с длинами свободного пробега фотонов, а определяемые в рамках дифференциальных уравнений коэффициенты осреднения входящие в осредненные уравнения, являются характеристиками этого оптически тонкого объема При численном решении необходим корректный переход от дифференциальных уравнений переноса к их конечно-разностным аналогам, описывающим поглощение и испускание излучения объемом расчетной ячейки

конечных размеров в условиях как малых, так и больших его оптических толщин, обеспечивающим точность решения радиационной задачи на газодинамической разностной сетке Удовлетворяющие этому требованию численные схемы для сферической и цилиндрической симметрии строятся следующим образом

Из решения разностных уравнений газовой динамики получаем средние на расчетную ячейку значения плотности р|+1,2 и температуры Т1т1/2, которые приписываются центру

г г

ячейки с эйлеровой координатой = —, где Г, - координата границы между (1-1)-

ой и 1-ой ячейками Затем находится точное решение уравнения переноса излучения для всех лучей, пересекающих 1-ую ячейку, и для аппроксимационного профиля функции источника излучения кеВЕ, где кЕ=ке(р,Т) - линейный спектральный коэффициент поглощения фотонов энергии 8, исправленный на вынужденное испускание, Вр = 711 Ер, 18р(Т) - равновесная интенсивность излучения Это решение интегрируется по углам и энергиям фотонов в пределах заранее выбранных интерватов (групп) изменения энергий фотонов В результате находится искомая система осреднённых разностных уравнений переноса излучения относительно односторонних лучистых потоков, в которую входят функции, описывающие зависимость поглощения и испускания излучения расчетной ячейкой от ее геометрической формы (параметра у, = (г1+1 — Г,)/Г1+,), оптических свойств

вещества ячейки (Х1Р(р1+1/2,Ть1/2) и х'! (р1г1/2, Т+ш) - планковской и росселандовой оптических толщин ячейки), а также от безразмерных интегральных коэффициентов осреднения 01,^,41>СХ1,а,,77, характеризующих угловое распределение и спектральный состав падающего на ячейку и испускаемого ею излучения

Разностные осредненные уравнения переноса излучения для плоского слоя можно получить, если в уравениях для сферического слоя перейти к пределу Г, —> +оо, у 1 —» О при фиксированном значении Дг, = г1+1 — г,

Показано, что из осредненных разностных уравнений следует выражение для

Р к

мощности потерь энергии ячейкой в приближении объемного высвета при X, , х, «1,

выражение для плотности потока излучения в приближении лучистой теплопроводности при Р я

Х1 , Х1 »1 Есчи в осредненных разностных уравнениях переити к пределу при Г Г

Г1 > г.+1 ~^ г = ~— '""' > то в результате получим осредненные дифференциальные уравнения переноса излучения, причем интегральный коэффициент сферичности (цчлиндричности)

в, —> О, интегральные коэффициенты искажения спектра ^ —>Ъ,±, коэффициенты

а^а,,^^—>1 Интегральные коэффициенты осреднения с,1,сс1,&1,у;ь не имеют дифференциальных аналогов, их нельзя определить в рамках дифференциальных уравнений переноса

Во время решения спектральных РГД-задач осредненные разностные уравнения переноса излучения используются следующим образом Совместно с разностными уравнениями газовой динамики решается система осредненных разностных уравнений переноса изтучения Значения коэффициентов осреднения а,, , , описывающих испускание ячейками собственного излучения (с учётом реабсорбции), вычисляются с помощью табличных функций а, = а(р1+1/2,Т1+]/2,Х,Р,у,), а, = а(р,+1/2,Т,+|/2.Х^у,), 77 = у±(р,^1/2 ,Т1+1/2, Х^, у,), таким образом точно учитывается лучеиспускание каждой ячейкой разностной сетки Табличные функции а(р,Т,ХР,у), а(р, Т, ХР,у), у±(р,Т,ХК,у) четырех независимых переменных рассчитываются до решения РГД-задачи Параметрами системы осредненных разностных уравнений переноса являются безразмерные коэффициенты осреднения в,, £,7, , характеризующие отличие истинных направленности и спектрального состава падающего на ячейку излучения от опорного изотропного лланковского спектра, соответствующего температуре вещества ячейки Эти параметры находятся в моменты осреднения путем решения разностных уравнений переноса спектрального излучения вдоль заданных лучей, а в промежутках между осреднениями их зависимость от главной переменной, от которой в наибольшей степени зависят коэффициенты осреднения, «замораживается» Применяется пересчет по времени, позволяющий дополнительно учесть изменение коэффициентов осреднения со временем при фиксированных значениях главной переменной Сравнение этих параметров в последовательные моменты осреднения при одинаковых значениях главной переменной, дает объективную оценку необходимой частоты проведения осреднений Удачный выбор главной переменной, отвечающей специфике конкретной задачи, существенно уменьшает объем вычислений, сокращая число осреднений При таком способе численного решения можно изменять разностную сетку в промежутках между осреднениями в соответствии с особенностями газодинамической задачи Численная схема решения является сходящейся при увеличении частоты осреднений результат вычислений стремится к точному решению спектральных уравнений переноса излуения для аппроксимационного профиля функции источника изчучения, построенного на газодинамической разностной сетке с ячейками любой оптической толщины

Во второй главе метод осреднения уравнений переноса излучения применяется для численного моделирования метеорных явлений в атмосфере В разделе 2 1 дается описание метеорного явления, выписывается система основных уравнений физической теории метеоров уравнение торможения метеороида, уравнение потери массы мегеороидом и уравнение светимости метеора Параметрами этой системы уравнений являются безразмерные коэффициенты сопротивчения С0, тептопередачи Сн и светимости Т, которые характеризуют среднестатистический ход процессов, протекающих при вторжении в атмосферу метеорных тел, отшичающихся друг от друга по форме, химическому составу и структуре Если известны значения коэффициентов С0 и Сн или коэффициента абляции 0аь = СН/2СПХ.„Ь СХаЬ — удельная теплота абляции испарения, плавления, дробления, распыления) вдоль траектории метеороида, интегрируя уравнения торможения и потери массы метеороидом, можно определить так называемую динамическую массу метеорного тела в момент входа его в атмосферу Если известны значения коэффициента светимости т и зависимость силы света метеора от времени (кривая блеска метеора), то интегрированием уравнения светимости определяется фотометрическая масса метеорного тела Динамическая и фотометрическая массы могут значительно (на несколько порядков) отличаться Чтобы повысить точность оценки начальной массы метеороида необходимо использовать теоретический анализ, сочетающий динамический и фотометрический методы, причем значения коэффициентов С0 Сн, <таЬ, т должны быть взаимно согласованными, те получены в рамках одной теоретической модели

При взаимодействии болидообразующих тел с атмосферой ведущим процессом, по отношению к которому остальные играют подчинённую роль, является перенос излучения Для современной физики метеорных явлений не требуется высокая точность определения течения газа около метеорною тела, форма и структура которого неизвестны В этой связи представляют интерес упрощенные теоретические модели основанные на решении одномерных задач, но тем не менее позволяющие получать поля газодинамических величин близкие к реальным и при этом бочее точно и менее трудоемко, чем при решении двумерных и тем более трехмерных задач, оценивать характеристики излучения и параметры абляции метеороида Такая теоретическая модель для описания болидов, получившая название "Модель аблирующего поршня", представлена в разделе 2 2 За основу построения модели взята аналогия нестационарного движения, генерируемого расширяющимся цилиндрическим поршнем, и гиперзвукового стационарного обтекания осесимметричного затутенного тела (Черный, 1959, Хейз, Пробсшн, 1962) Решение задачи об аблирующем поршне состоит из трех этапов На первом этапе рассматривается движение поршня в воздухе с плотностью, равной плотности атмосферы на высоте Ь , со скорое гью, равной скорости метеороида Уь,

от начального радиуса, равного характерному радиусу метеороида Я ь, до конечного радиуса , при этом поршень совершает работу, равную работе сил торможения

метеороида на единицу длины траектории на высоте Ь в атмосфере На втором этапе поршень неподвижен до момента времени, равного 2К.Ь / Уь На третьем этапе рассматривается дальнейшее развитие возмущения в отсутствие поршня Первый этап моделирует процессы перед лобовой поверхностью метеороида, второй - у боковой поверхности метеороида, третий - в метеорном следе Движение поршня соответствует гипотетическому телу цилиндрической формы с затуптенным коническим носом, радиусом передней кромки тела К ь , длиной носа 0 4 К. ь , радиусом цилиндрической части К т, длиной тела 2ЯЬ, площадью миделева сечения тела 8т = тсК.^ и массой

Мь =3 8рь7сК£, где рь~ плотность вещества метеороида и поршня Скорость потерь массы метеороидом и коэффициент светимости т находятся из решения задачи о поршне В физической модели аблирующего поршня учитывается нагрев, плавление и испарение вещества поршня, теп топроводность в конденсированном веществе сдув жидкой пленки, тепловое излучение паров и воздуха, газодинамические процессы в парах и в воздухе, различие между температурой поступательного движения подсистемы тяжелых компонент газа (молекул, атомов и ионов) и электронно-колебательной темпера-^рой излучающей подсистемы газа (электронов), обмен энергией между этими подсистемами, переменные химический и ионизационный состав и населенность энергетических уровней в соответствии с электронной температурой, электронная теплопроводность в парах и воздухе Расчеты проводились для железных и Н-хондритных метеороидов Использовались таблицы термодинамических и оптических свойств паров железа и Н-хондрита, составленные И Б Косаревым, и таблицы термодинамических (Кузнецов, 1965) и оптических (Авичов, Биберман и др, 1970, Романов и др, 1993) свойств воздуха Таблицы спектральных коэффициентов поглощения излучения содержат =10000 для паров железа и «20000 для паров Н-хондрита неравномерно расположенных точек по энергиям фотонов, что обусловлено необходимостью как можно тщательнее учесть многочисленные линии

В разделе 2 3 представчены результаты расчетов по модели аблирующего поршня коэффициентов теплопередачи, абляции и светимости, спектров излучения для железных и Н-хондритных метеороидов при следующих значениях параметров К.ь=0,1, 1, 10м, Уь^10, 15, 20, 30, 50 км/с, Ь=20, 30, 40, 50 км Показаьо, что коэффиценты теплопередачи Сн и абляции стаЬ для Н-хондрита меньше, чем для железа, и это обусловлено тем, что во-первых при одном и том же давлении в парах с температурой несколько тысяч градусов экранирующие свойства паров Н-хондрита от излучения, испускаемого ударно-сжатым

высокотемпературным споем воздуха, сильнее, чем паров железа, во-вторых, потери масссы с поверхности железного метеороида в результате сдува жидкой пленки больше, чем у Н-хондритного метеороида Доля потерь массы, обусловленная сдувом жидкой пленки, возрастает с высотой полета и уменьшением скорости и размера метеороида Величины коэффициента теплопередачи Сн в 10-30 раз больше, чем полученные в расчетах абляции для гладких тел сферической формы с теплозащитным покрытием, специально создаваемом для уменьшения расхода массы с поверхности тел, и без учета плавления тел и сдува жидкой пленки (Биберман, Бронин, Брыкин, 1979, 1980) Расчетные значения сгаЬ находятся в пределах эмпирических значений коэффицентов абляции (Бронщтэн, 1981, ReVelle, 1979,1980, Ceplecha, 1993,1995) Исследован спектральный состав излучения, распространяющегося на большие расстояния от возмущённой области i азодинамические и радиационные параметры которой неоднородны Показано, что пары переизлучают в более мягком спектре, чем спектр изчучения горячего воздуха, значительно увеличивая потоки излучения в спектральном диапазоне прозрачности холодного воздуха Спектры на высоте 50 км являются линейчатыми С увеличением размера метеороида и глубины проникновения в атмосферу возрастает роль континуума и ослабевает роль спектральных линий Теоретические спектры весьма отличаются от спектра абсолютно чёрного тепа с температурой 6000 К, который использовался для анализа импульсов излучения, зарегистрированных спутниковой системой наблюдения (Tagliaferri, Spalding, Jacobs et al, 1994) Отмечено, что метеорный след играет главную роль в излучении болида Светящийся след имеет огромный объем, его поперечные размеры, соответствующие максимуму яркостной температуры в панхроматической области спектра, в 2-3 раза бочьше характерного размера метеорного тела, а длина состав тает примерно 1000 калибров тела Рассчитаны коэффициенты светимости в панхроматической полосе пропускания оптических инструментов Прерийной (США) и Европейской фотографических сетей наблюдения (энергия фотонов 8 в диапазоне 1,88-3,44 эВ) и в области чувствительности фотоэлектрических датчиков спутниковой системы наблюдений (8=1,1-3,1 эВ) Отмечено значительное разтачие в значениях эффективности излучения, найденных для различных спектральных диапазонов

Рассчитанные по модели аблирующего поршня таблицы скорости абляции и изтучательной эффективности метеороидов испочьзовались коллегами диссертанта для оценки параметров внедряющихся в атмосферу космических тел, зарегистрированных наземными и спутниковыми системами наблюдения Зависимость числа падений космических тел в год от их энергии в области энергий 0,5—2ктТНТ, полученные с исползованием данных спутниковых наблюдений и рассчитанных диссертантом коэффициентов теплопередачи, абляции и светимости, согласуется с оценками,

полученными по данными акустических наблюдений (Brown, Spalding, ReVelle et al, 2002) и путем проведения степенной интерполяции данных по небольшим метеороидам и числу лунных кратеров (Shoemaker, 1983)

В разделе 2 4 проводится сравнение теоретических спектров с наблюдаемыми спектрами болида Бенешов (EN070591 BENESOV, вошёл в атмосферу под углом 9 к вертикали со скоростью 21 км/с) - одного из наиболее ярких и интересных болидов Болид, в частности, характеризуется тем, что его чисто динамическая масса (Ceplecha, Spurny, Borovi с ka, Keclikova, 1993, Барри, Стулов, 2003) на два порядка меньше фотометрической массы, оцененной наблюдателями этого болида Боровичкой и Спурны в 5000-13000 кг (Borovi cka, Spurny, 1996) Теоретический анализ (Borovi cka, Nemtchinov et al, 1998), сочетающий динамическую модель прогрессивной фрагментации с фотометрической моделью, использующий рассчитанные в диссертации значения коэффициентов абляции и светимости для Н-хондритных метеороидов, позволил подобрать сценарий, согласно которому наблюденные стадии фрагментации метеороида на высотах 42 км, 38-31 км и 24 км дополняются ещё одной метеороид должен был фрагментировать на 10-30 кусков массой 100-300 кг уже на высотах 60-50 км и эта ранняя фрагментация не была зарегистрирована при наблюдениях Расчеты по этому сценарию смопи воспроизвести динамику и светимость болида достаточно хорошо с наилучшей оценкой начальной массы метеороида 3000-4000 кг при плотности 2 г/см3 Сравнение теоретических и наблюдаемых спектров, проведенное в диссертации, также подтверждает этот сценарий Зарегистрированные при наблюдениях спектры соответствуют высотам h =63,5 км, 40 км и 24,5 км Теоретические спектры рассчитывались для h =60, 40 и 25 км Показано, что как теоретические, так и наблюдаемые спектры излучения состоят из атомных эмиссионных линий, молекулярных полос и непрерывного излучения Все учтенные в расчетах молекулярные полосы и атомные линии присутствуют и в наблюдаемых спектрах Теоретические и наблюдаемые спектры согласуются по форме вполне удовлетворительно (см, например, рис 1) В теоретических спектрах полосы MgO более интенсивны, а линии Fe I, напротив, менее интенсивны, чем в наблюдаемых спектрах На высотах выше 60 км разрушение метеороида не произошло Теоретическая длина излучающего объема равна 2 км, при этом интегральная интенсивность излечения в диапазоне длин волн 4500-6600 А пропорциональна R^ Если кроме того учесть, что интенсивность излучения пропорциональна плотности воздуха, то из рис 1 следует, что наблюдаемый спектр соответствует в теоретической модели аблирующего поршня гипотетическому метеорному телу с Rb =0,5-0,6 м, массой Мь =3000-5000 кг при плотности 2 г/см3, что согласуется с динамическои массой болида Наблюдаемый спектр на высоте 40 км соответствует

теоретическому спектру дня 10 одинаковых фрагментов массой 600 кг (R ь - 0,3 м) и суммарной массой фрагментов 6000 кг, что примерно в 2 раза больше оценки динамической массы болида. Возможно, болид на этой высоте состоял из большего числа фрагментов меньшего радиуса. Наблюдаемый спектр на высоте 24,5 км может быть формально объяснён свечением 180 одинаковых фрагментов, каждый массой 24 кг (Rb=0.1 м) и суммарной массой 4000 кг, что больше динамической массы на этой высоте, оценённой в 1500 кг.

Указанные различия могут быть объяснены тем, что пары в теоретической модели имеют меньший объём и более низкую температуру, чем в реальности. Наблюдаемые спектры сфотографированы со стороны головы болида, поэтому регистрируемый спектр из-за этого геометрического фактора формируется в большей степени высокотемпературной областью головы болида и в меньшей степени низкотемпературным метеорным следом. В теоретических осреднёкных по направлениям спектрах вклад различных областей болида, имеющих различные температуры, учитывается с одинаковыми весами. Другая причина различий может состоять в том, что в теоретической модели аблирующего поршня не учтены процессы турбулентного переноса, увеличивющие объём и температуру паров.

Рис. 1 Сравнение наблюдаемого спектра болида Бенешов на высоте 63,5 км и теоретического спектра для Н-хондритного метеороида при Яь=0,3 м, К =60 км и V,, =20 км/с: тонкая линия — теоретический спектр: толстая линия — сглаженный теоретический спектр с помощью функции, характеризующей разрешающую способность регистрирующей аппаратуры; линия с точками - наблюдаемый спектр.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию лабораторной плазмы В разделе 3 1 метод осреднения уравнений переноса излучения, представленный в гл 1, применяется для решения спектральных задач лазерной плазмы Рассматривается воздействие лазерного излучения инфракрасного диапазона на непрозрачную преграду в вакууме, в резу чьтате которого у поверхности преграды возникает плазма разлетающихся эрозионных паров Если геометрическая тотщина паров становится сравнимой с характерным размером облучаемого пятна, из-за расширения в боковом направлении устанавливается самосогласованный режим разлета и нагрева паров (Немчинов, 1967), при котором 1азодинамические и радиационные параметры поддерживаются лазерным излучением на квазистационарном уровне С помощью оценок в диссертации показано, что в условиях стационарного режима разлета и нагрева паров высокотемпературная лазерная плазма (кТе»8, , Те - электронная температура, Еь - энергия лазерных фотонов) является оптически прозрачной для собственного тормозного и рекомбинационного излучения, при этом основной вклад в высвечиваемую энергию вносят фотоны с энергией Б, превышающей текущий потенциал ионизации вещества, т е плазма в основном переизлучает в вакуумном ультрафиолете или рентгене Тормозные и фоторекомбинационные процессы, протекающие в лазерной плазме с характерным размером меньше 1 см, не обеспечивают высокую эффективность преобразования подводимой к плазме энергии излучения ССЬ-лазера (8^=0,116 эВ) при плотностях потока лазерного излучения на преграде Чи)5*!^ МВт/см2, а также излучения Ш-лазера (8Ь=1,16 эВ) при пчотностях потока Чьо5"' ГВт/см'' в энергию собственного теплового излучения плазмы Нагреваемая излучением СОг-лазера плазма светит в непрерывном спектре слабее, чем для случая >М-лазера В условиях оптической прозрачности плазмы в непрерывном спектре важную роль в потерях энергии играет перенос излучения в линиях Используя подробные таблицы реальных оптических свойств алюминиевой плазмы, показано, что лазерная плазма в среднем оптически прозрачна, однако для нее существенна реабсорбция излучения в линиях, крылья которых вносят основной вклад в высвечиваемую энергию

При численном моделировании лазерной плазмы рассматривается нестационарная сферически-симметричная РГД-задача о действии лазерного излучения на непрозрачную преграду в вакууме В постановке задачи учитывается плавление и испарение преграды, газодинамические процессы в эрозионной плазме, отрыв электронной температуры испускающей излучение подсистемы газа от температуры теплового движения тяжёлых компонент газа (молекул, атомов, ионов) обмен энергией между этими подсистемами,

переменные химический и ионизационный состав и населённость энергетических уровней в соответствии с электронной температурой, электронная теплопроводность, поглощение лазерного излучения, его отражение от поверхности конденсированного вещества и от поверхности в плазме с критической для лазерного излучения концентрацией свободных электронов, испускание и поглощение плазмой собственного теплового излучения. Инициирование плазмы определяется с помощью теоретической модели "вспышки" [I ¡-14], разработанной диссертантом, но детально не описанной в диссертации. Указанная модель включает поглощение лазерного излучения в парах, образованных испарением нагретых преимущественным образом теплоизолированных микродефектов на поверхности преграды.

Результаты исследования алюминиевой лазерной плазмы представлены на рис. 2. Видно, что в диапазоне значений С( =10— Т О3 МВт/см2 плазма ССЬ-лазера переизлучает эффективнее, чем плазма М-лазера. Максимум коэффициента конверсии ^г=75 % лазерного излучения в излучение плазмы достигается для СОг-лазера при ц1_0=700 МВт/см2. При Чьо>' ГВт/см2 имеет место значительное уменьшение что связано с большой разницей в величинах 3-го (28 эВ) и 4-го (120 эВ) потенциалов ионизации атомов алюминия.

/

Щи 0.8

0,6 -

0,4

0.3

О

101

10'

Чю* см*

Рис. 2. Зависимость коэффициента конверсии С,г лазерного излучения в тепловое излучение алюминиевой плазмы в стационарном режиме от интенсивности излучения на

поверхности преграды радиусом Г(1 = 1 см для ССЬ-лазера (крестики) и 1Чс1-лазера (кружки).

Чтобы увеличить коэффициент конверсии лазерного излучения в ВУФ излучение лазерной плазмы, счедует использовать мишени из химических элементов с высоким атомным весом, обладающих большим числом спектральных линий Приводится пример расчёта задачи для висмутовой мишени

Предсказанная теорией высокая эффективность преобразования энергии лазерного излучения инфракрасного диапазона в энергию теплового излучения лазерной плазмы в диапазоне жесткого ультрафиолета и мягкого рентгена получила подтверждение в экспериментах с СОг-лазером [19], в экспериментах с Nd-лазером [17] Расчеты, проведенные для условий экспериментов с Nd-лазером, показывают хорошее согласие в экспериментальных и расчетных формах импульсов излучения в ВУФ и рентгеновской областях спектра [20]

В разделе 3 2 рассматриваются пылевые ионно-звуковые уДарно-волновые структуры Для их описания развита эволюционная теоретическая модель, включающая в себя гидродинамические ионы, больцмановские электроны, пылевые частицы с переменным электрическим зарядом, и учитывающая вчияние процессов ионизации, погчощения электронов и ионов и потери импульса ионов на пычевых частицах, газодинамическое давление ионов, а также влияние специфических, свойственных лабораторным экспериментам, процессов Показано, что в рамках данной модели удается описать все основные экспериментальные результаты (Luo Q -Z, D'Angelo N , Merlino R L , 1999, Nakamura Y , Ballung H, Shukla P К , 1999) по пылевым ионно-эвуковым ударным волнам, а именно 1) тот факт, чю пылевые ионно-звуковые ударные волны формируются лишь при достаточно больших значениях концентрации пыли, 2) соответствие ширины фронта теоретической оценке (Popel S 1 , Yu М Y , Tsytovich V N , 1996) Ас ~ Мс, / vq, где Mcs -

скорость ударно-волновой структуры, М - число Маха, Cs - скорость ионного звука, V -

частота зарядки пылевых частиц, 3) существенный рост скорости пылевых ионно-звуковых ударных волн с ростом концентрации пыли, 4) подавление пылью осцилляций на профиле ударных волн, обусловленных раздечением зарядов (электронов и ионов)

Рассмотрены эффекты, обусловленные взаимодействием солнечного излучения и пылевой плазмы ионосферы Земли на высотах 500-600 км Исследован случай эволюции интенсивной начальной неподвижной области с повышенной плотностью ионов ("ступеньки") Показано, что эволюция такого достаточно интенсивного возмущения может приводить к появлению ударной волны ширина которой состав чяет примерно 2 км Вместе с волной сжатия возникает волна разрежения Наличие волны разрежения приводит, в конце концов, к разрушению ударно-волновой структуры Отмечается возможность наблюдения найденного вида ударных волн в активных ракетных экспериментах, построенных по схеме экспериментов Fluxus-1 и Fluxus-2, которые подразумевают выброс газообразного вещества

в виде высокоскоростых плазменных струй в ионосферу на высотах 500-600 км При этом пылевые частицы формируются в результате конденсации вешества струи при ее интенсивном расширении

В заключении приводятся основные результаты и выводы диссертации

1 Разработан новый численный метод решения уравнений переноса излучения применительно к средам, одновременно оптически тонким для излучения одних длин волн и оптически толстым для излучения других длин волн, позволяющий эффективно и корректно находить численное решение одномерных РГД-задач с подробным учетом углового и сложного спектрального состава изчучения на переменных газодинамических разностных сетках с ячейками любой оптической толщины Этим методом решены представленные в диссертации РГД-задачи, ранее не поддававшиеся численному решению другими методами

2 Разработана новая теоретическая модель болида, получившая название модель аблирующего поршня, на основе которой впервые получены следующие результаты Рассчитаны взаимно согласованные коэффициенты теплопередачи, абляции и светимости, спектральные характеристики изчучения для железных и Н-хондритных метеороидов в диапазоне их размеров 0,1-10 м, скоростей 10-50 км/с и высот полета 20-50 км Показано, что коэффициенты теплопередачи и абляции для железных метеороидов больше, чем для Н-хондритных метеороидов Показано, что значительный вклад в светимость болида вносит протяженный метеорный стед размером до 1000 калибров метеорного тела Показано, что коэффициенты светимости в спектральной полосе пропускания оптических инструментов Прерийной (США) и Европейской фотографических сетей значительно отличаются от коэффициентов светимости в спектральной области чувствительности фотоэлектрических датчиков спутниковой системы наблюдений Показано, что теоретические спектры болида Бенешов согласуются с зарегистрированными при наблюдениях спектрами этого яркого болида, динамикой и фрагментацией метеорного тела

3 Разработана теоретическая модель лазерной плазмы в вакууме, с помощью которой впервые показано, что эрозионная плазма размером 0 1-1 см, образованная действием на преграду в вакууме лазерного излучения инфракрасного диапазона с умеренной плотностью потока энергии Ю7-1010 Вт/см2, интенсивно переизтучает в крыльях спектральных линий с высоким коэффициентом конверсии (30- 75 %) энергии лазерного излучения в энергию теплового излучения плазмы в диапазоне вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена, алюминиевая плазма, поддерживаемая излучением СОг-лазера с плотностью потока энергии 10Т— 109 Вт/см2, пеоеизлучает сильнее, чем в случае Ш-лазера, для увеличения коэффициента конверсии лазерного изчучения в ВУФ излучение лазерной плазмы следует использовать мишени из химических элементов с высоким атомным весом, обладающих большим числом спектральных линий Предсказанные теорией результаты получили подтверждение в лабораторных экспериментах с СОг- и Ыс1-лазерами

4 Впервые с помощью разработанной численной эволюционной модели пылевой плазмы описан процесс эволюции возмущения в пылевой плазме и его трансформация в нелинейную ионно-звуковую ударно-волновую структуру применительно к условиям лабораторных экспериментов с пылевой птазчой в (З-машине и в двойном плазменном приборе Предсказано, что в резу тьтате взаимодействия солнечного излучения и пьпевой плазмы ионосферы Земли на высотах 500-600 км могут возникать пылевые ионно-звуковые ударные волны с шириной фронта 2 км

Укажем теперь на возможные направления продолжения исследований, выполненных в диссертации Представляет интерес рассмотрение метеорных явлений в полном объеме, что включает в себя изучение РГД процессов в метеорном следе с учетом турбулентного переноса вещества, связанного с двумерным характером движения плазмы, переносом излучения и формированием в метеорном следе нано- и микромасштабных пылевых частиц, приобретающих электрические заряды Таким образом, в данной постановке объединяются в одной задаче процессы, рассмотренные по отдечьности в диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1 Голубь А П Конечно-разностная аппроксимация для осреднённых уравнений переноса излучения / Институт физики Земли АН СССР, М , 1978 // Рукопись деп в ВИНИТИ 24 11 78 , № 282-79 Деп - 17 с

2 Г олубь А П Численная схема решения осредненных уравнений переноса излучения для сферически-симметричных газодинамических задач / Институт физики Земли АН СССР, М , 1979 // Рукопись деп в ВИНИТИ 30 03 79 , № 1491 -79 Деп - 28 с

3 Голубь А П Численный метод решения уравнений переноса излучения для цилиндрических задач радиационной газовой динамики / Институт физики Земли АН СССР, М , 19801.1 Рукопись деп в ВИНИТИ , № 2821-80 Дер - 21 с

4 Голубь А П Численный метод решения уравнений переноса излучения в одномерных задачах радиационной газовой динамики // Журнал вычислительной математики и математической физики - 1983 - Т 23 № I -С 142-151

5 Голубь А П Осреднение уравнений кинетики и переноса излучения в одномерных задачах неравновесной радиационной газодинамики // Журнал прикладной спектроскопии - 1991 - Т 54 № 2 - С 337 / Рукопись деп в ВИНИТИ 04 12 90, № 6094-В 90 - 28 с

6 Голубь А П Метод осреднения уравнений кинетики и переноса излучения для решения одномерных задач неравновесной радиационной газодинамики // Журнал вычислительной математики и математической физики - 1992 - Т 32 № 6 - С 987-988 / Рукопись деп в ВИНИТИ 28 01 92 , № 264-В92 - 26 с

7 Голубь АП, Косарев ИБ, Немчинов ИВ, Шувалов В В Излучение и абляция крупного метеороида при его движении сквозь атмосферу Земли // Астрономический вестник - 1996 -Т 30 №3 - С 213-228

8 Голубь А П , Косарев И Б , Немчинов И В , Попова О П Спектры излучения ярких болидов//Астрономический вестник - 1997 -Т 31 № 2 - С 99-112

9 Nemtchmov I V , Svetsov V V , Kosarev I В , Golub' АР et al Assessment of kinetic energy of meteoroids detected by satellite-based light sensors // Icarus - 1997 - V 130 №2 -P 259-274

10 BoroviCka J . Golub'A P , Kosarev I В , Nemtchmov I V, Ророла О P Bolides produced by impacts of large meteoroids into the Earth's atmosphere comparison of theory with observations II Bene S ov bolide spectra // Astronomy and Astrophysics - 1998 -V 337 -P 591-602

11 А П Голубь, И Э Маркович, И В Немчинов, А И Петрухин, В А Рыбаков, Ю Е Плешанов Исследование нестационарного процесса разогрева и испарения металла и образования поглощающего слоя плазмы под действием лазерного излучения - Институт физики Земли АН СССР, М , 1979 // Рукопись деп в ВИНИТИ 23 07 79 , № 3300-79 Деп - 75 с

12 Голубь АП , Немчинов И В Образование плазмы при воздействии импульса излучения СОг-лазера на алюминиевую преграду // Квантовая электроника - 1980 - Т 7 № 1 -С 209-211

13 Голубь А П, Немчинов ИВ О времени возникновения плазмы при воздействии лазерного излучения различных длин both на алюминиевую преграду в воздухе // Квантовая электроника - 1980 - Т 7 №8 -С 1831-1834

14 А П Голубь, И В Немчинов, А И Петрухин Ю Е Плешанов, В А Рыбаков Испарение металлов импульсом лазерного излучения и образование экранирующего слоя // Журнал технической физики -1981 -Т 51 №2 - С 316-323

15 Голубь А П Расчет разлета в вакуум излучающей алиминиевой плазмы, нагреваемой излучением С02-лазера, методом осреднения уравнений переноса // Журнал прикладной спектроскопии - 1986 - Т 46 - С 506 / Рукопись деп в ВИНИТИ 09 06 86 , Х° 8066-В86 - 14 с

16 Голубь АП, Добкин АВ, Немчинов ИВ Тепловое излучение лазерной плазмы // Известия АН СССР Серия физическая - 1988 -1 52 № 9 - С 1817-1825

17 Баянов ВИ, Голубь АП , Горбунов В А, Крыжановский ВИ, Рыбаков В А, Соловьев НА Влияние параметров лазерного импульса на радиационно-газодинамические характеристики плазмы при облучении металлов в вакууме // Известия АН СССР Серия физическая -1989 - Т 53 № 3 - С 480-485

18 Голубь А П , Немчинов И В Лазерная плазма в вакууме как интенсивный источник УФ излучения//Инженерно-физический журнал - 1990 - Т 59 № 1 -С 51-61

19 Васьковский Ю М, Головин А Ф , Голубь А П , Земцов С С , Коренев А С , Немчинов И В , Ровинский Р Е, Федюшин Б Т Излучение плазмы, созданной при действии импульса СО2-лазера на мишень в вакууме // Квантовая электроника - 1990 - Т 17 № 10 - С 1310-1314

20 Голубь А П , Михайлов С Б , Рыбаков В А , Суханов Т Я Энергетические, временные и пространственные характеристики излучения лазерной плазмы в ВУФ области спектра //Квантовая этектроника -1994 -Т 21 №3 -С 263-267

21 Попеяь С И , Голубь А П , Лосева Т В , Бингхем Р , Бенкада С Формирование ударных структур в пылевой плазме//Физика плазмы -2001 -Т 27 №6 - С 483-490

22 Попель С И, Гиско А А, Голубь А П , Лосева Т В , Бингхем Р О влиянии электромагнитного излучения на формирование ударно-волновых структур в комплексной плазме//Физика плазмы -2001 -Т 27 №9 - С 831-840

23 Попель С И , Голубь А П , Лосева Т В Пылевые ионно-звуковые ударно-волновые структуры теория и лабораторные эксперименты // Письма в ЖЭТФ - 2001 — Т 74 №7 - С 396-401

24 Попель С И , Андреев С Н , Гиско А А , Голубь А П , Лосева Т В Диссипативные процессы при распространении пылевых ионно-звуковых нелинейных возмущений // Физика плазмы -2004 - Т 30 №4 - С 314-329

Отпечатано в типографии ООО «Гипрософт» г Москва, Ленинский пр-т, д 37А Тираж 100 экз Подписано в печать 14 09 07 г

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Голубь, Анатолий Петрович

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОД ОСРЕДНЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РАДИАЦИОННОЙ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ

1.1. Обзор методов решения спектральных радиационно-газодинамических задач

1.2. Метод осреднения в дифференциальной форме

1.3. Метод осреднения в интегральной форме

2. МЕТЕОРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ

2.1. Основные уравнения физической теории метеоров

2.2. Модель аблирующего поршня

2.3. Коэффициенты теплопередачи, абляции и светимости для железных и Н-хондритных метеороидов. Спектры излучения ярких болидов

2.4. Спектры болида Бенешов

3. РАДИАЦИОННО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЛАБОРАТОРНОЙ ПЛАЗМЕ

3.1. Лазерная плазма в вакууме как интенсивный источник

УФ излучения

3.2. Пылевые ионно-звуковые ударно-волновые структуры

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретические модели радиационных и гидродинамических процессов в метеорных явлениях, лазерной и пылевой плазме"

Объектами теоретического исследования в диссертации являются метеорные явления, лазерная и пылевая плазма.

Метеорная материя играет важную роль в теориях происхождения и эволюции Солнечной системы. Наблюдения за движением метеорных тел в атмосфере дают сведения о строении верхних слоев атмосферы и ветровом режиме, господствующем на этих высотах. Метеорное вещество вносит свой вклад в процессы возбуждения и ионизации атомов и молекул воздуха. Метеорный ионизованный след используется как отражетель радиоволн для установления радиосвязи в ультракоротковолновом диапазоне.

Космические тела размером 1-10 м наименее изучены из всех малых тел Солнечной системы. Они вызывают в атмосфере возникновение очень ярких метеоров (болидов). Несколько таких крупных метеороидов, двигающихся в следе лидирующего метеороида, могут достигнуть поверхности Земли и в этом случае представляют так называемую астероидно-кометно-метеоритную опасность.

Для сбора информации о притоке метеорного вещества на Землю был создан ряд болидных сетей в США, Канаде и Европе. В последние годы к числу наблюдательных сетей добавилась глобальная спутниковая система, охватывающая всю Землю, представляющая собой несколько геостационарных спутников, снабжённых фотометрическими датчиками. Спутниковой сетью за 8 лет (1994-2002 г.) было зарегистрировано более 300 вспышек излучения, ассоциированных с входом метеороидов, имеющих энергию в среднем порядка 1 кт ТНТ, с максимальной энергией примерно 40 кт ТНТ, т.е. по масштабу речь идет о явлениях с энергией, сопоставимой с энергией ядерного взрыва.

Наблюдения метеора позволяют определить его траекторию, скорость, интенсивность и спектр испускаемого излучения. С помощью физической теории метеоров, используя данные наблюдений, определяются начальные (до вхождения в атмосферу) размер и масса космического тела, порождающего метеор. В этой связи новая теоретическая модель болида, представленная во второй главе диссертации, позволяющая оценивать абляцию метеороида, излучение и газодинамические характеристики метеорного следа, представлят собой несомненный интерес.

После создания мощных лазеров началось интенсивное использование их в опытах по взаимодействию лазерного излучения с веществом, открылся ряд новых направлений в исследованиях по физике плазмы, в том числе для лабораторного моделирования процессов в атмосферной и космической плазме. Основой для применения данного метода исследований послужила возможность формирования лазерной плазмы «бесконтактным» способом в очень широком диапазоне параметров и различных конфигураций. Исследуемые в подобных опытах процессы связаны с такими явлениями взрывного характера как генерация ударных волн в солнечном ветре под действием солнечных вспышек или при движении комет, взаимодействие потоков вещества и излучения в сильно возмущённой атмосфере, например, при метеорных явлениях или при активных ракетных экспериментах. Использование лазерного излучения является одним из наиболее удобных способов лабораторного моделирования неравновесной ионизации в атмосфере, когда необходимо обеспечить возможность исследования газодинамических и ионизационно-релаксационных процессов в воздухе пониженной плотности с внесением в него регулируемого количества примесей различных химических элементов. В диссертации в третьей главе в разделе 3.1 лазерная плазма в вакууме рассматривается как эффективный и мощный источник ионизирующего излучения.

В нижней части ионосферы Земли на высотах 80-95 км наблюдаются слоистые структуры, известные как серебристые облака и полярные мезосферные радиоотражения. Эти структуры обусловлены наличием в них большого количества электрически заряженных пылинок и аэрозоля. Пылевые частицы присутствуют также в магнитосфере Земли, в межзвёздной среде. Пылевая плазма возникает и при активных ракетных экспериментах в атмосфере с использованием высокоскоростных струй взрывных генераторов в результате конденсации интенсивно расширяющегося вещества струи. В пылевой плазме появляются новые пространственные и временные масштабы, новые типы волн и неустойчивостей, связанные с электрической зарядкой пылинок. Исследованию пылевой плазмы в настоящее время уделяется большое внимание. Благодаря лабораторным экспериментам, которые интенсивно проводились за последние 15 лет, понимание процессов, происходящих в пылевой плазме, значительно улучшилось. Представляется принципиально важной разработка теоретических моделей пылевой плазмы, адекватность реальности которых определяется тем, насколько хорошо они описывают лабораторные эксперименты. Пылевая плазма рассматривается в третьей главе в разделе 3.2 диссертации.

При теоретическом исследовании радиационно-газодинамических (РГД) процессов, сопровождающих как метеорные явления, так и эволюцию лазерной и пылевой плазмы, возникают серьёзные трудности, связанные со сложным спектральным составом теплового излучения плазмы. Прямое численное решение системы уравнений газовой динамики и спектрального уравнения переноса, многократно интегрируемого на каждом временном слое для большого числа значений длин волн излучения и направлений его распространения, является слишком трудоёмким. Поэтому стало необходимым развивать эффективные численные методы решения спектральных РГД-задач с целью уменьшения объёма вычислений. Развиваемый в диссертации (первая глава) метод является универсальным, применимым для исследования спектральных эффектов переноса излучения в различных средах, включая, например, возбуждённую космическим телом атмосферу и лабораторную плазму в моделирующих устройствах. Таким образом, указанный метод объединяет рассмотренные в диссертации задачи.

Целями настоящей работы являются:

1. Разработка относительно простой теоретической модели болида, позволяющей рассчитывать большое число вариантов для метеороидов различного состава и размера, движущихся с различными скоростями на различных высотах. Определение взаимно согласованных коэффициентов теплопередачи, абляции и светимости - основных параметров физической теории метеоров для оценки начальной массы метеорного тела по динамическим и световым характеристикам метеора, зарегистрированным при наблюдениях.

2. Исследование лазерной плазмы как источника ионизирующего излучения.

3. Разработка расчётной модели, описывающей гидродинамику пылевой плазмы.

4. Сравнение результатов теоретических исследований с данными наблюдений за метеорными явлениями в атмосфере или с данными лабораторных экспериментов с целью проверки адекватности разработанных теоретических моделей.

5. Изложение численного метода, позволяющего решать нестационарные РГД-задачи с детальным учётом как реальных оптических свойств вещества, так и сложного спектрального состава излучения плазмы.

Защищаемые положения

1. Предложен, обоснован и опробован при решении представленных в диссертации задач численный метод осреднения уравнений переноса излучения (интегральная форма), позволяющий эффективно и корректно находить решение одномерных радиационно-газодинамических задач с подробным учётом углового и сложного спектрального состава излучения на переменных газодинамических разностных сетках с ячейками любой оптической толщины.

2. Разработана теоретическая модель аблирующего поршня для описания болидов, на основе которой впервые рассчитаны взаимно согласованные коэффициенты теплопередачи, абляции и светимости, спектральные характеристики излучения для железных и Н-хондритных метеороидов в диапазоне размеров 0,1-10 м, скоростей 10-50 км/с и высот полёта 20-50 км.

3. Показано, что теоретические спектры болида Бенешов, рассчитанные по модели аблирующего поршня, согласуются со спектрами, зарегистрированными при наблюдениях этого яркого болида.

4. Исследованы переизлучающие свойства лазерной плазмы, образованной действием лазерного излучения на преграду в вакууме. С помощью оценок и численного моделирования предсказана высокая эффективность (30-75 %) преобразования энергии лазерного излучения инфракрасного диапазона в энергию теплового излучения эрозионной плазмы в вакуум в диапазоне жёсткого ультрафиолета и мягкого рентгена при радиусе пятна лазерного облучения 0,1-1 см и умеренных потоках энергии лазерного излучения т 10 2

10-10 Вт/см . Этот теоретический результат впоследствии был подтверждён экспериментально.

5. Разработана численная эволюционная модель пылевой плазмы, с помощью которой впервые описан процесс эволюции возмущения в пылевой плазме и его трансформация в нелинейную ионно-звуковую ударно-волновую структуру применительно к условиям лабораторных экспериментов с пылевой плазмой в (^-машине и в двойном плазменном приборе и к условиям в ионосфере Земли.

Научная новизна и достоверность. Основные результаты диссертации являются новыми и оригинальными. Их достоверность обусловлена: логикой построения предложенных теоретических моделей; использованием в расчётах детальных таблиц оптических и термодинамических свойств рассматриваемых веществ и проведение расчётов с очень высокой степенью детальности учёта спектрального состава излучения, не имеющих аналогов в литературе; хорошим согласием с данными наблюдений или с результатами экспериментов.

Научная и практическая значимость

Описанный в диссертации численный метод расчёта переноса излучения предназначен не только для численного моделирования спек тральных эффектов в сильно возмущённой атмосфере и в моделирующих лабораторных устройствах, но и для решения задач астрофизики и спектроскопии, а также представляет практическую ценность для решения ряда научных и прикладных задач, возникающих при разработке приборов и аппаратов, в которых рабочей средой являются высокотемпературные газы и плазма, и где важны спектральные эффекты переноса излучения.

Рассчитанные по модели аблирующего поршня таблицы скорости абляции и излучательной эффективности метеороидов использовались коллегами диссертанта для оценки параметров внедряющихся в атмосферу космических тел, зарегистрированных наземными и спутниковыми системами наблюдения. Такие оценки позволяют определить приток метеорного вещества на Землю, распределение метеорных тел по скоростям, размерам и энергиям, а также вероятность астероидно-кометно-метеоритной опасности.

Мощные источники излучения используются в исследованиях взаимодействия излучения с преградой как в научных, так и в прикладных целях. Среди них: лабораторное моделирование сильных возмущений в атмосфере Земли или в космическом пространстве; создание плазмы различного состава и исследование её оптических, ионизационно-релаксационных и термодинамических свойств; технологическая обработка материалов; создание ракетных двигателей с дистанционным подводом энергии и т.д. Лазерная плазма как источник ультрафиолетового излучения использовалась в лабораторных экспериментах по облучению бактерий и фагов - опыты проводились в ИДГ РАН по программе № 6 фундаментальных исследований РАН ОНЗ «Проблемы зарождения биосферы Земли и её эволюции».

Новые знания о процессах в пылевой плазме, полученные в лабораторных экспериментах и при их численном моделировании, могут быть использованы: для описания пылевых облаков в атмосфере Земли и пылевых образований в космическом пространстве; в исследованиях атмосферы при активных ракетных экспериментах с использованием высокоскоростных струй взрывных генераторов; при изучении пылевых плазменных кристаллов; при разработке новых технологий нанесения плёнок и травления поверхностей и других промышленных приложений.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VII и VIII Всесоюзных конференциях по взаимодействию оптического излученя с веществом (Ленинград, 1988, 1990), II Рабочем совещании "Моделирование космических явлений в лабораторной плазме" (Новоссибирск, 1988), I Всесоюзном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (Москва, 1989), III Всесоюзном совещании по космической плазме (Новосибирск, 1990), Конференции по метеоритике (Черноголовка, 1994), 58-м и 59-м совещаниях метеоритного общества (Вашингтон, США, 1995; Берлин, Германия, 1996), Лунно-планетной конференции (Хьюстон, США, 1996), Апрельском совещании Американского физического общества (Калифорния, США, 2000), 27-ой и 29-ой Конференциях Европейского физического общества по УТС и физике плазмы (Будапешт, Венгрия, 2000; Монтрё, Швейцария, 2002), Международной конференции по астероидам, кометам и метеорам (Берлин, Германия, 2002), XXVIII, XXIX, XXX Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2001, 2002, 2003) и др., а также на семинарах в Институте динамики геосфер РАН.

Результаты диссертации по излучающим свойствам лазерной плазмы представлены в Энциклопедии низкотемпературной плазмы (Вводный том III / Под ред. В.Е. Фортова - М.: Наука МАИК "Наука/Интерпериодика", 2000. -С. 555-557).

Публикации. Основное содержание диссертации представлено в 24 научных статьях, депонированных в ВИНИТИ и опубликованных в журналах: Письма в ЖЭТФ, Физика плазмы, Известия АН СССР, ЖТФ, Квантовая электроника, Астрономический вестник, ЖВМиМФ, Icarus, Astronomy and Astrophysics, a также в трудах научных конференций.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Голубь, Анатолий Петрович

Основные результаты и выводы диссертации:

1. Разработан новый численный метод решения уравнений переноса излучения применительно к средам, одновременно оптически тонким для излучения одних длин волн и оптически толстым для излучения других длин волн, позволяющий эффективно и корректно находить численное решение одномерных РГД-задач с подробным учётом углового и сложного спектрального состава излучения на переменных газодинамических разностных сетках с ячейками любой оптической толщины. Этим методом решены представленные в диссертации РГД-задачи, ранее не поддававшиеся численному решению другими методами.

2. Разработана новая теоретическая модель болида, получившая название модель аблирующего поршня, на основе которой впервые получены следующие результаты. Рассчитаны взаимно согласованные коэффициенты теплопередачи, абляции и светимости, спектральные характеристики излучения для железных и Н-хондритных метеороидов в диапазоне их размеров 0,1-10 м, скоростей 10-50 км/с и высот полёта 20-50 км. Показано, что коэффициенты теплопередачи и абляции для железных метеороидов больше, чем для Н-хондритных метеороидов. Показано, что значительный вклад в светимость болида вносит протяжённый метеорный след размером до 1000 калибров метеорного тела. Показано, что коэффициенты светимости в спектральной полосе пропускания оптических инструментов Прерийной (США) и Европейской фотографических сетей значительно отличаются от коэффициентов светимости в спектральной области чувствительности фотоэлектрических датчиков спутниковой системы наблюдений. Показано, что теоретические спектры болида Бенешов согласуются с зарегистрированными при наблюдениях спектрами этого яркого болида, динамикой и фрагментацией метеорного тела.

3. Разработана теоретическая модель лазерной плазмы в вакууме, с помощью которой впервые показано, что эрозионная плазма размером 0,1-1 см, образованная действием на преграду в вакууме лазерного излучения инфракрасного диапазона с умеренной плотностью потока энергии 107—1010 Вт/см2, интенсивно переизлучает в крыльях спектральных линий с высоким коэффициентом конверсии (30-75 %) энергии лазерного излучения в энергию теплового излучения плазмы в диапазоне вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена; алюминиевая плазма, поддерживаемая излучением СОг-лазера с плотностью потока энергии 107—109 Вт/см2, переизлучает сильнее, чем в случае Ш-лазера; для увеличения коэффициента конверсии лазерного излучения в ВУФ излучение лазерной плазмы следует использовать мишени из химических элементов с высоким атомным весом, обладающих большим числом спектральных линий. Предсказанные теорией результаты получили подтверждение в лабораторных экспериментах с С02- и Ш-лазерами. 4. Впервые с помощью разработанной численной эволюционной модели пылевой плазмы описан процесс эволюции возмущения в пылевой плазме и его трансформация в нелинейную ионно-звуковую ударно-волновую структуру применительно к условиям лабораторных экспериментов с пылевой плазмой в С)-машине и в двойном плазменном приборе. Предсказано, что в результате взаимодействия солнечного излучения и пылевой плазмы ионосферы Земли на высотах 500-600 км могут возникать пылевые ионно-звуковые ударные волны с шириной фронта 2 км. Рассмотрена возможность наблюдения такого вида ударных волн в активных ракетных экспериментах с использованием высокоскоростных плазменных струй взрывных генераторов.

Укажем теперь на возможные направления продолжения исследований, выполненных в диссертации. Представляет интерес рассмотрение метеорных явлений в полном объёме, что включает в себя изучение РГД процессов в метеорном следе с учётом турбулентного переноса вещества, связанного с двумерным характером движения плазмы, переносом излучения и формированием в метеорном следе нано- и микромасштабных пылевых частиц, приобретающих электрические заряды. Таким образом, в данной постановке объединяются в одной задаче процессы, рассмотренные по отдельности в диссертации.

В заключение я считаю приятным долгом выразить свою благодарность и искреннюю признательность моему научному руководителю доктору физико-математических наук, заведующему лабораторией Института динамики геосфер РАН В.В. Шувалову за научное руководство работой и моральную поддержку, моему научному консультанту доктору физико-математических наук, заведующему сектором Института динамики геосфер РАН, профессору Московского физико-технического института С.И. Попелю за научные консультации, помощь, внимание и поддержку во время работы над диссертацией и предложения интересных тем исследования. Я хочу поблагодарить доктора физико-математических наук, профессора И.В. Немчинова за предложение ряда направлений исследований по метеорным явлениям и лазерной плазме, рассмотренных в диссертации, а также стимулирующий интерес к работе. Я также признателен доктору физико-математических наук, профессору A.B. Витязеву и доктору физико-математических наук С.И. Козлову за интерес к работе и ценные критические замечания. Хочу выразить особую признательность кандидату физико-математических наук И.Б. Косареву за создание и предоставление подробнейших таблиц оптических свойств веществ, а также поблагодарить моих других соавторов опубликованных работ кандидатов физико-математических наук С.А. Андреева, A.A. Гиско, Т.В. Лосеву и В.В. Светцова за плодотворное сотрудничество.

Заключение

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Голубь, Анатолий Петрович, Москва

1. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературныхгидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 688 с.

2. Михалас Д. Звёздные атмосферы. М.: Мир, 1982, часть 1. - 352 с.

3. Четверушкин Б.Н. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа. М.: Наука, 1985. - 304 с.

4. Марчук Г.И. Численные методы в теории переноса нейтронов. М.: Атомиздат, 1971. - 496с.

5. Гольдин В.Я. Квазидиффузионный метод решения кинетического уравнения // Журнал вычислительной математики и математической физики. -1964. Т. 4. № 6. - С. 1078-1084.

6. Николайшвили Ш.С. О решении односкоростного уравнения переноса с использованием приближения Ивона-Мертенса // Атомная энергия. -1966.-Т. 20.-С. 344.

7. Гермогенова Т.А., Сушкевич Т.А. Решение уравнения переноса методом средних потоков: В сб.: Вопросы физики защиты реакторов. М.: Атомиздат, 1969. - Вып. 3. - С. 34-43.

8. Гольдин В.Я., Данилова Г.В., Четверушкин Б.Н. Приближённый метод расчёта кинетического уравнения: В сб.: Вычислительные методы в теории переноса. М.: Атомиздат, 1969. - С. 50-58.

9. Немчинов И.В. Об осреднённых уравнениях переноса излучения и их использовании при решении газодинамических задач // Прикладная математика и механика. 1970. - Т. 34. Вып. 4. - С. 706-722.

10. Бронин С.Я., Лагарьков А.Н. Перенос излучения в неоднородных слоях в спектральной линии ударного профиля // Теплофизика высоких температур. 1970. - Т. 8. № 4. - С. 741-748.

11. Гольдин В.Я., Четверушкин Б.Н. Эффективный метод решения уравнения переноса в низкотемпературной плазме // ДАН СССР. 1970. - Т. 195. №2.-С. 315-317.

12. Гольдин В.Я., Четверушкин Б.Н. Методы решения одномерных задач радиационной газовой динамики // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1972. - Т. 12. № 4. - С. 990-1001.

13. Батурин В.П., Варламов Ю.В., Гольдин В .Я., Четверушкин В.Н. Методы решения одномерных задач радиационной газовой динамики. Часть II // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1973. -Т. 13. №5.-С. 1298-1306.

14. Шильков A.B., Цветкова И.А. Осреднение уравнения переноса в резонансно поглощающей среде // Математическое моделирование. -1989.-Т. 1.№1.- С. 91-100.

15. Светцов В.В. Расчёт сферически-симметричной задачи о взрыве методом осреднения уравнений переноса излучения: В сб.: Динамика излучающего газа. М.: Изд. ВЦ АН СССР, 1980. - Вып. 3. - С. 46-57.

16. Грынь В.И., Марченко А.И., Урбан В.В. Численный метод решения уравнений переноса излучения в плоской и сферической геометрии // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1990. -Т. 30. №8.-С. 1210-1223.

17. Филиппычев Д.С., Четверушкин Б.Н. Об одном способе осреднения уравнений диффузионного типа по энергиям квантов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1976. - Т. 16. №6.-С. 1601-1605.

18. Четверушкин Б.Н. Решение одномерных задач радиационной газовой динамики: Препринт № 44 / Институт прикл. матем. АН СССР, М., 1978.

19. Куликов Ю.Н., Четверушкин Б.Н. Неявный разностный метод определения температуры в задачах радиационной газовой динамики // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1973. -Т. 13. № 1.-С. 136-145.

20. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Двумерная численная модель радиационных и конвективных процессов в непрерывном оптическом разряде: Препринт № 344 / Институт проблем механики АН СССР, М., 1988. 32 с.

21. Выскребенцев А.И. Метод эффективного учёта уравнений переноса энергии излучением в одномерных задачах радиационной газовой динамики / Институт физики Земли АН СССР, М., 1979 // Рукопись деп. в ВИНИТИ, № 2691-79Деп. 18 с.

22. Выскребенцев А.И. Метод численного решения уравнений переноса излучения в одномерных задачах газовой динамики // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1981. - Т. 21. №5.-С. 1206-1214.

23. Шмыглевский Ю.Д. Расчёт переноса лучистой энергии методом Галёркина // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1973. - Т. 13. № 2. - С. 398-407.

24. Кривцов В.М. Об одном подходе к расчёту селективного излучения // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1974. -Т. 14. №6.-С. 1595-1600.

25. Кривцов В.М. О расчёте селективного излучения: В сб.: Динамика излучающего газа. Вып. 2. М.: ВЦ АН СССР, 1976. - С. 36-41.

26. Кривцов В.М., Наумова И.Н., Шмыглевский Ю.Д., Шулишнина Н.П. Проба двух методов расчёта переноса излучения // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1975. - Т. 15. № 1. - С. 163-171.

27. Шмыглевский Ю.Д. Моментный метод расчёта переноса селективного излучения: В сб.: Динамика излучающего газа, вып. 2. М.: ВЦ АН СССР, 1976.-С. 42-60.

28. Шмыглевский Ю.Д. Вариант моментного метода расчёта переноса селективного излучения // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1977. - Т. 17. № 3. - С. 785-790.

29. Чарахчьян A.A., Шмыглевский Ю.Д. Численные методы в динамике излучающего газа // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1980. - Т. 20. № 5. - С. 1249-1265.

30. Чарахчьян A.A. Об одной численной схеме для уравнения переноса на оптически грубой сетке // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1975. - Т. 15. № 4. - С. 999-1005.

31. Чарахчьян A.A. Об одном подходе к расчёту уравнения переноса для задач динамики излучающего газа: В сб.: Динамика излучающего газа, вып. 2. М.: Изд. ВЦ АН СССР, 1976. - С. 16-35.

32. Севастьяненко В.Г. Перенос излучения в реальном спектре. Интегрирование по частоте и по углам // Инженерно-физический журнал. 1980. - Т. 38. № 2. - С. 278-285.

33. Немчинов И.В. Осреднение уравнений переноса в задачах радиационной газовой динамики / Институт физики Земли АН СССР, М., 1983 // Рукопись деп. в ВИНИТИ 09.02.83., № 1721-83 Деп. 120 с.

34. Голубь А.П. Конечно-разностная аппроксимация для осреднённых уравнений переноса излучения / Институт физики Земли АН СССР, М., 1978 // Рукопись деп. в ВИНИТИ 24.11.78., № 282-79 Деп. 17 с.

35. Голубь А.П. Численная схема решения осреднённых уравнений переноса излучения для сферически-симметричных газодинамических задач / Институт физики Земли АН СССР, М., 1979 // Рукопись деп. в ВИНИТИ 30.03.79., № 1491-79 Деп. 28 с.

36. Голубь А.П. Численный метод решения уравнений переноса излучения для цилиндрических задач радиационной газовой динамики / Институт физики Земли АН СССР, М., 1980 // Рукопись деп. в ВИНИТИ, №2821-80 Дер.-21 с.

37. Голубь А.П. Численный метод решения уравнений переноса излучения в одномерных задачах радиационной газовой динамики // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1983. - Т. 23. № 1. - С. 142-151.

38. Голубь А.П. Осреднение уравнений кинетики и переноса излучения в одномерных задачах неравновесной радиационной газодинамики // Журнал прикладной спектроскопии. 1991. - Т. 54. № 2. - С. 337 / Рукопись деп. в ВИНИТИ 04.12.90., № 6094-В 90. - 28 с.

39. Левин Б.Ю. Физическая теория метеоров и метеорное вещество в Солнечной системе. М.: АН СССР, 1956. - 294 с.

40. Лебединец В.Н. Пыль в верхней атмосфере и космическом пространстве. Метеоры. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 248 с.

41. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. М.: Наука, 1981. - 416 с.

42. Смирнов В.А. Спектры кратковременных атмосферных световых явлений: Метеоры. М.: Физматлит, 1994. - 208 с.

43. Стулов В.П., Мирский В.Н., Вислый А.И. Аэродинамика болидов. М.: Наука. Физматлит, 1995. - 240 с.

44. Катастрофические воздействия космических тел. / Под ред. В.В. Адушкина и И.В. Немчинова. Институт динамики геосфер РАН. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. 310 с.

45. Tagliaferri Е., Spalding R., Jacobs С. et al. Detection of meteoroid impacts by optical sensors in Earth orbit // Hazards due to Comets and Asteroids / Ed. T.Gehrels. Tucson; London: Univ. Arizona Press, 1994Y. P. 199 - 220.

46. Немчинов И.В., Новикова B.B., Попова О.П. Анализ результатов наблюдений за движением и свечением быстрых и крупных метеорных тел в атмосфере Земли // Метеоритика. 1989. - № 48. - С. 124-136.

47. Немчинов И.В., Попова О.П., Светцов В.В., Шувалов В.В. О фотометрической массе и радиационном размере крупных метеороидов // Астрономический вестник. 1995. - Т. 29. № 2. - С. 155-173.

48. ReVelle D.O., Rajan R.S. On the luminous efficiency of meteoritic fireballs // J. Geophys. Res. 1979. - V. B84. - P. 6255-6262.

49. Мак-Кроски P.E., Шао Ц.И., Позен А. Болиды Прерийной сети. I. Общие сведения и орбиты // Метеоритика. 1978. - Вып. 37. - С.44 -59.

50. Мак-Кроски Р.Е., Шао Ц.И., Позен А. Болиды Прерийной сети. II. Траектории и кривые блеска // Метеоритика. 1979. - Вып. 38. -С. 106-156.

51. Цеплеха 3. Болиды Европейской сети // Метеоритика. 1978. - Вып. 37. -С. 60-68.

52. Opik E.J. Atomic collisions and radiation of meteors // Acta et Commentât. Univ. Tartuen. 1933. - V. A 26. - P. 1-39.

53. Opik E.J. Meteor radiation, ionization and atomic luminous efficiency // Proc. Roy. Sos. 1955. - Ser. A. V. 230. - P. 463-501.

54. Opik E.J. Physics of meteor flight in the atmosphere. N.Y.: Interscience, 1958.- 174 p.

55. Whipple F.L. The physical theory of meteors. VII. On meteor luminosity and ionization//Astrophys. J. 1955. - V. 121. № 1. - P. 241-249.

56. Лебединец В.H., Портнягин Ю.И., Соснова А.К. Коэффициенты сопротивления и теплопередачи метеорных тел. I. Условия слабого загораживания // Астрономический вестник. 1969. - Т. 3. № 4. -С. 223-229.

57. Левин Б.Ю. О дроблении метеорных тел // Астрономический журнал. -1963.-Т. 40. №2.-С. 304-311.

58. Baldwin В., Sheaffer Y. Ablation and breakup of large meteoroids during atmospheric entry // J. Geophys. Res. 1971. - V. 76. № 19. - P. 4653-4668.

59. Новиков Г.Г., Лебединец B.H., Блохин A.B. О дроблении метеорных тел. Квазинепрерывное дробление // Письма в Астрон. журнал. 1984. -Т. 10. № 1.-С. 71-75.

60. Цветков В.И., Скрипник А.Я. Атмосферное дробление метеороидов с точки зрения механической прочности // Астрономический вестник. -1991.-Т. 25. №3.-С. 364-371.

61. Иванов А.Г., Рыжанский В.А. Фрагментация малого небесного тела при его взаимодействии с атмосферой // ДАН. 1997. - Т. 353. № 3. -С. 334-337.

62. Стулов В.П. Аналитическая модель последовательного дробления и абляции метеорного тела в атмосфере // Астрономический вестник. -1998. Т. 32. № 5. - С. 455-458.

63. Стулов В.П. Определение параметров разрушающихся метеороидов по торможению в атмосфере // Астрономический вестник. 2000. - Т. 34. № 6. - С. 545-549.

64. Стулов В.П., Титова Л.Ю. Сравнительный анализ моделей дробления метеорных тел // Астрономический вестник. 2001. - Т. 35. № 4. -С. 345-349.

65. Pecina P., Ceplecha Z. New aspects in single-body meteor physics // Bull. Astron. Inst. Cech. 1983. - V. 34. № 2. - P. 102-121.

66. Кулаков А.Л., Стулов В.П. Определение параметров метеорных тел по данным наблюдений // Астрономический вестник. 1992. - Т. 26. № 5. -С. 67-75.

67. Калениченко В.В. Кривая блеска метеора при квазинепрерывном истечении с поверхности метеорного тела частиц с одинаковой начальной массой // Астрономический вестник. 1980. - Т. 14. - С. 35-41.

68. Новиков Г.Г., Каюмов В.В. Об определении коэффициента теплопередачи дробящихся метеорных тел // Астрономический вестник. -1990. Т. 24. № з. - с. 257-263.

69. Григорян С.С. О движении и разрушении метеороидов в атмосферах планет // Космические исследования. 1979. - Т. 17. № 6. - С. 875-893.

70. Hills J.G., Goda М.Р. The fragmentation of small asteroids in the atmosphere // Astron. J. 1993. - V. 105. № 3. - P. 1114-1144.

71. Zahnle K.J. Airburst origin of dark shadows on Venus // J. Geophys. Res. -1992. V. 97. № E8. - P. 10,243-10,255.

72. Ayers W.G., McCrosky R.E., Shao C.-Y. Photographic observations of 10 artificial meteos // Spes. Rept. Smithson. Astrophys. Observ. 1970. -№317.-45 p.

73. Givens J.J., Page W.A. Ablation and luminosity of artificial meteorites // J. Geophys. Res. 1971. - V. 76. № 4. - P. 1039-1054.

74. Ceplecha Z., McCrosky R.E. Firebll end heights: a diagnostic for the structure of meteoric material // J. Geophys. Res. 1976. - V. 81. № 35. -P. 6257-6275.

75. Голубь А.П., Косарев И.Б., Немчинов И.В., Шувалов В.В. Излучение и абляция крупного метеороида при его движении сквозь атмосферу Земли // Астрономический вестник. 1996. - Т. 30. № 3. - С. 213-228.

76. Голубь А.П., Косарев И.Б., Немчинов И.В., Попова О.П. Спектры излучения ярких болидов // Астрономический вестник. 1997. - Т. 31. №2.-С. 99-112.

77. Nemtchinov I.V., Svetsov V.V., Kosarev I.B., Golub' A.P. et al. Assessment of kinetic energy of meteoroids detected by satellite-based light sensors // Icarus. 1997. - V. 130. № 2. - P. 259-274.

78. Головачев Ю.П. Численное моделирование течений вязкого газа в ударном слое. М.: Наука. Физматлит, 1996. - 376 с.

79. Nemtchinov I.V., Popova О.Р., Shuvalov V.V., Svetsov V.V. Radiation emitted during the flight of asteroids and comets through the atmosphere // Planet. Space Sci. 1994. - V. 42. № 6. - P. 491-506.

80. Svetsov V.V. Radiation emitted during the flight: application to assessment of bolide parameters from satellite recorded light flashes: Lunar Planet. Sci. Conf. XXV.-1994.-P. 1365-1366.

81. Чёрный Г.Г. Течения газа с большой сверхзвуковой скоростью. М.: Физматгиз, 1959.-220 с.

82. Хейз У.Д., Пробстин Р.Ф. Теория гиперзвуковых течений. М.: Иностр. Лит, 1962.-607 с.

83. Ступоченко Е.В, Лосев С.А, Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М.: Наука, 1965. - 484 с.

84. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971.-552 с.

85. Самарский А.А, Попов Ю.П. Разностные схемы газовой динамики. М.: Наука, 1975.-352 с.

86. Baldwin В, Sheaffer Y. Ablation and breakup of large meteoroids during atmospheric entry // J. Geophys. Res. 1971. - V. 76. - P. 627-645.

87. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева. М.: Энергоатомиздат, 1991.

88. Косарев И.Б, Лосева Т.В, Немчинов И.В. Оптические свойства паров и абляция больших хондритных и ледяных тел в атмосфере Земли // Астрономический вестник. 1996. - Т. 30. № 4. - С. 307-320.

89. Кузнецов Н.М. Термодинамические функции и ударные адиабаты воздуха при высоких температурах. М.: Машиностроение, 1965.

90. Оптические свойства горячего воздуха / И.В. Авилов, Л.М. Биберман, B.C. Воробьёв и др. М.: Наука, 1970.

91. Jarocewich Е. Chemical analyses of meteorites a compilation of stony and iron meteorite analyses // Meteoritics. 1990. - V. 75. № 4. - P. 323-337.

92. Millman P.M. A brief survey of upper air spectra // Physics and dynamics of meteors / Eds Kresak L, Millman P.M. Dordrecht, Holland: D. Reidel Publ. Co, 1968 P. 84-90.

93. Millman P.M. One hundred and fifteen years of meteor spectroscopy // Solid particles in the Solar System. 1979. - P. 121-128.

94. Ceplecha Z. Meteor spectra // Physics and dynamics of meteors / Eds Kresak L., Millman P.M. Dordrecht, Holland: D. Reidel Publ. Co., 1968. P. 83-93.

95. Borovicka J. A fireball spectrum analysis // Astron. Astrophys. 1993. -V. 279.-P. 627-645.

96. Borovicka J. Line identification in a fireball spectrum // Astron. Astrophys. -1994.-V. 103.-P. 83-96.

97. Borovicka J. Two components in meteor spectra // Planet. Space Sci. 1994. -V. 42. №42.-P. 145-150.

98. Borovicka J., Spurny P. Radiation study of two very bright terrestrial bolides and an application to the Comet S-L 9 collision with Jupiter // Icarus. 1996. -V. 121.-P. 484-510.

99. Reynolds D.A. Fireball observation via satellite // Proc. Near-Earth-object interception workshop / Eds Canavan G.H., Solem J.C., Rather J.D.G. Los Alamos, 1992.-P. 221-226.

100. Tagliaferri E., Spalding R., Jacobs C., Ceplecha Z. Analysis of the Marshall island fireball of February 1, 1994 // Earth, Moon, and Planets. 1995. -V. 68. - P. 563-572.

101. ReVelle D.O. A qusi-simple ablation model for large meteorite entry: theory vs observation // J. Atmosph. Terr. Phys. 1979. - V. 41. № 5. - P. 453-473.

102. ReVelle D.O. A predictive macroscopic integral radiation efficiency model // J. Geophys. Res. 1980. - V. B85. - P. 1803-1809.

103. ReVelle D.O., Ceplecha Z. Analysis of identified iron meteoroids: possible relation with M-type Earth-crossing asteroids? // Astron. Astroph. 1994. -V. 292.-P. 330-336.

104. Ceplecha Z. Brief report on light curves of PN fireballs (personal communication). 1995. - 168 p.

105. Ceplecha Z., Spurny P., Borovicka J., Keclikova J. Atmospheric fragmentation of meteoroids // Astron. Astrophys. 1993. - V. 279. -P. 615-626.

106. Биберман Л.М., Бронин С.Я., Брыкин M.B. Теплообмен при гиперзвуковом обтекании в условиях сильного радиационноконвективного взаимодействия // Теплофизика высоких температур. -1979.-Т. 17.№1.-С. 84-91.

107. Biberman L.M., Bronin S.Ya., Brykin M.V. Moving of a blunt body through the dense atmosphere under conditions of severe aerodynamic heating and ablation // Acta Astron. 1980. - V. 7. - P. 53-65.

108. Светцов B.B. Взрывы метеороидов и оценка их параметров по световому излучению // Физика горения и взрыва. 1998. - Т. 34. № 4. - С. 117-128.

109. ИЗ. Немчинов И.В., Попова О.П., Тетерев А.В. Внедрение крупных метеороидов в атмосферу: теория и наблюдения // Инженерно-физический журнал. 1999. - Т. 72. № 6. - С. 1233-1265.

110. Popova О.Р., Nemtchinov I.V. Estimates of PN bolide characteristics based on the light curves // Meteoritics and Planetary Sci. Suppl. 1996. - V. 31. -P. A110.

111. Голицын Г.С., Григорьев Г.И., Докучаев В.П. Излучение акустико-гравитационных волн при движении метеоров в атмосфере // Физика атмосферы и океана. 1977. - Т. 13. № 9. - С. 926-935.

112. Brown P.G., Spalding R.E., ReVelle D.O. et al. The flux of small near-Earth objects colliding with the Earth // Nature. 2002. - V. 420. Iss. 6913. -P. 294-296.

113. ReVelle D.O. On meteor generated infrasound // J. Geophys. Res. 1976. -V. 81.-P. 1217-1240.

114. Edwards W.N., Hildebrand A.R. SUPRACENTER: Locating fireball terminal bursts in the atmosphere using seismic arrivals // Meteoritics and Planetary Sci. 2004. - V. 39. № 9. - P. 1449-1460.

115. Shoemaker E.M. Asteroid and comet bombardment of the earth // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 1983. - V. 11. - P. 461-494.

116. Ceplecha Z., Spurny P., Borovicka J., and Keclikova J. Atmospheric fragmentation of meteoroids // Astron. Astrophys. 1993. - V. 279. -P. 615-626.

117. Барри Н.Г., Стул об В.П. Особенности дробления болида Бенешов // Астрономический вестник. 2003. - Т. 37. № 4. - С. 332-335.

118. Барри Н.Г. Испарение и разрушение метеорного тела в атмосфере: Дисс. канд. физ.-мат. наук. МГУ. 2006. 75 с.

119. Стулов В.П. Определение параметров разрушающихся метеороидов по торможению в атмосфере // Астрономический вестник. 2000. - Т. 34. № 6. - С. 545-549.

120. Голубь А.П., Добкин A.B., Немчинов И.В. Тепловое излучение лазерной плазмы // Изв. АН СССР. Серия физическая. 1988. - Т. 52. № 9. -С. 1817-1825.

121. Голубь А.П., Немчинов И.В. Лазерная плазма в вакууме как интенсивный источник УФ излучения // Инженерно-физический журнал. 1990. -Т. 59. №1.-С. 51-61.

122. Голубь А.П., Михайлов С.Б., Рыбаков В.А., Суханов Т.Я. Энергетические, временные и пространственные характеристики излучения лазернойплазмы в ВУФ области спектра // Квантовая электроника. 1994. - Т. 21. № 3. - С. 263-267.

123. Голубь А.П., Немчинов И.В. Образование плазмы при воздействии импульса излучения СОг-лазера на алюминиевую преграду // Квантовая электроника. 1980. - Т. 7. № 1. - С. 209-211.

124. Голубь А.П., Немчинов И.В. О времени возникновения плазмы при воздействии лазерного излучения различных длин волн на алюминиевую преграду в воздухе // Квантовая электроника. 1980. - Т. 7. № 8. -С. 1831-1834.

125. А.П.Голубь, И.В.Немчинов, А.И.Петрухин, Ю.Е.Плешанов, В.А.Рыбаков. Испарение металлов импульсом лазерного излучения и образование экранирующего слоя // Журнал технической физики. 1981. - Т. 51. №2.-С. 316-323.

126. Бергельсон В.И., Немчинов И.В. Плоские автомодельные движения газа, нагреваемого излучением, при наличии сильного переизлучения // Прикладная математика и механика. 1973. - Т. 37. № 2. - С. 236-242.

127. Бергельсон В.И., Немчинов И.В. Численное исследование взаимодействия излучения лазера с преградой в вакууме с учётом спектрального состава излучения, испускаемого образующейся плазмой // Квантовая электроника. 1980. - Т. 7. № 11. - С. 2356-2361.

128. Добкин A.B., Немчинов И.В. Тепловое излучение плазмы, образующейся при взаимодействии излучения лазера с преградой из висмута // Журнал пркладной спектроскопии. 1983. - Т. 38. № 6. - С. 732-736.

129. Немчинов И.В. Стационарный режим движения нагреваемых излучением паров вещества при наличии бокового растекания // Прикладная математика и механика. 1967. - Т. 31. № 2. - С. 300-319.

130. Малявина Т.Б., Немчинов И.В. Параметры стационарной радиально-симметричной струи паров, нагреваемой излучением ОКГ // ПМТФ. -1972. №5.-С. 58-75.

131. Добкин A.B., Малявина Т.Б., Немчинов И.В. Квазистационарное сферически-симметричное течение интенсивно излучающей плазмы, нагреваемой лазерным излучением // ПМТФ. 1988. - № 1. - С. 3-11.

132. Диагностика плотной плазмы / Под ред. Н.Г. Басова. М.: Наука, 1989. -271 с.

133. Буздин В.П., Добкин A.B., Косарев И.Б., Немчинов И.В., Новикова В.В. Термодинамические и оптические свойства высокотемпературной плазмы / Институт физики Земли АН СССР, М., 1983 // Рукопись деп. в ВИНИТИ 02.01.84., № 52-84 Деп. 118 с.

134. Добкин A.B., Косарев И.Б., Немчинов И.В. Оптические свойства высокотемпературной алюминиевой плазмы / Институт физики Земли АН СССР, М., 1983 // Рукопись деп. в ВИНИТИ 27.07.83., № 4220-83. -104 с.

135. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967.-684 с.

136. Ujihara К. Reflectivity of metals at high temperatures // J. Appl. Phys. -1972. V. 43. № 5. - P. 567-568.

137. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков E.A. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979. - 215 с.

138. Попель С.И., Голубь А.П., Лосева Т.В., Бингхем Р., Бенкада С. Формирование ударных структур в пылевой плазме // Физика плазмы. -2001. Т. 27. № 6. - С. 483-490.

139. Попель С.И., Гиско А.А., Голубь А.П., Лосева Т.В., Бингхем Р. О влиянии электромагнитного излучения на формирование ударно-волновых структур в комплексной плазме // Физика плазмы. 2001. - Т. 27. № 9. -С. 831-840.

140. Попель С.И., Голубь А.П., Лосева Т.В. Пылевые ионно-звуковые ударно-волновые структуры: теория и лабораторные эксперименты // Письма в ЖЭТФ. -2001. Т. 74. № 7. - С. 396-401.

141. Попель С.И., Андреев С.Н., Гиско А.А., Голубь А.П., Лосева Т.В. Диссипативные процессы при распространении пылевых ионно-звуковых нелинейных возмущений // Физика плазмы. 2004. - Т. 30. № 4. -С. 314-329.

142. Цытович В.Н. Пламенно-пылевые кристаллы, каплии и облака // Успехи физических наук. 1997. - Т. 167. № 1. - С. 57-99.

143. Popel S.I., Yu M.Y., Tsytovich V.N. Shock structures in plasmas containing variable-charge macro particles // Physics of Plasmas. 1996. - V. 3.1. P. 4313-4330.

144. Luo Q.-Z., D'Angelo N., Merlino R.L. Experimental study of formation in a dusty plasma // Physics of Plasmas. 1999. - V. 6. - P. 3455-3458.

145. Nakamura Y., Bailung H., Shukla P.K. Observation of Ion-Acoustic Shocks in a Dusty Plasma // Physical Review Letters. 1999. - V. 83. - P. 1602-1605.

146. Кнаке С., Странский И.Н. Механизм испарения // Успехи физических наук 1959. - Т. 68. - С. 261-304.

147. Bingham R., Shapiro V.D., Gil'Man М., Tsytovich V.N., de Angelis U. Theory of wave activity occurring in the AMPTE artificial comet // Physics of Fluids В.- 1991. V. 3. - P. 1728-1738.

148. Gavrilov B.G., Podgorny A.I., Podgorny I.M., Sobyanin D.B., Zetzer J.I., Erlandson R.E., Meng C.-I., Stoyanov B.J. Diamagnetic effect produced by the Fluxus-1 and -2 artificial plasma jet // Geophysical Research Letters. 1999. -V. 26.-P. 1549-1552.

149. Popel S.I, Tsytovich V.N. Shocks in Space Dusty Plasmas // Astrophysics and Space Science. 1999. - V. 264. - P. 219-226.