Разработка информационно-вычислительных моделей сложных динамических систем и процессов в ближнем космосе

Объектом исследования являются сложные динамические процессы в физических средах, включая ближний космос и работу космических аппаратов в такой среде. Цель работы – создание и использование новых информационно-математических моделей сложных динамических процессов в физических средах. 1. В области разработки вычислительных моделей и валидации разработанных программ для расчета тепловых режимов функциональных узлов и модулей космических аппаратов в ИВМ СО РАН проводятся работы по созданию и внедрению встроенных интеллектуальных систем мониторинга и контроля тепловых режимов бортового оборудования космических аппаратов. Разработка и использование таких систем является перспективным направлением, направленным на повышение качества и надежности сложных устройств. В АО «Информационные спутниковые системы» (г. Железногорск) запланировано применение встроенных интеллектуальных систем контроля тепловых режимов на борту создаваемых космических аппаратов. 2. В области разработки физико-математических моделей и численных алгоритмов для расчетов распределений ионосферных электрических полей и токов, а также диссипативных слоев в космической плазме с учетом эффектов Холла и ее неоднородной проводимости достигнуты следующие результаты. Круг создаваемых математических моделей космической плазмы касается важных гидродинамических и электромагнитных процессов в таких областях, как верхняя атмосфера, ионосфера и токовый слой магнитосферного хвоста. Взаимодействие этих областей осуществляется посредством электрических полей и токов. При этом ионосфера представляет собой омическую нагрузку, обеспечивая замыкание электрических токов, генерируемых в атмосфере и магнитосфере физическими механизмами различной природы. 3. В области вычислительного и математического моделирования для разработки и обоснования новых методов оптического манипулирования резонансными атомами, ионами, кластерами и наночастицами получены следующие результаты. Посредством суперкомпьютерного моделирования стохастической динамики ионов в полихроматической оптической решётке обосновано новое решение проблемы полностью оптического удержания холодных ионных кулоновских кристаллов в течение длительного времени (по сравнению с монохроматическими оптическими решетками). Новый метод может быть использован для улучшения характеристик приборов, основанных на ионных ловушках. 4. В области исследования процессов разделения конвективных течений многокомпонентных смесей в термодиффузионных колоннах, разработки теоретических основ измерения коэффициентов переноса в таких cмесях и их применения для обработки данных космических экспериментов, создания математических моделей переноса ионов в нанопористых мембранах получены следующие результаты: Разработаны математические алгоритмы для определения коэффициентов диффузии и термодиффузии (Соре) на основе обработки экспериментальных данных серии экспериментов DCMIX на Международной космической станции. Коэффициенты рассчитываются на основе пространственно-временных зависимостей показателя преломления лазерных лучей, прошедших через ячейку с многокомпонентной смесью (метод цифровой оптической интерферометрии). Выполнен анализ зависимости коэффициентов диффузии тройных смесей от выбора системы отсчета. Установлена незначительная (или существенная) зависимость коэффициентов диффузии от системы отсчета для смесей с линейной (и, соответственно, нелинейной) зависимостью молярного объема от мольных долей компонентов. Проведена коррекция исходных коэффициентов перекрестной диффузии в пределах измерительной ошибки, что послужило дополнительной проверкой экспериментальных данных, недоступной другими методами.