[发明专利]基于不规则离散元的陨星进入地球大气层后运动仿真方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于不规则离散元的陨星进入地球大气层后运动仿真方法，其包括：借助不规则离散元颗粒构建陨星模型，计算两两相邻不规则离散元颗粒间的接触力，计算陨星模型的形变；计算不规则离散元颗粒的轨迹，计算陨星模型的角速度和姿态变化，求解陨星模型的质量损失、温度变化和形状变化，计算陨星模型的结构变化；判断陨星模型在高度为0前的质量损失是否与质量相等，若是，则陨星模型的运动参数解算停止；否则，获得陨星模型的经纬度，当高度为0时确定陨星模型的落点范围。本发明利用可变形不规则离散元模型，解算陨星进入地球大气层后的运动演化过程，更符合陨星内部真实结构特征和爆炸扩张原理，对陨星监测和防御有现实意义。

技术领域

本发明属于星际空间的颗粒分析技术领域，特别是一种基于不规则离散元的陨星进入地球大气层后运动仿真方法及其仿真系统。

背景技术

陨星(又称流星)是指来自星际空间的颗粒(如小行星或星体碎片)以超高速进入地球大气层后在剧烈气动作用下的产物。陨星进入大气层后会以12km/s～20km/s的极高速度下落，并发生烧蚀、解体和空爆等耦合事件。未被完全烧蚀的陨星着陆后形成陨石。

历史上对陨星的研究有两波高潮，首先是20世纪末至21世纪初期，美国、加拿大和欧洲等国建立了陨星的观测组网，希望在地球表面约100万平方公里范围的天空内实现陨星和流星观测全覆盖。陨星观测组网通过CCD相机拍摄陨星进入时的火球和明亮轨迹，进而确定撞击区域，并对陨石进行回收。这些组网包括美国中部的“草原网络”(PrairieNetwork,PN)、加拿大的“陨石观测与回收计划”(Meteorite Observation and RecoveryProgram,MORP)和在德国、捷克及西班牙等地设置的“欧洲火球网络”(European FireballNetwork,EN)。基于所设立的观测组网，研究者们收集了部分陨星进入地球大气层时的轨迹和速度变化数据，例如捷克的Pribram陨星、美国的Lost City陨星和加拿大的Innisfree陨星。2013年，在俄罗斯车里雅宾斯克(Chelyabinsk)上空，一枚直径20m的陨星以约20km/s的速度进入地球大气层，并在距离地面约30km高度处发生了剧烈空爆。爆炸当量可达500万吨TNT，造成1500多人受伤，多处房屋受损。这是继1908年通古斯陨星大爆炸(爆炸当量为1000～4000万吨TNT)以来最严重的一次陨星爆炸事故。Chelyabinsk陨星爆炸重新引发了国际上对大体积陨星进入事件的关注，开启了第二轮针对陨星探测与防御的研究热潮。美国NASA陆续建立和开展了“近地天体观测计划”(Near-Earth Object ObservationsProgram)、“近地天体研究中心”(Center for Near-Earth Object Studies,CNEOS)和“双小行星重定向测试任务”(Double Asteroid Redirection Test,DART)。2013年国际上建立了“国际小行星预警网”(International Asteroid Warning Network,IAWN)，各成员国之间共享可能有威胁的小行星信息。2018年我国正式加入该组织，南京紫金山天文台的近地天体望远镜是我国目前主要的观测设备。虽然我国对近地小行星和陨星观测的起步晚，但发展迅速。