1 Информационно-аналитическая система мониторинга опасных небесных тел и планирования противодействия астероиднойй-кометной опасности Ганновер, июнь 2015 г.

2 Назначение системы Информационно-аналитическая система мониторинга опасных небесных тел и планирования противодействия астероиднойй-кометной опасности (ИАС АКО) предназначена для обеспечения руководителей служб МЧС России интегральной аналитической информацией о текущей обстановке, о возможных вариантах взаимодействия опасного небесного тела с атмосферой или поверхностью Земли.

3 Функциональность ИАС АКО Сбор и обработка данных Ситуационный анализ, Моделирование процессов 1. Алгоритмы и программы для сбора данных 4. Моделирование сценариев опасных сближений 2. Алгоритмы и программы для обработки данных 5. Оценка последствий чрезвычайных ситуаций 3. Набор алгоритмов и программ вычисления эволюции орбиты; 6. Визуализация результатов 7. Рекомендации и инструкции по предупреждению последствий ЧС

4 Структура ИАС АКО Подсистемы ИАС АКО: - автоматизированного сбора информации; - прогнозно-аналитическая; - визуализации и публикации данных. Хранилище данных, включающее: - базу данных; - банк данных. - банк данных.

5 Назначение блоков системы Хранилище данных – интегрированный информационный ресурс ИАС АКО, включающий базу данных и банк данных и обеспечивающий организацию эффективного хранения и быстрого доступа к данным мониторинга околоземного космического пространства, а также к результатам моделирования, анализа и оценки сложившейся ситуации Хранилище содержит данные наблюдений объектов исследования, орбитальные и физико-химические характеристики, результаты расчетов орбитальной эволюции при разных начальных условиях, данные для воспроизведения результатов решения задач, сопутствующие справочники, а также полный комплекс результатов мониторинга и анализа характеристик опасного небесного тела на всех этапах его наблюдения (вплоть до момента взаимодействия с атмосферой или поверхностью Земли).

Банк данных последствий возможного падения небесных тел на определенную поверхность Банк данных содержит: каталог опасных небесных тел и их характеристики; уточненные траектории движения небесных тел; характеристики воздействия поражающих факторов и их сопроводительное описание; физические величины, описывающие количественные характеристики поражающих факторов; границы зон воздействия поражающих факторов, их сопроводительное описание; электронные географические карты с отображением результатов взаимодействия; результаты внешних наблюдений процесса взаимодействия космического тела с атмосферой или поверхностью Земли; рекомендации и инструкции по предупреждению последствий ЧС для данного космического тела.

7 Назначение блоков системы Подсистема автоматизированного сбора информации – предназначена для ввода данных из различных информационных источников как в ручном, так и в автоматизированном режимах. Система обеспечивает контроль поступающей информации на основе сравнения с условно-эталонными данными, формируемыми администратором системы.

8 Система автоматизированного сбора информации Общий вид программного модуля сбора данных о наблюдениях околоземных объектов

9 Система автоматизированного сбора информации Общий вид программного модуля обработки данных о наблюдениях околоземных объектов

10 Назначение блоков системы программный комплекс для исследования эволюции орбит опасных небесных тел; программный комплекс для исследования эволюции орбит опасных небесных тел; модуль определения (уточнения) орбит опасных тел; модуль определения (уточнения) орбит опасных тел; модуль исследования эволюции орбит, позволяющий выявлять опасные траектории небесных тел; модуль исследования эволюции орбит, позволяющий выявлять опасные траектории небесных тел; модуль оценки вероятности столкновения; модуль оценки вероятности столкновения; модуль определения траектории падения тела; модуль определения траектории падения тела; модуль оценки последствий столкновений. модуль оценки последствий столкновений. Прогнозно-аналитическая подсистема включает:

11 Выполнения операции «Уточнение орбиты тела «ручной режим» Прогнозно-аналитическая подсистема

12 Программный комплекс для исследования эволюции орбит опасных небесных тел Окно системы визуализации Анимация движения Челябинского объекта - зеленая линия – траектория движения Земли, - красная линия – траектория движения опасного небесного тела

13 Траектория и трасса падения Челябинского объекта, отображенная в окне системы визуализации Программный комплекс для исследования эволюции орбит опасных небесных тел

14 Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Эффекты от взаимодействия опасного небесного тела с атмосферой или поверхностью Земли При пролете, торможении и разрушении небесного тела в атмосфере: ударная волна; тепловое излучение и пожары; электромагнитные возмущения; сейсмические эффекты; образование плюсаж. При возвращении высокоскоростных выбросов в атмосферу: акустико-гравитационные волны; электромагнитные возмущения; тепловое излучение и пожары. При ударе о поверхность и образовании кратера: изменение рельефа; сейсмические эффекты; образование плюсаж и ударной волны в атмосфере; тепловое излучение и пожары; выброс воды; выброс пыли; выброс климатически активных и/или токсичных газов; образование цунами; электромагнитные возмущения; акустико-гравитационные волны; химические реакции в атмосфере.

15 Анимация образования кратера Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли

16 Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Характерная последовательность событий: -падающее тело начинает испаряться, затем деформируется, распадается на фрагменты - после испарения фрагментов образуется газовая струя, состоящая из паров и нагретого в ударной волне воздуха -высокоскоростная струя продолжает двигаться вдоль траектории со скоростью, близкой к начальной скорости метеороида -струя тормозится и расширяется, образуя протяженное облако горячего и разреженного газа -облако начинает подниматься вверх, формируя атмосферный плюс Разрушающийся метеороид кометного происхождения ( ϱ ~0.9 г/см 3, D~100 м, V~50 км/с)

17 Различные возможные сценарии им пактов в зависимости от размера/материала и угла траектории : Твердые фрагменты кометы (D>100 м) могут долететь до Земли при ~ 90 0 ; 500-метровый астероид может в основном сгореть в атмосфере при ~ 5 0. Фиолетовый эллипс – параметры Тунгусского метеороида Высота выделения энергии может существенно уменьшится (на км), если учитывать эффект внутреннего трения между фрагментами. Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли

Характер энерговыделения влияет на распределение плотности и давления в формирующейся возмущенной области и ее эволюцию Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида

Размер области ~ 3 E Форма области ~ от профиля энерговыделения (пролета и разрушения в атмосфере) Черная область >1000 Па, серая >500 Па (1) (3) (2) (4) Энерговыделение (dE/dz), пропорциональное световой кривой (4), приводит к форме области избыточного давления, которая ближе к коническому случаю (2), чем к точечному взрыву (1) Избыточное давление на поверхности Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида

~85 km S Избыточное давление на поверхности Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида фото модель

Красные – разрушения (официальные данные) Оранжевые – разрушения, полевые данные Черные пустые – нет разрушений Желтые – метеориты Контуры: (от темного к светлому) 300 кт p>1000 Па, 520 кт p>1000 Па, 300 кт p>500 Па, 520 кт p>500 Па Форма поврежденной области: энергия метеороида выделялась не в одной точке, а вдоль значительного участка траектории Данные по разрушению стекол противоречивы Разрушение стекла p (Pa) 5% % % 3730 Mannan & Lees,2005, Разрушение стекла p (Pa) 5% % % 9000 Гельфанд, Сильников зависит от размера (часто – школы, клубы, магазины) -от толщины, локальных эффектов (особенно в городе) Brown et al.: ~12% стекол разбито p~ Па Мы приняли: p~500 Па – редкие стекла разбиты p~1000 Па – разбито заметное количество Избыточное давление на поверхности Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида

В зависимости от угла входа небесного тела в атмосферу сдвигаются центр зоны поражения и эффективная высота энерговыделения. Ущерб, нанесенный Челябинским метеороидом, был бы значительнее, если бы его траектория была более вертикальной Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Модуль оценки последствий взаимодействия опасного тела с атмосферой или поверхностью Земли Моделирование Челябинского болида

23 Назначение блоков системы формирование, сохранение и печать отчетных форм; формирование, сохранение и печать отчетных форм; экспорт полученных выходных отчетных форм в стандартные офисные приложения; экспорт полученных выходных отчетных форм в стандартные офисные приложения; формирование комплексных сведений об опасном небесном объекте, позволяющих оценить степень воздействия на местность и объекты инфраструктуры. формирование комплексных сведений об опасном небесном объекте, позволяющих оценить степень воздействия на местность и объекты инфраструктуры. Подсистема визуализации и публикации данных и результатов расчетов обеспечивает:

24 Подсистема визуализации и публикации данных и результатов расчетов Начальный вид модуля подготовки электронных карт

25 Подсистема визуализации и публикации данных и результатов расчетов Отображение поражающего фактора (воздушная волна)

26 Подсистема визуализации и публикации данных и результатов расчетов Отображение поражающего фактора (пожары)

27 Перспективы развития ИАС АКО Интеграция ИАС АКО с Единой государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, что позволит повысить эффективность системы поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях, связанных с АКО.

28 ИАС АКО разработана по заданию МЧС России. В создании системы принимали участие: Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Институт астрономии РАН, Институт динамики геосфер РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России.

29 Спасибо за внимание!