Особенности термосферы для аэродинамического анализа сверхнизкоорбитальных аппаратов

В статье рассматриваются физические условия термосферы в области сверхнизких орбит, анализируются особенности свободномолекулярного обтекания космических аппаратов. Особое внимание уделяется моделям взаимодействия молекулярного потока с поверхностью космического аппарата, включая вопросы аккомодации энергии и импульса. Представлен анализ физических параметров термосферы на сверхнизких орбитах, включая распределение плотности, температуры и химического состава, а также их зависимость от солнечной и геомагнитной активности. Проанализированы теоретические основы свободномолекулярного режима обтекания, где рассматриваются уравнения движения частиц, условия отражения от поверхности. Представлены методы экспериментального и расчётного определения коэффициентов аккомодации энергии. Анализируется влияние параметров атмосферы и характеристик поверхности на аэродинамику сверхнизкоорбитальных аппаратов.

1. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P. [et al.]. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2002. Vol. 107 (A12). P. 15–16. DOI: 10.1029/2002JA009430.

2. Bowman B., Marcos F. A., Huang C. [et al.]. A new empirical thermospheric density model JB2008 using new solar and geomagnetic indices. AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference and Exhibit. 2008. DOI: 10.2514/6.2008-6438.

3. Hanslmeier A. The NOAA space weather scales. The Sun and Space Weather. Springer, Dordrecht, 2004. P. 193–200. DOI: 10.1007/0-306-48211-8_10.

4. Bruinsma S., Boniface C. The operational and research DTM-2020 thermosphere models. Journal of Space Weather and Space Climate. 2021. Vol. 11. P. 47. DOI: 10.1051/swsc/2021.

5. Schmitt C., Bauer H. CHAMP attitude and orbit control system. Acta Astronautica. 2000. Vol. 46, no. 2. P. 327–333. DOI: 10.1016/S0094-5765(99)00227-1.

6. Flury J., Bettadpur S., Tapley B. D. Precise accelerometry on board the GRACE gravity field satellite mission. Advances in Space Research. 2008. Vol. 42, no. 8. P. 1414–1423. DOI: 10.1016/j.asr.2008.05.004.

7. Drinkwater M. R., Muzi D., Popescu A. [et al.]. The GOCE gravity mission: ESA’s first core Earth explorer. Proceedings of the 3rd International GOCE User Workshop, 6–8 November. Frascati, Italy, ESA SP-627. 2006. P. 6–8. ISBN 92-9092-938-3.

8. Bird G. A. Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows. Clarendon Press, Oxford University Press, 1994. 458 p.

9. Doornbos E. Thermospheric density and wind determination from satellite dynamics. Springer Berlin, Heidelberg, 2012. 184 p. DOI: 10.1007/978-3-642-25129-0.

10. Федянин В. В., Шалай В. В. Первичная оценка создания двигательной установки с возможностью использования остаточной атмосферы в качестве топлива // XLIX Академические чтения по космонавтике. 2025. Т. 1. С. 128–130.

11. Goodman F. O. Dynamics of gas-surface scattering. Elsevier, 2012. ISBN 9780323154611.

12. Moe K., Moe M. M. Gas–surface interactions and satellite drag coefficients. Planetary and Space Science. 2005. Vol. 53, no. 8. P. 793–801. DOI: 10.1016/j.pss.2005.03.005.

13. Goodman F. O. Preliminary results of a three-dimensional hard-spheres theory of scattering of gas atoms from a solid surface. Proceedings of the Fifth International Symposium on Rarefied Gas Dynamics. Advances in Applied Mechanics. Academic, New York, 1967. P. 35–48.

14. Moe M. M., Wallace S. D., Moe K. Recommended drag coefficients for aeronomic satellites. The Upper Mesosphere and Lower Thermosphere: A Review of Experiment and Theory. 1995. Vol. 87. P. 349–356. DOI: 10.1029/GM087.

15. Sentman L. H. Free molecule flow theory and its application to the determination of aerodynamic forces. Lockheed Aircraft Corporation. Lockheed Missiles and Space Company. Technical report. 1961.

16. Mehta P. M., Paul S. N., Crisp N. H. [et al.]. Satellite drag coefficient modeling for thermosphere science and mission operations. Advances in Space Research. 2023. Vol. 72, no. 12. P. 5443–5459. DOI: 10.1016/j.asr.2022.05.064.

17. Pilinski M. D., Argrow B. M., Palo S. E. [et al.]. Semiempirical satellite accommodation model for spherical and randomly tumbling objects. Journal of Spacecraft and Rockets. 2013. Vol. 50, no. 3. P. 556–571. DOI: 10.2514/1.A32348.

18. Walker A., Mehta P., Koller J. Drag coefficient model using the Cercignani–Lampis–Lord gas–surface interaction model. Journal of Spacecraft and Rockets. 2014. Vol. 51, no. 5. P. 1544–1563. DOI: 10.2514/1.A32677.