Reducción del arrastre de naves espaciales en órbita terrestre muy baja mediante la optimización de la forma JA Walsh y L. Berthoud (2017) muestran simulaciones que calculan los coeficientes de arrastre para diferentes formas de "cono de morro" de naves espaciales en órbita terrestre muy baja o VLEO. Dice:
Para responder a esta pregunta, es necesario realizar simulaciones aerodinámicas en el cuerpo del satélite. La densidad atmosférica en VLEO es tan baja que el medio ya no es continuo, sino que puede describirse como un flujo molecular (Número de Knudsen>1),8 para el cual existen varios métodos de simulación disponibles. Estos incluyen métodos analíticos como los presentados por Sentman 8 Los métodos analíticos pueden proporcionar estimaciones rápidas de las fuerzas aerodinámicas que un cuerpo podría experimentar, pero son menos útiles con formas más complejas, especialmente donde ocurren interacciones secundarias entre partículas y superficies 9 . Alternativamente, los simuladores de partículas como los métodos Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) iniciados por Bird 10pueden proporcionar una evaluación más precisa de las fuerzas aerodinámicas a medida que se esfuerzan por replicar la física detrás del flujo molecular. Sin embargo, esto tiene el costo de un mayor tiempo de simulación. Para el trabajo que se realiza aquí, es deseable la capacidad de capturar los aspectos no lineales del flujo alrededor de cuerpos complejos. Por esta razón , se utilizó el código DSMC 'SPARTA' (que significa Stochastic PArallel Rarefied-gas Time-accurate Analyzer) 11,12 .
Pregunta: ¿Qué es Direct Simulation Monte Carlo y por qué los "simuladores de partículas" como este son un buen método para simular la resistencia de una nave espacial en VLEO?
Table 1: Atmospheric Properties in VLEO
Minimum Maximum Simulation
Density [kg/m3 ] 7.28×10E−12 2.49×10E−09 1.05×10E−10
Temperature [°K] 447 1438 990
Velocity [km/s] 7.70 7.85 7.77
Nota: Esto también podría preguntarse o trasladarse a Physics SE, Engineering SE, Scientific Computing SE e incluso Computational Fluid Dynamics SE del Área 51 si se considera fuera de tema aquí.
Tengo entendido que la parte de "Simulación directa" se refiere al hecho de que, en lugar de resolver ecuaciones que rigen el flujo (como en la Dinámica de fluidos computacional), simula directamente las partículas que interactúan con las superficies. En lugar de modelar cada átomo, se agrupan en "moléculas" que representan una gran cantidad de átomos, y el resultado de cada interacción se calcula en función de modelos probabilísticos. Puede encontrar información sobre la herramienta SPARTA aquí .
Este enfoque se utiliza en el análisis VLEO porque la densidad muy baja (y la temperatura alta) significa que el camino libre medio de las partículas atmosféricas es mucho más grande que las dimensiones del satélite. Esto significa que casi no hay interacción entre las propias partículas, por lo que los conceptos de "flujo" y dinámica de fluidos no se aplican realmente.
UH oh
usuario21103