Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. Разработан комплекс программ (модернизированные старые и новые методики), позволяющий оценить основные последствия (максимальные амплитуды ударных волн и скоростного напора в разных точках на поверхности Земли, потоки излучения в разных точках на поверхности Земли, сейсмический эффект и ионосферные возмущения) "метеорных взрывов", т.е. таких ударов космических тел, при которых они разрушаются, тормозятся и выделяют основную энергию в атмосфере, не образуя заметных кратеров на поверхности Земли. 2. Показано, что жидкостная модель, которая базируется на предположении, что деформация космических тел размером больше нескольких десятков метров начинается на высотах, где аэродинамическая нагрузка существенно превышает их прочность, и, следовательно, тело уже полностью разрушено, может использоваться для оценки параметров ударной волны и потоков излучения на поверхности Земли, вызываемых падением комет и астероидов размером около 20 метров. Результаты моделирования Челябинского события, полученные по этой модели, удовлетворительно согласуются с наблюдательными данными, такими как световая кривая и торможение, параметры ударной волны, излучение на поверхности. Поскольку объекты меньше Челябинского космического тела, по-видимому, не представляют серьезной опасности, то катастрофические последствия падений почти всех опасных космических объектов можно рассматривать в рамках жидкостной модели, которая, однако, не позволяет определить небольшое количество сохранившихся фрагментов, которые падают на землю в виде метеоритов. Особый подход также необходим для оценки воздействия относительно небольших прочных тел (например, железных метеороидов, таких как Сихотэ-Алинь). Результаты численного моделирования показали, что, вопреки ожиданиям, вертикальной вход метеороида с параметрами Челябинского метеорита приводит лишь к небольшому повышению избыточного давления и увеличению области разрушений по сравнению с падением под углом 19 градусов, радиационное воздействие уменьшается. 3. Проведенные расчеты показали, что при вертикальных ударах каменные астероиды диаметром менее 50-100 м и кометы диаметром менее 100-150 м разрушаются в атмосфере и не образуют кратеры. При уменьшении угла наклона траектории предельные размеры ударников, которые фрагментирую и тормозятся в атмосфере, заметно увеличиваются. 4. Показано, что при косых ударах области максимальных давлений на поверхности смещены от номинальной точки удара на несколько километров (до 20 км при очень наклонных траекториях). Форма области сильных разрушений почти сферическая для ударов под углом >45° и напоминает бабочку для более косых ударов. Для всех рассмотренных сценариев вычислены максимальные величины давления и скорости на поверхности, а также площади, на которых давление превышало определенную величину (0.2, 0.1, 0.05 и 0.02) от нормального атмосферного давления. Выявлен дополнительный поражающий фактор, область пониженного давления (порядка 60-90% от нормального), которая возникает в эпицентре сразу после прохождения ударной волны. Такое пониженное давление не менее опасно для людей, чем повышенное. Последствия падения комет аналогичны последствиям падений астероидов. При тех же размерах и скоростях все эффекты на поверхности уменьшаются (полная энергия кометы меньше в 3 раза из-за разности плотностей). При похожих энергиях астероидов и комет давление и скорость ветра после падения кометы меньше, а вот площадь малых возмущений (2% повышение давления) – больше. 5. Вычисленные магнитуды сейсмических источников, порождаемых метеорными взрывами, лежат в диапазоне от 4.0 (для ледяного тела диаметром 30 м со скоростью 20 км/с) до 5.9 (для каменного тела диаметром 100 м со скоростью 50 км/с). Проведённые расчеты магнитуд землетрясений метеорных взрывов показали, что для заданной кинетической энергии космического тела нет определенных зависимостей от угла входа или скорости. Лишь для вертикальных ударов (под углом 90°) наблюдается заметное уменьшение магнитуды. Если перейти от магнитуды к сейсмической энергии поверхностной волны, оцениваемой из магнитуды по формуле Гуттенберга-Рихтера, то оказывается, что сейсмическая эффективность метеорного взрыва в выбранном диапазоне параметров (кроме вертикальных ударов) изменяется от 1.5×10-5 до 6×10-5. 6. Созданы компьютерные программы, которые, используя результаты программы СОВА, позволяют получать потоки излучения на поверхности земли при падении космических тел, тормозящихся в атмосфере. Сравнение результатов с наблюдательными данными при падении Челябинского метеорита дало хорошее совпадение по высвеченной энергии, определенной по спутниковым и наземным наблюдениям, и по воздействию ультрафиолетового излучения на очевидцев падения в окрестности взрыва. Проведены вычисления потоков излучения на поверхности земли при падении космических тел, тормозящихся в атмосфере земли, в широком диапазоне их параметров. По результатам вычислений получена база данных. Установлено, что эффективность излучения, т.е. отношение излучаемой энергии к кинетической энергии тела, невелика по сравнению с сосредоточенными взрывами в атмосфере и составляет при углах входа от 90 до 30 градусов от нескольких до десяти процентов. При уменьшении углов входа до 15° эффективность излучения может расти почти до 20%. Характерные времена высвета составляют от двух-трех секунд для метеорных взрывов, инициированных телами размером 30-50 м, до нескольких десятков секунд при размерах тел 100-200 м, когда они входят в атмосферу под острыми углами. Импульсы излучения при падении тел размером 30 м недостаточны для возникновения пожаров, но могут причинить вред человеку. Зоны воспламенения материалов при падении тел диаметром 100 м могут достигать размера 100 км. 7. Разработана физико-математическая и численная модели генерации и распространения атмосферных возмущений, вызываемых "метеорными взрывами", в осесимметричном 2D приближении. Разработанная методика использована для расчета ионосферных возмущений, генерируемых при вертикальных ударах космических тел. Продемонстрирована картина преобразования вертикального движения, вызванного распространением ударной волны вверх в сторону понижения плотности воздуха, в горизонтальные потоки внутри ионосферы. Получена зависимость возмущений плотности от времени в избранных точках пространства на расстояниях до 3000 км от оси и на высотах 200 и 300 км. Тем самым оценены возмущения электронной концентрации, которые пропорциональны возмущениям плотности, если фоновая электронная концентрация на заданной высоте не меняется со временем. Эти возмущения достигают десятков процентов. Сопоставление результатов расчета падения Челябинского метеорита с данными наблюдений продемонстрировало удовлетворительное согласие, свидетельствующее о возможности оценивать в первом приближении возмущения электронной концентрации в ионосфере, вызванные Челябинским событием, по рассчитанным 2D профилям возмущений плотности, также как и о возможности получения в рамках 2D моделирования грубых оценок возмущений в ионосфере, вызванных другими «метеорными взрывами» при углах входа, отличных от 90 градусов. При более мощных ударах над эпицентром "взрыва" на высотах более 100 км образуется разреженная горячая область диаметром в несколько тысяч километров, существующая часы. И внутри и снаружи этой области видны возмущения плотности с характерными масштабами от десятков до сотен километров. 8. Проведены работы по анализу орбитальных параметров известных околоземных астероидов и метеорных потоков, пересекающих орбиту Земли. В качестве объектов для анализа были выбраны 30 околоземных астероидов, у которых межорбитальное расстояние (MOID) между своей орбитой и орбитой Земли составляет менее чем 6478 км. (4,33•10-5 а.е.). Проведено исследование скорости входа и угла входа в атмосферу для таких тел. В ходе работ создана таблица тестовых объектов, которую можно использовать при разработке калькулятора последствий. Разработана методика определения места входа в атмосферу опасного астероида исходя из заданных орбитальных параметров объекта. Разработана программная реализация методики определения вероятности столкновения космического объекта с Землей. 9. Разработана концепция построения прототипа калькулятора как вэб-приложения с базой данных. По ней был построен прототип калькулятора, который имеет несколько интернет страниц: это страница общего описания системы, страница ввода параметров падающего тела и страница результатов оценки поражающих факторов. Страница ввода параметров падающего тела позволяет задавать диаметр, плотность, скорость входа и угол входа падающего тела, расстояние точки наблюдения, для которой будут выведены значения оценок, и параметры места падения. Так же реализован двойной контроль ввода параметров на стороне пользователя и сервера. Показ страницы с результатами оценок осуществляется по технологии AJAX. Это означает, что блок результатов встроится в текущую страницу (ввода параметров) и не приведет к ее полному обновлению. Для страницы результатов оценок также было реализовано отображение картографической информации. Результаты, полученные в 2016г., опубликованы в 5 статьях в журналах и сборниках, отражены в 3 докладах на конференциях. Часть полученных результатов, готовится к публикации.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Получены распределения давлений и скорости ветров у поверхности для разных сценариев ударов. Показано, что только сильно наклонные удары (30 градусов к горизонту и меньше) приводят к несимметричным распределениям давлений; удары под углом 45 градусов и больше дают почти симметричные распределения давлений и скоростей. Максимальные значения всегда достигаются вблизи точки удара и немного вытянуты вперед по направлению удара. Исключение составляют удары 300-м комет под углами 30 и меньше градусов. В этом случае кратера не образуется, а максимальные давления слегка сдвинуты вверх по траектории (т.е. такие сценарии ближе к сценариям атмосферных взрывов, а не к кратерообразующим событиям). Для всех рассмотренных сценариев вычислены максимальные величины давления, скорости, а также площади, на которых давление превышало определенную величину (3, 1.7, 1.35, и 1.2 от нормального атмосферного давления). Площадь сильных поражений в десятки (а умеренных – в сотни) раз больше площади кратера вместе с его выбросами. Таким образом, именно ударная волна является основным поражающим фактором для кратерообразующих ударов с размером кратера в несколько десятков км. 2. Получены оценки массы выброшенного из кратера вещества ударника и мишени. Показано, что низкоскоростные (сотни метров в секунду и меньше) выбросы распределяются вокруг кратера изотропно. Высокоскоростные (>2 км/с) выбросы несимметричны и состоят из расплавленного и частично испаренного материала ударника и верхних слоем мишени. При углах наклона < 45, весь ударник выбрасывается из кратера. 3. Проведенные расчеты показали, что при падении комет и астероидов размером от 300 м до 10 км, падающих под различными углами со скоростями от 15 до 50 км/с, формируется атмосферный плюм, который выбрасывает продукты удара и воздух из нижних слоев атмосферы на высоты в несколько тысяч километров. В результате над кратером образуется возмущенная область на высотах от 100 км до нескольких тысяч километров радиусом от нескольких сотен до нескольких тысяч километров, в которой плотность воздуха на несколько порядков превышает равновесную. Похожая картина наблюдалась при падении фрагментов кометы Шумейкеров-Леви 9 на Юпитер. 4. Проведены вычисления потоков излучения на поверхности земли при падении космических тел размером 300-3000 метров, образующих кратеры на земной поверхности. Установлено, что длительности радиационного импульса составляют от ~1 минуты при размере ударяющего тела 300 м до ~10 минут при размере 3 км. Доля кинетической энергии ударяющего тела, которая преобразуется в энергию теплового излучения, достигающего поверхности земли, может изменяться от ~0.5% до ~9%. Прямое тепловое излучение от светящейся области и ударного плюма представляет большую опасность для людей, животных, растений, экономических объектов. После ударов со скоростью 20 км/с под углом 45º может произойти пожар на расстоянии от кратера, который в 700-1000 раз больше диаметра тела, т. е. на расстоянии до 1000 км при ударе километрового тела. Расплавленные породы можно обнаружить на удалении от ударных кратеров. Площадь области с расплавленной почвой может быть довольно обширной, и при ударе тела диаметром 3 км может простираться на 500-600 км. 5. Предложена методика оценки инструментальных характеристик сейсмических возмущений, инициируемых ударами кратерообразующих космических тел, основанная на аналогии с подземными взрывами. Аналогия со взрывами кажется более естественной, чем аналогия с землетрясениями, в силу характера физических процессов. Однако сейсмическая эффективность ударов космических тел в 5-10 раз меньше, чем сейсмическая эффективность подземных взрывов. 6. Проведен анализ результатов расчетов потоков излучения на поверхности земли, проведенных в 2016 году, и предложены аппроксимационные зависимости, дающие возможность оценить эффективность высвета и плотность энергии/потока излучения в любой точке поверхности при падении космических тел, тормозящихся в атмосфере Земли. Для всех параметров, входящих в аппроксимации, найдены соответствующие зависимости, позволяющие определить их значения при известных свойствах тела. В большинстве случаев отличие оценок, основанных на предложенных аппроксимациях, от результатов расчета не превышает 2-3 раз. Показано, что излучение космических тел астероидного и кометного происхождения размером от 20 до 100 м может быть представлено как излучение источника на высотах от 20-30 до нескольких километров с длительностью в основном 1-4 с. Эквивалентный точечный источник излучения располагается выше, чем высота эквивалентного точечного взрыва, который генерирует такую же ударную волну, как и падение космического тела с заданными параметрами. На основе анализа результатов систематических расчетов формирования и распространения ударной волны при падении космических тел, тормозящихся в атмосфере Земли, в широком диапазоне их параметров предложены аппроксимационные зависимости, дающие возможность оценить избыточное давление и скорость ветра в любой точке поверхности. Поскольку выделение энергии при входе и разрушении метеороидов отличается от точечного источника, то соответствующие распределения пространственно неоднородны, что было учтено введением эллиптичности. Были найдены аппроксимации для максимального значения избыточного давления на поверхности и для площадей, на которых избыточное давление превышает выбранное значение. Все параметры предложенных аппроксимаций зависят только от свойств падающего объекта. Предложенная аппроксимация для распределения давления позволяет удовлетворительно (с погрешностью в основном порядка двух раз) описать центральную область, в которой наблюдаются наибольшие значения избыточного давления, превышающего 2.5-5 кПа, представляющие наибольшую опасность. Эту аппроксимацию можно рассматривать как первое приближение, которое учитывает главные особенности распределения с одним максимумом и описывает центральную область избыточного давления эллипсами. Анализ результатов численного моделирования позволил получить упрощенные аппроксимации, которые описывают эффекты, вызванные распространением ударной волны и действием теплового излучения на поверхности Земли для входящего тела с произвольным выбранным размером, скоростью и углом входа. Предложенные аппроксимации использованы в калькуляторе для быстрой оценки теплового излучения и эффектов ударной волны. 7. На основе созданной приближенной методики была построена модель калькулятора оценки последствий для «метеорных взрывов», реализованная в виде web-приложения. Она представляет собой модульную структуру и на текущий момент состоит из 6 модулей, один из которых предназначен для ввода входных параметров, а остальные – для расчета поражающих факторов, которые включают в себя оценки теплового излучения, параметров ударной волны, сейсмического эффекта и возмущений ионосферы. Все модули были объединены в единую программу – web приложение. Разрабатываемое приложение было опубликовано в сети интернет по адресам - http://asteroidhazard.ru и http://asteroidhazard.pro.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. На основе проведенных ранее расчетов падении космических тел размером 300-3000 метров получены интерполяционные формулы для оценки максимального избыточного давления и максимальной скорости ветра за фронтом ударной волны. Полученные формулы были использованы для создания программного модуля для калькулятора, позволяющего быстро оценивать все основные последствия ударов космических тел. 2. Был проведен анализ возможного влияния глубины водоема на основные последствия ударов космических тел в том случае, когда они падают в море или океан. Показано, что при глубинах менее примерно половины размера ударника избыточное давление на поверхности такое же как при ударах на суше, при глубинах более трех-четырех размеров ударника избыточное давление при ударах в море примерно в два-три раза больше. Это связано с тем, что вода при ударе более эффективно греется и испаряется. Свечение при ударах в море оказывается намного слабее. При ударах по поверхности основная энергия высвечивается двухфазным (пар/расплав) веществом ударника и мишени в течении долгого (минуты) времени. При ударах в воду плюм, состоящий, в основном, из паров воды, быстро (в течении нескольких секунд) охлаждается до температуры конденсации (около 100оС). Сейсмические волны в твердой земле при ударах в воду тоже не актуальны, значительно опаснее волны цунами, которые генерируются в океане при таких ударах. Рассчитать эффект от действия цунами на разных расстояниях от эпицентра удара не представляется возможным, т.к. этот эффект зависит не только от расстояния, но и от пути, который различен для разных точек удара и наблюдения. Однако, по-видимому, необходимо определить начальные амплитуды волны цунами для разных сценариев удара. Мы планируем это сделать, если проект будет продолжен. Что касается ионосферных возмущений, то при ударе основной эффект связан с выбросом в атмосферу, в том числе и ионосферу, большого количества морской воды. Проведенные нами расчеты показали, что при падении километровых комет на высоты более 60 км выбрасывается от 1 до 20 км3 воды. 3. На основе проведенных ранее расчетов получены интерполяционные формулы для оценки возмущений плотности воздуха на высоте 300 км (в области максимума электронной концентрации F-слоя) и возмущений температуры воздуха на высоте 100 км (где они максимальны) при падении астероидов и комет размером от 30 м до 3000 м, углов входа от 0° до 90°, скоростей тел от 15 до 70 км/с. В большинстве случаев отличие точных расчетов от интерполяционных формул не превышает 2-3 раз. Полученные формулы были использованы для создания программного модуля для калькулятора, позволяющего быстро оценивать все основные последствия ударов космических тел. 4. На основе проведенных ранее расчетов падении космических тел размером 300-3000 метров получены интерполяционные формулы для оценки поверхностной плотности энергии излучения, для максимального значения поверхностной плотности энергии излучения и для длительности импульса излучения. Полученные формулы были использованы для создания программного модуля для калькулятора, позволяющего быстро оценивать все основные последствия ударов космических тел. 5. Разработанная на этапах 2016 и 2017 годов методика быстрой оценки сейсмического эффекта при падении космических тел размером 30-3000 метров реализована в виде программного модуля для калькулятора, позволяющего быстро оценивать все основные последствия ударов космических тел. 6. Выбросы из кратера можно в первом приближении разделить на две категории – баллистические и конвективные. Траектория баллистических выбросов определяется их начальной скоростью и торможением в атмосфере. Конвективные выбросы быстро теряют свою начальную скорость, и их дальнейшее движение полностью определяется воздушными течениями, вызванными падением ударника и образованием кратера (в первые минуты) и локальными погодными условиями (в последующие часы и дни). Баллистические выбросы состоят из более крупных частиц (больше 10 см), а частицы миллиметрового размера и меньше можно отнести к конвективным выбросам. Сравнение расчетов распространения выбросов из кратера с законами подобия показало, что последние с хорошей точностью описывают распределение баллистических выбросов при ударах. Небаллистические выбросы не поддаются параметризации, так как зависят от состояния атмосферы при ударе и после. Такие выбросы обычно не представляют опасности в момент удара, так как очень незначительны по массе, но могут быть важны для оценки долговременных последствий. 7. Разработан блок «Конструктор опасных орбит», который позволяет пользователю задать орбиту опасного космического тела, сталкивающегося с Землей и определить параметры сближения с Землей, либо задать параметры входа опасного тела в атмосферу и по ним восстановить орбиту космического тела. Для известных космических объектов с помощью программного блока «Конструктор опасных орбит» калькулятора была проведена оценка скорости входа в атмосферу Земли известных астероидов и метеороидов. Были также рассчитаны орбиты 16 метеоритообразующих болидов. 8. Все разработанные в течении года методики оценки различных катастрофических факторов были реализованы в виде программных модулей и интегрированы в web-приложение. Реализованы 3 сценария работы калькулятора в зависимости от вводимых данных пользователем. Первый заключается в определении последствий столкновения космического тела с Землей на основании плотности, диаметра тела, его скорости и угла входа в атмосферу, на заданном расстоянии до точки оценки последствий. Второй сценарий позволяет оценить последствия столкновения реального (или виртуального) космического тела с Землей, указав его параметры орбиты и физические свойства. Калькулятор рассчитает условия входа в атмосферу (географическое положение точки входа в атмосферу, скорость входа в атмосферу, угол входа) с учетом притяжения Солнца, Земли и других планет, и предполагаемые последствия столкновения с учетом физических параметров тела. Третий сценарии позволяет восстановить (определить) орбиту космического тела по заданным параметрам входа в атмосферу зарегистрированного космического тела. Калькулятор выложен в сети по адресу http://www.asteroidhazard.pro/ru