《碎石堆小行星的不規則散體建模與N體動力學仿真研究》是依託清華大學，由李俊峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碎石堆小行星的不規則散體建模與N體動力學仿真研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李俊峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
探測小行星是未來幾十年內航天界的研究熱點。各國相繼提出並部分實施了小行星近距飛越、環繞著陸、採樣返回等項目，我國也將實施小行星探測任務。資料表明小行星多為碎石堆結構，易受探測活動中產生的力或振動的影響而破碎瓦解，因此探測前必須進行動力學建模，研究探測活動與小行星自身演化的相互作用，確保探測任務順利執行。目前國際上尚未形成針對不規則碎石堆小行星力學特性的建模方法，本項目結合散體動力學與引力N體動力學，擬開展以下工作：1、建立球體與多面體散體顆粒的接觸模型，構建處理多面體接觸的高效算法；2、比較不規則顆粒引力場建模方法，研究不規則顆粒的相互引力耦合作用模型，建立碎石堆引力場高精度模型，並為其設計並行樹結構的引力N體數值積分方法；3、建立空間環境作用力模型，研究碎石堆結構在空間環境中的衝擊回響特性和長期演化規律。此項目將為我國小行星探測和防禦奠定理論基礎，並促進太陽系起源和演化的研究。
結題摘要
本項目從碎石堆結構的物理特性出發，建立了高效並行樹結構引力 N 體-離散動力學模型，結合連續介質理論與衝擊動力學方法，對碎石堆小行星的結構穩定性和動力學過程進行了研究。針對 YORP 加速自旋效應，分別採用連續介質理論分析方法和離散動力學數值模擬方法，從不同角度分析了給定材料參數的碎石堆小行星在一定旋轉狀態下的應力分布特徵，對碎石堆結構的失效模式和極限轉速進行推斷。提出了評估碎石堆離散元模型的極限轉速和結構強度的方法。以近地雙小行星系統65803Didymos為例，通過離散動力學自旋加速模擬，研究其結構的動力學回響特性和蠕變穩定性，建立了該系統主星的顆粒分布構型與失效條件、失效模式間的聯繫，給出了物理性質和材料參數的取值範圍，討論了類Didymos型雙小行星系統的形成機制。研究小行星軌道攝動力對撞擊噴射物質運動的作用，發現攝動力在近日點處增強，能夠提高撞擊事件中小行星的質量損失率。結合物質點法對兩種不同結構的小行星開展高速撞擊演化模擬，分析了撞擊後碎片對地球的威脅指數。結果顯示，與完整結構相比，針對碎石堆結構小行星的撞擊防禦的總體效果更好。所建立的研究方法有望用於未來小行星防禦任務的撞擊條件選擇和撞擊結果預估。
