Численное моделирование динамики околоземных космических объектов искусственного происхождения с использованием параллельных вычислений | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. № 4(16).

ГлавнаяАрхивЧисленное моделирование динамики околоземных космических объектов искусственного происхождения с использованием параллельных вычислений | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. № 4(16).

Численное моделирование динамики околоземных космических объектов искусственного происхождения с использованием параллельных вычислений

Дается краткий обзор разработанного авторами обширного математического и программного обеспечения для исследования динамики больших совокупностей околоземных космических объектов искусственного происхождения. Представляемое программно-математическое обеспечение позволяет решать следующие задачи: исследовать одновременно орбитальную эволюцию большого числа искусственных спутников Земли (ИСЗ) и объектов космического мусора, включая анализ хаотичности движения; улучшать орбиты объектов по данным наблюдений; моделировать процесс образования и распределения космического мусора путем взрывов и столкновений; выявлять тесные сближения космических объектов и прогнозировать вероятность их столкновения.

Numerical simulation of nearEarth artificial space object dynamics using parallel computation.pdf Предполагается [1,2], что в результате деятельности человека в космосе на се-годня в околоземном пространстве находится около 14 000 объектов размером от5 − 10 см и более, и только 4 % из них - работающие космические аппараты (КА).В совокупность неуправляемых объектов входят геодезические ИСЗ и космиче-ский мусор, состоящий из отработавших КА и верхних ступеней ракет-носителей,а также различных элементов конструкций КА, которые образуются вследствиеразрушения КА под действием столкновений и взрывов.По типу орбит все каталогизированные объекты делятся на следующие классыили области:LEO - low-Earth orbits, то есть низкоорбитальные объекты;MEO - medium Earth orbits, объекты на орбитах между LEO и GEO;GEO - geostationary orbits, объекты на геостационарных орбитах;GTO - GEO transfer orbits, объекты на орбитах перехода в область GEO;HEO - highly eccentric orbits, объекты с большими эксцентриситетами орбит.Последние два класса в значительной степени совпадают.Прогнозирование движения и исследование орбитальной эволюции совокуп-ности околоземных объектов требует создания разнообразного программно-математического обеспечения, ориентированного на решение следующих задач:- высокоточное численное моделирование движения ИСЗ и представление ла-зерных, оптических и радиотехнических наблюдений;- решение обратных задач динамики ИСЗ, то есть определение параметровдвижения и модели сил по данным измерений;моделирование процессов образования и распределения космического мусора;- исследование динамики и долговременной орбитальной эволюции большихсовокупностей околоземных объектов.Для решения этих задач авторами настоящей работы создано с использовани-ем параллельных вычислений обширное программно-математическое обеспече-ние, описанию которого посвящена данная статья.Описание «Численная модель движения систем ИСЗ»«Численная модель движения систем ИСЗ» представляет собой методику ипрограмму для высокоточного численного моделирования движения большихсистем околоземных объектов с использованием параллельных вычислений. Дан-ный программный комплекс имеет следующую структуру.Уравнения движения объекта, рассматриваемого как материальная частицабесконечно малой массы, в поле тяготения центрального тела с массой M под дей-ствием сил, определенных потенциальными функциями V и R, а также совокупно-сти сил P, не имеющих потенциала, представляются в видеd , d V Rdt dt = = + + x x x Q Px x

Ключевые слова

probability of collision, dynamical randomness, improvement of orbits, space debris, long-term orbital evolution, Earth artificial satellites, numerical methods, вероятность столкновения, улучшение орбит, динамическая хаотичность, долговременная орбитальная эволюция, космический мусор, численные методы, искусственные спутники Земли

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Бордовицына Татьяна ВалентиновнаНациональный исследовательский Томский государственный университетдоктор физико-математических наук, профессор, заведующая кафедрой астрономии и космической геодезииtvbord@sibmail.com
Александрова Анна ГеннадьевнаНациональный исследовательский Томский государственный университетмладший научный сотрудник НИИ прикладной математики и механикиaleksann@sibmail.com
Чувашов Иван НиколаевичНациональный исследовательский Томский государственный университетмладший научный сотрудник НИИ прикладной математики и механикиchuvashov@sibmail.com
Всего: 3

Ссылки

Сюсина О.М., Тамаров В.А., Черницов А.М. Новые алгоритмы построения методом Монте-Карло начальных доверительных областей движения малых тел // Изв. вузов. Физика. 2009. T. 52. № 10/2. С. 48−55.
Александрова А.Г., Бордовицына Т.В., Чувашов И.Н. Об исследовании долговременной эволюции доверительных областей движения объектов геостационарной зоны // Изв. вузов. Физика. 2009. T. 52. № 10/2. С. 20-25.
Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980. 279 с.
Чувашов И.Н. Программно-математическое обеспечение для решения обратных задач динамики ИСЗ с использованием параллельных вычислений // Изв. вузов. Физика. 2011. № 6/2. С. 5-12.
Бордовицына Т.В., Александрова А.Г., Чувашов И.Н. Комплекс алгоритмов и программ для исследования хаотичности в динамике искусственных спутников Земли // Изв. вузов. Физика. 2010. T. 53. № 8/2. С. 14−21.
Шефер В.А. Регуляризирующие и стабилизирующие преобразования в задаче исследо- вания движения особых малых планет и комет: автореф. дис. ... к.ф.-м.н. Казань, 1986. 13 с.
Valk S., Delsate N., Lemaitre A., Carletti T. Global dynamics of high area-to-mass ratios GEO space debris by means of the MEGNO indicator // Adv. Space Res. 2009. V. 43. P. 1509-1526.
Бордовицына Т.В., Авдюшев В.А. Теория движения ИСЗ. Аналитические и численные методы. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007. 105 с.
Чувашов И.Н. Прогнозирование движения ИСЗ с использованием параллельных вычислений. Учет слабых возмущений // Изв. вузов. Физика. 2010. T. 53. № 8/2. С. 22-29.
Рыхлова Л.В. Засоренность околоземного пространства объектами техногенного происхождения // Околоземная астрономия - 2003: тр. конф. Т.2. Терскол, сентябрь 2003 г. Институт астрономии РАН. СПб.: ВВМ, 2003. С. 11-19.
Cincotta P.M.. Giordano C.M, Simob C. Phase space structure of multi-dimensional systems by meansof the mean exponential growth factor of nearby orbits // Physica D. 2003. V. 182. P. 151-178.
Бордовицына Т.В., Александрова А.Г. Численное моделирование процесса образования орбитальной эволюции и распределения фрагментов космического мусора в околоземном пространстве // Астрон. вестн. 2010. Т. 44. С. 259−272.
Авдюшев В.А. Интегратор Гаусса - Эверхарта // Вычисл. технологии. 2010. Т. 15. № 4. С. 31-47.
Klinkrad H. Space debris. Springer, 2006. 430 p.
Численное моделирование динамики околоземных космических объектов искусственного происхождения с использованием параллельных вычислений | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. № 4(16).

Численное моделирование динамики околоземных космических объектов искусственного происхождения с использованием параллельных вычислений | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. № 4(16).

Полнотекстовая версия