Ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 разработали модель для‑изучения ударных волн в атмосфере Марса
Механики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 впервые изучили ударные волны в неравновесном углекислом газе и создали математическую модель, которая поможет точнее рассчитывать условия входа космических аппаратов в атмосферу Марса. Разработка позволит избежать ошибок при проектировании теплозащиты и повысит безопасность будущих миссий к Красной планете.
Ударные волны в?смеси углекислого газа (CO?) и?инертных газов изучаются в?экспериментах для?анализа параметров неравновесного газа и?тепловых потоков при высоких температурах. Такие?волны возникают при?гиперзвуковых полетах, поэтому их?изучение необходимо для?моделирования входа спускаемых аппаратов в?атмосферу Марса, основу которой составляет CO?.
Результаты исследования опубликованы в?научном журнале Physics of?Fluids.
Теоретические модели помогают интерпретировать эксперименты и?применять полученные данные к?реальным условиям для?дальнейших исследований. Однако в?аэродинамических трубах ударные волны формируются в?неравновесном потоке, что?может искажать характеристики газа за?фронтом волны и?на?поверхности модели. В?реальности?же газ перед волной находится в?равновесии, поэтому прямое использование экспериментальных данных без?уточнений и?поправок может привести к?ошибкам во?время полетов.
Ученые Санкт?Петербургского университета впервые изучили ударные волны в?неравновесном CO? и?на?основании результатов исследования создали математическую модель, которая позволяет детально анализировать структуру ударных волн в?углекислом газе и?его?смесях с?инертными газами.
Наша математическая модель описывает течение смеси углекислого газа и?инертного газа, используя кинетическую теорию неравновесных процессов с?учетом многомасштабных явлений. В?отличие от?двухатомных газов молекулы CO? имеют несколько колебательных мод, что?затрудняет моделирование. Созданная модель строится на?основе анализа микроскопических процессов?— столкновений частиц и?разных механизмов колебательной релаксации CO?, чтобы?определить ключевые факторы, влияющие на?течение.
Заведующая кафедрой гидроаэромеханики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 профессор РАН Елена Кустова
Как?дополнила эксперт, особенность подхода в?том, что?модель полностью самосогласованная: вместо использования эмпирических данных все уравнения и?коэффициенты переноса (вязкость, теплопроводность, диффузия) выводятся теоретически, а?диффузия в?них учитывается впервые.
Для?численного решения разработан собственный код на?основе метода конечных объемов, поскольку стандартные коммерческие программы не?подходят для?подобных уравнений. Таким?образом, весь процесс?— от?теоретического обоснования до?расчетов?— выполняется самостоятельно, без?использования готовых решений.
Результаты исследования показали, что?диффузия существенно влияет на?теплопередачу в?смеси CO? и?гелия. Однако в?традиционном подходе этот?процесс не?учитывается, из?за?чего расчеты дают заниженный в?два раза тепловой поток. Разработка ученых Санкт?Петербургского университета помогает избежать этого?и?значительно увеличивает точность прогноза нагрева спускаемых космических аппаратов.
В?дальнейшем планируется изучить не?только падающие, но?и?отраженные от?твердой стенки ударные волны, исследовать расширение потока углекислого газа в?сверхзвуковом сопле и?взаимодействие такого?неравновесного потока с?аэродинамической моделью. А?также сравнить различные подходы (методы механики сплошной среды и?прямого статистического моделирования) к?решению задачи об?ударных волнах в?углекислом газе для?определения пределов применимости континуальных методов в?неравновесной аэродинамике.
Ранее ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 под руководством заведующей кафедрой гидроаэромеханики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 профессора РАН Елены Кустовой создали современную программу для?анализа неравновесности диоксида углерода, которая помогает решать задачи в?космосе и?на?Земле. Например, рассчитывать условия для?посадки аппаратов на?Марс и?совершенствовать методы утилизации углекислого газа для?снижения парникового эффекта на?планете.
Уникальная программа, разработанная учеными Университета, не?имеет аналогов в?мире. Она?учитывает тысячи колебательных состояний CO? и?доступна в?двух вариантах: развернутом (6–8 тысяч уравнений) и?сокращенном (около десяти уравнений). Программа универсальна?— с?ее?помощью можно моделировать любые неравновесные процессы в?газах с?высокой точностью, а?также анализировать данные экспериментов из?ударных труб, сопел и?аэродинамических установок.
С?ее?помощью исследователи рассчитали параметры, необходимые для?безопасной посадки космических аппаратов на?Марс, Венеру и?спутники Юпитера, где в?атмосфере преобладает CO?. Кроме того, программа помогла усовершенствовать методы переработки диоксида углерода, что?может снизить его?вредное воздействие на?экологию и?замедлить глобальное потепление. Подробнее о?разработке можно узнать на?портале ?188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 в?деле?.
Санкт?Петербургский государственный университет?— старейший университет России?— был основан 28?января (8?февраля) 1724?года, когда Петр I?издал указ об?учреждении Университета и?Российской академии наук. Сегодня 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入?— один из?крупнейших научно?образовательных центров. Здесь учатся более 20?тысяч студентов, созданы более 15?крупных лабораторий и?23?ресурсных центра, входящих в?ведущий Научный парк страны. 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入ники Университета неоднократно становились лауреатами Нобелевской и?Филдсовской премий.
С?недавних пор Северная столица официально отмечает новый праздник?— День Санкт?Петербургского государственного университета, внесенный в?закон Санкт?Петербурга ?О?праздниках и?памятных датах в?Санкт?Петербурге?.
В?феврале 2025?года состоялась торжественная церемония, в?ходе которой космонавты ?Роскосмоса? передали Университету флаг ?300 лет 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入?, проделавший путь до?Международной космической станции и?обратно.