автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Компьютерная технология исследования метеороидных комплексов в ближнем космосе

На правах рукописи

ТИЩЕНКО Валентина Ивановна

КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТЕОРОИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ В БЛИЖНЕМ КОСМОСЕ

Специальность 05.13.18- Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

Ярославль 2005

Работа выполнена в Обнинском государственном техническом университете атомной энергетики (ИАТЭ)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Куликова Нэлли Васильевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Гребеников Евгений Александрович

Ведущая организация: Институт астрономии РАН

Защита состоится 28 июня 2005 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета К 212.002.04 при Ярославском государственном университете им. П.Г. Демидова по адресу: 150000, г. Ярославль, ул. Советская, д. 14, ауд. 304.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова по адресу: 150000, г. Ярославль, ул. Полушкина роща, д. 1.

Автореферат разослан 26 мая 2005 г.

кандидат физико-математических наук, доцент Зафиевский Александр Владимирович

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В настоящее время достижения в области компьютерных технологий приобретают большое значение для различных отраслей науки и техники, в том числе и для современной астрономии. Актуальность данной работы определяется несколькими факторами:

1. Современные аппаратные средства на базе высокоскоростных процессоров и программные средства обработки графической информации позволяют создавать компьютерные технологии с использованием средств визуализации результатов моделирования различных процессов.

2. Математическое моделирование порождает большие объемы информации, требующие обработки и осмысления. Выполнить эту работу без современных компьютерных средств невозможно, поэтому возникают новые методы исследований на базе компьютерной обработки информации.

3. В задачах небесной механики все больше используются вероятностно-статистические методы и стохастические подходы, поскольку классические методы не дают ответа на многие вопросы образования и эволюции космических объектов.

4. В обществе возрастает практический интерес к источникам засоренности космического пространства, одним их которых являются кометы. Это обусловлено, с одной стороны, дальнейшим освоением космоса, с другой - проблемами безопасности жизни на Земле, с третьей - большим объемом накопленных наблюдательных данных о малых небесных объектах.

Выброс вещества при распаде малых небесных тел приводит к появлению большого числа фрагментов, образующих метеороидные комплексы сложной структуры. В исследованиях динамической эволюции метеороидных комплексов применяются вероятностные модели дезинтеграции малых тел Солнечной системы. Стохастические методы моделирования таких задач порождают большие информационные массивы, которые сложно анализировать без дополнительных преобразований.

Возможным решением в этом случае является разработка компьютерных технологий, включающих в себя программы моделирования процессов, обработку результатов моделирования, представление полученных данных в виде графиков и трехмерных

изображений, автоматическую каталогизацию входных данных моделей, выходных данных моделирования и графических объектов. Визуальные образы результатов моделирования могут использоваться при концептуальном изучении поведения небесного объекта на больших временных рядах. Современные средства вычислительной техники и программного обеспечения позволяют создать технологию с удобным визуальным интерфейсом для последующего использования в прикладных исследованиях.

Цели и задачи работы

Целью настоящей работы является модификация методологии проведения исследований динамики траекторий небесно-механических систем, возникающих при вероятностно-статистическом моделировании дезинтеграции малых небесных тел, и визуализация орбит образовавшихся метеороидных комплексов на базе современных компьютерных технологий.

Практическая реализация этой задачи приводит к разработке новой компьютерной технологии исследования метеороидных комплексов на базе вычислительного эксперимента по дезинтеграции малых небесных тел с использованием численных схем Монте-Карло и визуализации результатов моделирования.

Работа выполнялась по следующим направлениям:

♦ разработка и обоснование технологии обработки данных вероятностно-статистической модели дезинтеграции малых небесных тел;

♦ разработка форм представления результатов вычислительного эксперимента в двухмерной и трехмерной графике для анализа динамической эволюции траекторий фрагментов дезинтеграции небесных объектов;

♦ разработка комплекса программ, реализующего данную технологию, с использованием технологии визуального программирования;

♦ компьютерное моделирование процесса эруптивного выброса с поверхности кометы и визуализация структуры нового образования, сформированного фрагментами дезинтеграции;

♦ анализ результатов визуализации орбит метеороидных комплексов, образовавшихся при вероятностно-статистическом моделировании дезинтеграции конкретных комет.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

♦ модифицирован и адаптирован к современным вычислительным средствам алгоритм проведения вычислительного эксперимента на основе вероятностно-статистического моделирования дезинтеграции малых тел Солнечной системы;

♦ разработана и доведена до практической реализации компьютерная технология визуализации результатов вычислительного эксперимента;

♦ разработан способ представления структуры населенности космического пространства фрагментами дезинтеграции малых небесных тел с эллиптическими орбитами;

♦ получены визуальные образы пространства, заполненного возможными метеороидными комплексами, образуемыми орбитами фрагментов дезинтеграции конкретных небесных объектов;

♦ по визуальным изображениям определен диапазон скоростей выброса вещества из родительского тела, при котором возможно пересечение образуемого метеороидного комплекса с орбитой Земли, для проведения прогностической оценки метеороидной опасности для орбиты Земли, возникающей со стороны этого комплекса при дезинтеграции конкретного небесного объекта;

♦ получена качественная картина наиболее опасных зон метеороидного воздействия вблизи Земной орбиты на примере конкретных небесных тел (кометы Галлея, Темпеля-Туттля, Джакобини-Циннера, Понса-Виннеке).

Научная и практическая значимость

Практическая значимость работы лежит в области обеспечения безопасной жизнедеятельности на Земле. Разработанная технология визуального отображение результатов вероятностно-статистического моделирования дезинтеграции малых тел Солнечной системы позволяет быстро и качественно обработать данные вычислительного эксперимента и представить их в виде зрительных образов, которые автоматически каталогизируются. Эта технология позволяет получать и анализировать зрительные образы многих объектов на одном изображении. Результаты работы могут быть использованы для следующих целей:

♦ концептуального изучения поведения одного небесного объекта на больших временных рядах;

♦ изучения поведения ряда небесных объектов для определения зон взаимного влияния;

♦ определения структуры населенности пространства фрагментами дезинтеграции космического мусора естественного происхождения;

5

♦ определения возможно опасных зон метеороидного воздействия вблизи орбиты Земли;

♦ идентификации наблюдательных данных с известными метеорными потоками.

Сведения такого характера могут быть использованы как для понимания строения и эволюции Солнечной системы, так и для координации космических миссий и прогноза метеороидной опасности. Работа позволяет решить ряд проблем, связанных с развитием научных идей К.Э.Циолковского о завоевании человеком околосолнечного пространства. Важным практическим результатом данной работы является формирование наглядных образов представления данных.

Основные положения, выдвигаемые автором на защиту

1) Технология обработки данных вычислительного эксперимента с трехмерной визуализацией конечного результата.

2) Проблемно-ориентированный комплекс программ вычислительного эксперимента для задачи дезинтеграции малых небесных объектов, динамической эволюции фрагментов родительского тела, определения структур образовавшихся метеороидных комплексов, обработки и визуализации полученных результатов.

3) Структура метеороидного комплекса, образовавшегося при эрупции вещества с поверхности малых небесных тел, движущихся по эллиптическим орбитам.

4) Схема проведения качественной оценки метеороидной опасности в окрестности орбиты Земли со стороны метеороидных комплексов, образуемых при дезинтеграции конкретных небесных объектов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

♦ на научной конференции «XXXIII научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э.Циолковского» (г. Калуга, 15-18 сентября, 1998 г.);

♦ на научной конференции «XXXIV научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э.Циолковского» (г. Калуга, 14-16 сентября, 1999 г.)

♦ на научной конференции «Околоземная астрономия XXI века (г. Звенигород, 21-25 мая, 2001 г.);

♦ на научной конференции «Международное сотрудничество в области астрономии: состояние и перспективы» (МГУ-ГАИШ, г. Москва, 25 мая-2 июня, 2002 г.);

♦ на 8-ой международной конференции «Системный анализ и управление» (Крым, Евпатория, 29.06-06.07.2003 г.)

♦ на всероссийской астрономической конференции ВАК-2004 «Горизонты Вселенной» (МГУ-ГАИШ, г. Москва, 3-10 июня, 2004 г.);

♦ на 9-ой международной конференции «Системный анализ и управление» (Крым, Евпатория, 4-11июля 2004г.);

♦ на научном семинаре в ИНАСАН РАН (г. Москва, 24 ноября 2004 г.). Диссертация основана на цикле работ, выполненных автором в

1998-2004 гг. В совместно опубликованных статьях весь объем работ выполнен автором при научном руководстве и консультациях по вопросам постановки задачи и интерпретации результатов визуализации профессора, доктора физико-математических наук Н.В. Куликовой.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 162 страницах, включая 81 рисунок, 7 таблиц и 133 наименования библиографического списка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражается актуальность темы, определяются цели и задачи научного исследования, новизна и практическая значимость работы, кратко излагается содержание работы, представляются положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава состоит из четырех разделов и посвящена описанию современного состояния проблемы космогонии малых тел.

Излагаются основные проблемы, связанные с космическим мусором. Среди малых тел в космическом пространстве выделяются кометы, которые могут быть определены как источник космического мусора естественного происхождения. Формулируются сложности исследования поведения данного типа объектов.

Приводятся обобщенные сведения публикаций наблюдательных данных и описываются характеристики объектов, используемые при построении математических моделей эволюции малых тел в качестве входной информации и для интерпретации результатов моделирования.

Определяется актуальность изучения эволюции космических объектов сложных динамических систем в ближнем космосе методами математического моделирования. Из анализа публикаций за последние несколько лет выделяются методы моделирования, которые применяются для анализа загрязнения околоземного пространства: 1. детерминированные методы;

2. решение уравнений движения в аналитическом виде;

3. вероятностно-статистические и стохастические методы.

Определяются классы задач для каждой группы методов. В

некоторых задачах небесной механики используется численное интегрирование дифференциальных уравнений движения методом Эверхарта или дифференциальные уравнения интегрируются методом Рунге-Кутта.

Для определенных задач или их частных случаев удается получить решение в аналитическом виде. Чаще всего это относится к изучению влияния негравитационных эффектов на движение кометных ядер или к изучению физических характеристик космических объектов.

Вероятностно-статистические и стохастические методы чаще всего применяются для составления долгосрочных прогнозов техногенного загрязнения и изучения эволюции сложных динамических систем.

Далее описываются основные средства представления данных в графическом виде и формирования их трехмерных изображений. Приводятся сравнительные характеристики средств. Обосновывается выбор средств визуализации результатов моделирования дезинтеграции малых тел.

Визуализация - это создание изображения, а изображение является лишь другим способом представления информации. Его преимущества становятся особенно заметными при передаче больших объемов информации, которые позволяют сформировать зрительный образ объекта.

Рассматриваются возможности некоторых программ, как специализированных (Microsoft Excel), так и встроенных в большие научно-технические комплексы (Mathcad, Maple). Все они имеют определенные недостатки, основные из них - жесткие требования к формату представления данных и малоинформативная работа с цветом. Приводится классификация пакетов программ по областям применения. Делается вывод, что при построении графиков по большому количеству данных, неэффективно использовать только стандартный пакет. Оптимальный результат (хорошая графика и быстродействие) могут быть достигнуты при использовании графического пакета совместно с программами преобразования данных, написанными на языке программирования.

С приходом мощных процессоров и графических ускорителей трёхмерная графика стала реальностью для персональных компьютеров. Рассматриваются возможности некоторых программных средств создания трехмерной графики. При написании программного обеспечения

используется OpenGL. OpenGL представляет собой единый стандарт для разработки трёхмерных приложений, который позволяет реализовать визуализацию результатов математического моделирования в данной работе.

Вторая глава состоит из трех разделов и посвящена описанию двух методов вероятностно-статистического моделирования, используемых при исследовании динамической эволюции метеороидных комплексов, и выбору объектов для вычислительного эксперимента.

Описывается вероятностно-статистический метод моделирования дезинтеграции малых тел при изотропном выбросе вещества, разработанный Н.В. Куликовой, и математическая постановка задачи.

Рассматривается модель дезинтеграции ядра кометы в предположении, что происходит изотропный выброс метеорного вещества в точке D кометной орбиты. Скорость кометы в этой точке обозначена Vq. Геометрия задачи представлена на рис. 1.

Рис. 1. Геометрия задачи.

При обозначениях: с - скорость выброса метеорной частицы, с„ Су, с2 - проекции скорости выброса на оси X, У, 2, а С(, сп, с^ - ее проекции на оси £ г}, С соответственно, имеется следующая сводка формул:

1 k Z,q>

б)

Ч

Y

C,=CCOS®, Cj^CSil^COS1?, Cî = csin<î>si'n4/,

ФеМ, Y 6 [0,2*],

c^ccosp, с, = csinpcostf, С( = csinpsini?, <ре[0,х], ве[о,2я].

d)

п>

Если V - скорость движения по орбите выброшенной частицы, а У& и ¥х, Уу , V, - ее проекции на оси £ т], С и на оси X, У, 2

соответственно, то

У( = Уо + ссоир, уч = с*гп<рсозв, У( = сзтр8т0,

Ух = Уа, + ССО$Ф = г +ССОЗ Ф

Г, = Ко* + с 8т Ф сое ¥ = у0 сое г + с ®т Ф сое

(3)

V, = сет Фет У, (4)

где о £ т & я - угол между осями £ и У, определяемый из соотношения

tgт

__£о

(5)

Здесь ро - параметр орбиты кометы-родоначальницы, во - ее эксцентриситет, гд- радиус-вектор и щ - истинная аномалия в точке выброса. При переходе от одной системы координат к другой получает: совФ = Л, зтФсоэЧ' = В, втФвшУ^Е, (6)

Где А = созрвтг-втрсозЯсовг,

В = сое?)сое г + вт рвт г,

(7)

Из уравнений (6) - (7) находятся функции углов Ф и Ч* через значения функций углов в и (р, которые выражаются с помощью случайных чисел.

Отклонения элементов кеплеровской орбиты выброшенной частицы от элементов орбиты кометы-родоначальницы вычисляются по формулам М. Плавеца:

где щ0 - значение истинной аномалии кометы в точке выброса, Ро, ао, во, /о, ^о - элементы кометы-родоначальницы, / - относительное наклонение орбиты метеорной частицы к орбите кометы, -

эклиптические элементы орбиты метеорной частицы.

Скорость движения метеорной частицы определяется по формуле

V2 = + Г,2 + V} = Уа2 + с1 + 2Коссс«0>

(10)

Значения и У1 определяются для заданных значений аномалии щ по соответствующим формулам:

Тогда можно смоделировать выброс метеорных частиц из ядер кометы в различных точках ее орбиты Л/ с истинной аномалией щ. Уравнения (8) -(9) позволяют вычислить отклонения элементов орбит метеорных частиц, выброшенных в точках 01 от элементов орбиты кометы-родоначальницы. Данный алгоритм реализован прямым методом Монте-Карло.

Далее описывается метод вероятностных карт А.В. Мышева, суть которого состоит в том, что непрерывное пространство-время покрывается конечным множеством ячеек-клеток с топологической структурой. В этом случае решение представляется не траекторией, а образом на топологической структуре, который определяется вероятностью нахождения величин, характеризующих состояние системы в определенных диапазонах - клетках, которые покрывают определенную область пространства-времени. Метод вероятностных карт позволяет построить статистические образы эволюции системы в пространстве элементов кеплеровского движения, с помощью которых можно описывать пространственно-временную структуру траекторий исследуемого объекта.

Сравнение данных моделирования по эти двум независимым методам показывает близкие результаты, что подтверждает правомочность их использования. Для визуализации пространственной структуры метеороидного комплекса при дезинтеграции выбран метод, предложенный Н.В. Куликовой из соображений меньших затрат машинного времени на расчет отклонений кеплеровских элементов для фрагментов, образованных при выбросе вещества из малых тел в процессе их естественной эволюции.

Процессы выброса вещества из ядра родительского тела являются стохастическими, когда априори неизвестны начальные условия выброса. Фрагменты такого выброса могут образовывать метеороидный рой. По данным радионаблюдений около 28% метеоров с массой до нескольких грамм принадлежат метеорным потокам. Компьютерное вероятностное моделирование процессов дезинтеграции с использованием большого объема наблюдательного материала позволяет получить как качественные, так и количественные характеристики метеороидных комплексов при исследовании конкретных небесных объектов на основе более или менее достоверных начальных данных.

(И)

Среди публикаций последних лет содержится довольно много сведений о небесных объектах, наблюдавшихся на протяжении значительных интервалов времени. Это относится к таким объектам как кометы Галлея Джакобини-Циннера, Темпеля-Туттля, Понса-Виннеке. Перечисленные кометы рассматриваются как возможные родоначальницы метеороидных роев. Для них имеются данные по кеплеровским элементам орбит для многих появлений, а также оценки возможных скоростей выброса вещества в процессе дезинтеграции. Поэтому для представления возможностей разработанной технологии были выбраны эти объекты.

Третья глава посвящена описанию технологии визуализации орбит фрагментов дезинтеграции малых небесных тел.

Компьютерная технология исследования метеороидных комплексов построена по модульному принципу. Она является открытой, что позволяет наращивать ее функции и при необходимости легко заменять применяемые алгоритмы. Комплекс программ состоит из сервера и пяти программных приложений:

♦ дезинтеграция небесного объекта;

♦ выборка и анализ данных моделирования;

♦ построение графиков;

♦ трехмерная визуализация результатов моделирования;

♦ автоматическая каталогизация входных и выходных данных и просмотр архивов.

Комплекс построен с использование технологии динамического обмена данными Dinamical Data Exchange (DDE). Связь программ комплекса реализована по схеме, представленной на рис. 2:

Рис. 2 Структурная схема организации технологии. 12

Сервер комплекса передает данные, полученные при дезинтеграции приложениям «Анализ данных», «Визуализация» и «Графики», при этом разрешает их запуск только в том случае, если был открыт файл с данными. В процессе работы с запущенными приложениями можно просматривать файлы и изображения. Определим основные задачи, решаемые в рамках каждого приложения.

В приложении «Дезинтеграция» реализована вероятностно-статистическая модель распада родительского тела. Процесс дезинтеграции рассматривается как изотропный выброс твердой составляющей кометного ядра в любой точке орбиты исследуемого тела. Алгоритм дезинтеграции описан во второй главе. Величина и направление скорости выброса в заданных пределах моделируется с помощью случайных чисел методом Монте-Карло.

Входные данные модели:

♦ параметры кеплеровой орбиты объекта дезинтеграции(а, е, А, со, Р);

♦ возможный диапазон изменения скорости выброса (начальное УО и конечное и количество подынтервалов , на которое разбивается весь диапазон скоростей;

♦ диапазон(1Ю, Цк) и приращен^ейстинной аномалии;

♦ число испытаний М при использовании датчика случайных чисел. Для конкретных объектов параметры кеплеровой орбиты объекта

выбираются из каталога орбит. Возможный диапазон изменения скорости выброса определяется на основании опубликованных научных предположений по конкретному объекту. В расчетах использовалось количество подынтервалов п=10. Из описания алгоритма во второй главе видно, что значения выходных данных модели пропорциональны скорости выброса, следовательно, увеличение значения п нецелесообразно. Минимальное значение Ди определяется ресурсами компьютера, в данной реализации приложения Дит;п—1°. Для дезинтеграции конкретных комет, первоначально бралось Ди=:10о.Число испытаний М для вычисления данных в одной точке выброса принималось до 600000. Опытным путем было установлено, что для данной задачи увеличение числа испытаний изменяло нормализованное значение параметра в третьем знаке после запятой, при этом потребление машинного времени сильно возрастало. Выбранное число испытаний является оптимальным для получения качественной картины формирования орбит фрагментов за приемлемое время работы программы.

Выходные данные:

отклонения элементов кеплеровой орбиты фрагментов от родительской орбиты по всем точкам дезинтеграции и всем интервалам скоростей выброса (5а, де, Si, Sf2, S<v).

Приложение «Анализ данных» позволяет осуществить нужную выборку данных программным путем. Необходимо выбрать нужный параметр для данного файла и программа автоматически внесет требуемые данные в новую таблицу, которая затем конвертируется в MS Excel, где будут строиться графики по этой таблице.

Управление работой программы осуществляется в меню, представленном на рис. 3.

Рис. 3. Окно приложения «Выборка данных».

Задачи, решаемые в программном приложении «Графики»:

♦ наглядное отображение таблицы результатов дезинтеграции;

♦ перегруппировка данных;

♦ экспорт данных в MS EXCEL;

♦ построение графиков по выбранным на экране данным;

♦ совмещение графиков (на стандартном листе размещается один или два графика с наложением или без, с одной или несколькими масштабными сетками) с возможностью сжатия по осям;

♦ оформление графиков для научных отчетов.

В компоненте «Визуализация» реализовано трехмерное представление результатов моделирования для формирования пространственной модели метеороидного комплекса. Комплекс образуется орбитами эллиптического типа для фрагментов распада при разных скоростях выброса вещества в заданном интервале изменения истинной аномалии.

Решаемые задачи:

♦ построение изображения по выбору;

♦ сдвиг и поворот осей координат;

♦ применение в качестве секущей плоскости для изображения плоскости оскулирующей орбиты или плоскости эклиптики;

♦ отображение небесной сферы, экватора, орбит планет солнечной системы;

♦ наложение изображений;

♦ печать рисунков.

Входные данные системы визуализации задаются параметрами кеплеровской орбиты родительского тела и отклонениями

орбитальных элементов фрагментов выброса За, Se, Si, 3Q, Зсо для конкретных значений скорости выброса вещества и истинной аномалии U, где моделируется выброс вещества, а также параметром Color, который определяет цвет отображения получаемых орбит.

Построение изображения выполняется в гелиоцентрической системе координат. Ось х направляется в точку весеннего равноденствия у, плоскость xSy совмещается с плоскостью эклиптики. Выбранная система отсчета и входные данные, позволяют переориентировать плоскую эллиптическую орбиту в пространстве таким образом, чтобы начало координат (Солнце) всегда находилось в фокусе эллипса. Параметры, определяющие форму орбиты фрагмента, вычисляются по параметрам родительской орбиты а, е и отклонениям соответствующих параметров фрагмента двумя способами:

Технология реализована с применением прикладного интерфейса программирования API OpenGL на СИ++под Windows 2000.

В OpenGL трехмерное пространство создается посредством матриц. Такой способ эффективнее, чем расчет координат по точкам. Используется ортографическая проекция, в которой отображаются реальные углы и размеры объектов, что важно при анализе получаемых рисунков. Все орбиты рисуются эллипсами. В OpenGL есть стандартная функция прорисовки окружности, эллипс из нее получается сжатием по малой полуоси на величину k ~-Ji-e2, где е - эксцентриситет эллипса.

Большое значение при визуализации имеет цвет отображаемых орбит. Он должен помогать анализировать изображение и правильно ориентироваться при его поворотах. Все орбиты фрагментов, образованных при выбросе в одной и той же точке родительской орбиты, окрашены в одинаковый цвет. В пучке одного цвета собраны орбиты с разными скоростями выброса. Они отличаются интенсивностью, которая увеличивается пропорционально скорости выброса. Белый или черный цвет используется как фоновый.

Для формирования на экране нужной пользователю трехмерной сцены используется оконный интерфейс ОС Windows. В закладке «Модель» указываются диапазоны изменения истинной аномалии и скорости выброса вещества. После установки требуемых параметров создается окно «Вселенная». В нем возможно управление элементами изображения и его построение.

При исследовании динамической эволюции одного объекта проводится многократное компьютерное моделирование для многих его появлений с разными значениями параметров. В процессе работы используется много входных данных. Объем выходной информации как цифровой, так графической, нарастает лавинообразно. Без автоматической каталогизации информации, размещенной в разных файлах, сложно ориентироваться. Поэтому была создана отдельная компонента технологии (программное приложение), которая решает следующие задачи:

♦ автоматическое формирование имен файлов;

♦ создание каталогов файлов исходных данных, результатов моделирования, графиков и изображений;

♦ проверка каталогов на каждом этапе технологии.

Далее последовательно и подробно описываются этапы работы с разработанной компьютерной технологией. Приводится подробное описание оконного интерфейса технологии, отдельные элементы которого приведены на рис. 4 и рис. 5.

Рис. 4. Внешний вид главного окна комплекса. 16

Рис. 5. Окно для трехмерной визуализации,

Четвертая глава посвящена описанию результатов, полученных при использовании разработанной компьютерной технологии исследования возможных метеороидных комплексов, образованных в процессе дезинтеграции четырех комет. Представляются наблюдательные сведения, результаты моделирования дезинтеграции кометы Галлея по 29 появлениям, кометы Темпеля-Туттля в 10 появлениях, кометы Понса-Виннеке в 19 появлениях, кометы Джакобини-Циннера в 10 появлениях. На примерах графиков и трехмерных изображений этих комет демонстрируют возможности представляемой технологии:

♦ построение графиков отклонений фрагментов выброса от родительской орбиты по всем элементам кеплеровской орбиты (рис. 6);

♦ построение графиков вариаций диапазона изменений по всем элементам кеплеровской орбиты для фрагментов выброса (рис. 7);

♦ изучение структуры модельного метеороидного комплекса, образованного орбитами фрагментов выброса, в зависимости от скорости и места выброса (рис. 8);

♦ качественная оценка ширины метеороидного комплекса (рис. 9);

♦ некоторая количественная оценка диапазона скоростей выброса вещества из кометы-родоначальницы, при котором возможны пересечения метеороидного комплекса исследуемых кометы с орбитой Земли (рис. 10);

получение космической обстановки, создаваемой при дезинтеграции нескольких небесных объектов (рис. 11).

Рис. 6. Вариации отклонения эксцентриситета бе орбит фрагментов при скорости выброса 25 м/с для 19 появлений кометы Понса-Виннеке.

° <Р «Р ч<?

Фад

Рис. 7. Области изменений большой полуоси и эксцентриситета орбит фрагментов выброса из ядра кометы Темпеля-Тутля II для 10 появлений.

г выброса на орбите Ю* ЗО*

О.б км/с

выброса вещества

(б)

орбита

14О* 180 точки выброса вацесша на орбите

Рис. 8. Часть возможного метеороидного комплекса кометы Галлея над эклиптикой, иллюстрирующая его слоистую структуру, для разного расположения точек выброса вещества в процессе моделирования: а) вблизи перигелия; б) в районе

афелия.

Рис. 9. Ширина модельного метеороидного комплекса кометы Понса-Виннеке по линии узлов, определяемая расстоянием между двумя орбитами фрагментов: (Мах а) - с максимальным значением а и (Min е) - с минимальным значением е при прочих значениях параметров орбит.

В заключении представлены основные результаты проделанной работы:

1. Разработана концепция и доведена до практической реализации многомодульная компьютерная технология исследования засоренности космического пространства продуктами распада малых небесных тел.

2. Адаптирован к современным средствам вычислительной техники алгоритм проведения вычислительного эксперимента на основе вероятностно-статистического моделирования дезинтеграции малых тел Солнечной системы.

3. Разработан способ и создан комплекс программ преобразования результатов моделирования с их последующим представлением в графическом виде.

4. Разработана и доведена до практической реализации система визуализации результатов моделирования распада малых небесных тел в виде трехмерных объектов.

5. Разработан способ идентификации и архивации входной информации технологии, результатов моделирования и визуализации.

6. Разработан способ представления структуры населенности космического пространства эллиптическими орбитами фрагментов дезинтеграции нескольких малых небесных тел на одном изображении.

7. Проведены многочисленные вычислительные эксперименты, моделирующие изотропный выброс вещества с поверхности четырех комет в разных точках орбиты с различными скоростями выброса во всех известных нам появлениях, получена пространственная структура метеороидного комплекса в виде визуальных образов, сформированных орбитами продуктов выброса.

8. Создан банк результатов моделирования дезинтеграции четырех комет при разных скоростях выброса в различных точках родительской орбиты, который в дальнейшем будет пополняться.

9. Разработана схема оценки ширины модельного метеороидного комплекса по линии его пересечения с плоскостью эклиптики.

10. Выявлена возможность определения диапазона скоростей выброса вещества из ядра родительского тела, при котором в случае пересечения образующегося метеороидного комплекса с орбитой Земли можно качественно оценить возникающую при этом метеороидную опасность для Земли.

По результатам выполненной работы получены три авторских свидетельства Федеральной службы России по интеллектуальной собственности об официальной регистрации в Реестре программ для ЭВМ.

Основные публикации по теме диссертации

1. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Дезинтеграция тела переменной массы: некоторые результаты компьютерного эксперимента // Тезисы докладов конф. «XXXIV Научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э. Циолковского», г. Калуга / М.: ИИЕТ РАН, 1999. С. 142-143.

2. Тищенко В.И. Динамическая эволюция кометы Галлея по результатам компьютерного моделирования // Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия XXI», 21-25 мая, Звенигород /М.: ГЕОС, 2001. С. 216-220.

3. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Компьютерные технологии для обработки и представления результатов моделирования и данных астрономических наблюдений. I. Двухмерное графическое представление // Тезисы докладов конф. «Международное сотрудничество в

области астрономии: состояние и перспективы», МГУ-ГАИШ 25 мая-2 июня 2002 г. / М.: ASTRO, 2002.

4. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Компьютерные технологии для обработки и представления результатов моделирования и данных астрономических наблюдений // Proceedings of Intern. Astronomical Conf. «Comets, asteroids, meteors, meteorites, astroblemes, craters» / Vinnytsia, 2003. С 314-317.

5. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Computer technologies for processing and presenting simulation results and astronomical observational data // Astronomical and AstrophysicalTransaction V. 22,N. 4-5,2003.P. 535-541.

6. Тищенко В.И., Куликова Н.В. Компьютерная технология визуализации результатов моделирования в задаче дезинтеграции малых тел // Сборник тезисов 8-й международной конф. «Системный анализ и управление» / Евпатория, 2003. С. 179-180.

7. Тищенко В.И. Особенности информационной технологии визуализации динамической эволюции метеороидных комплексов // Тезисы докладов Всероссийской конф. ВАК-2004 «Горизонты Вселенной», МГУ-ГАИШ, З-10июня 2004 / Москва, ГАИШ, 2004. С. 215-216.

8. Тищенко В.И. Информационная технология визуализации динамической эволюции метеороидных комплексов // Тезисы докладов 9-й международной конф. «Системный анализ и управление» / Крым, Евпатория, 2004. С. 28-29.

9. Tischenko V.I. Information technology for visualization of a dynamical evolution of meteoroid complexes // Astronomical and Astrophysical Transaction, V. 23, N. 5,2004. P. 475-480.

10. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Компьютерная технология для исследования возникновения, эволюции орбит и динамики существования космического мусора естественного происхождения. Свидетельство РФ 2004612522 от 15.11.2004 г.

11. Куликова Н.В., Тищенко В.И., Кузнецов А.А., Гостев М.Ю. Визуализация результатов моделирования дезинтеграции космического мусора естественного происхождения. Свидетельство РФ

2004612520 от 15.11.2004г.

12. Куликова Н.В., Тищенко В.И., Кузнецов А.А., Гостев М.Ю. Многометодная классификация траекторий космических объектов для установления общности происхождения. Свидетельство РФ

2004612521 от 15.11.2004г.

Компьютерная верстка В.И.Тищенко

ЛР№ 020713 от 27.04.1998_

Подписано к печати 23.05.2005 Формат бум. 60x84/16

Печать ризографическая Бумага КУМШХ Печ. л. 1,5

Заказ № _Тираж 100 экз._Цена договорная

Множительная лаборатория ИАТЭ. 249040, г. Обнинск, Студгородок, 1

(• А

л.___».jí.S«' ;

(H Ti IT) íw—«* j

'ч__

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы космогонии малых тел.

1.1. Проблема космического мусора естественного происхождения. Кометы как источник космического мусора.

1.2. Данные наблюдений как входная информация математических моделей.

1.3. Методы моделирования загрязнения околоземного пространства

1.4. Обзор средств визуализации.

1.4.1. Программные средства формирования двумерных объектов

1.4.2. Средства формирования трехмерных изображений ("3D-объектов).

1.4.3. Прикладные средства разработки систем визуализации (OpenGL).

Глава 2. Модели дезинтеграции малых тел Солнечной системы.

2.1. Вероятностно-статистическая модель дезинтеграции малых тел

2.2. Метод вероятностных карт.

2.3. Выбор объектов естественного происхождения для моделирования.

Глава 3. Технология визуализации орбит фрагментов дезинтеграции малых тел.

3.1. Основные положения.

3.2. Принципы построения технологии.

3.2.1. Дезинтеграция объекта.

3.2.2. Построение графиков по результатам моделирования.

3.2.3. Визуализация результатов моделирования.

3.2.4. Автоматическая каталогизация входных и выходных данных технологии.

3.3. Описание технологии.

Глава 4. Применение технологии визуализации при моделированиии метеороидных комплексов.

4.1. Модельные метеороидные комплексы кометы Галлея.

4.2. Модельные метеороидные комплексы кометы Темпеля-Туттля

4.3. Модельные метеороидные комплексы кометы Понса-Виннеке

4.4. Возможные метеороидные комплексы кометы Джакобини-Циннера.

4.5. Обобщенный анализ результатов визуализации для четырех комет.

Актуальность

В настоящее время достижения в области компьютерных технологий приобретают большое значение для различных отраслей науки и техники, в том числе и для современной астрономии. Актуальность данной работы определяется несколькими факторами:

1. Современные аппаратные средства на базе высокоскоростных процессоров и программные средства обработки графической информации позволяют создавать компьютерные технологии с использованием средств визуализации результатов моделирования различных процессов.

2. Математическое моделирование порождает большие объемы информации, требующие обработки и осмысления. Выполнить эту работу без современных компьютерных средств невозможно, поэтому возникают новые методы исследований на базе компьютерной обработки информации.

3. В задачах небесной механики все больше используются вероятностно-статистические методы и стохастические подходы, поскольку классические методы не дают ответа на многие вопросы образования и эволюции космических объектов.

4. В обществе возрастает практический интерес к источникам засоренности космического пространства, одним их которых являются кометы. Это обусловлено, с одной стороны, дальнейшим освоением космоса, с другой - проблемами безопасности жизни на Земле, с третьей - большим объемом накопленных наблюдательных данных о малых небесных объектах.

Выброс вещества при распаде малых тел приводит к появлению большого числа фрагментов, образующих метеороидные комплексы сложной структуры. Концепция непрерывного формирования межпланетного комплекса малых тел подтверждается результатами наблюдений за объектами Солнечной системы. Число открытых и каталогизированных объектов стремительно возрастает. При таком большом объеме информации сложно выявить тенденции развития межпланетного комплекса малых тел без использования современных компьютерных технологий.

В исследованиях динамической эволюции метеороидных комплексов применяются вероятностные модели дезинтеграции малых тел Солнечной системы. Стохастические методы моделирования таких задач порождают большие информационные массивы, которые сложно анализировать без дополнительных преобразований. Одним из способов решения этой задачи является визуальное отображение результатов моделирования. Графические образы используются при концептуальном изучении поведения небесного объекта на больших временных рядах [130].

Фирменные пакеты программ типа MathCad, MS Excel, Maple, Mathe-matica [46, 47, 52], используемые для графического представления данных, не обеспечивают обработку больших объемов информации за приемлемое время. Выбор данных для построения нужных графиков приходится делать в режиме диалога, что создает определенные трудности при анализе результатов моделирования, имеющих сложную структуру. Однообразные и монотонные операции в процессе преобразовании данных приводят к возникновению трудно выявляемых ошибок, что может существенно исказить форму графиков и повлиять на их дальнейшую интерпретацию. При визуальной обработке данных удобнее анализировать сразу несколько графиков по различным параметрам, значения которых могут существенно различаться [23], или оперировать пространственными графическими образами.

Возможным решением в этом случае является разработка компьютерных технологий, включающих в себя программы моделирования процессов, обработку результатов, представление полученных данных в виде графиков и трехмерных изображений, автоматическую каталогизацию входных данных моделей, выходных данных моделирования и графических объектов. Современные средства вычислительной техники и программного обеспечения позволяют создавать технологии с удобным визуальным интерфейсом для последующего использования в прикладных исследованиях.

Цели и задачи настоящей работы

Целью настоящей работы является модификация методологии проведения исследований динамики траекторий небесно-механических систем, возникающих при вероятностно-статистическом моделировании дезинтеграции малых небесных тел, и визуализация орбит образовавшихся метео-роидных комплексов на базе современных компьютерных технологий.

Практическая реализация этой задачи приводит к разработке новой компьютерной технологии обработки результатов вычислительного эксперимента с использованием численных схем Монте-Карло.

Работа выполнялась по следующим направлениям:

1) разработка и обоснование технологии обработки данных вероятностно-статистической модели дезинтеграции малых небесных тел;

2) разработка форм представления результатов вычислительного эксперимента в двухмерной и трехмерной графике для анализа динамической эволюции траекторий фрагментов дезинтеграции небесных объектов;

3) разработка комплекса программ, реализующего данную технологию, с использованием технологии визуального программирования;

4) компьютерное моделирование процесса эруптивного выброса с поверхности кометы и визуализация структуры нового образования, сформированного фрагментами дезинтеграции;

5) анализ результатов визуализации орбит метеороидных комплексов, образовавшихся при вероятностно-статистическом моделировании дезинтеграции конкретных комет.

Основной метод выполнения работы — теоретические исследования на основе методов вероятностно-статистического моделирования и вычислительного эксперимента с использованием наблюдательных данных при анализе эволюции траекторий фрагментов дезинтеграции для конкретных небесных объектов естественного происхождения.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

• модифицирован и адаптирован к современным вычислительным средствам алгоритм проведения вычислительного эксперимента на основе вероятностно-статистического моделирования дезинтеграции малых тел Солнечной системы;

• разработана и доведена до практической реализации компьютерная технология визуализации результатов вычислительного эксперимента;

• разработан способ представления структуры населенности космического пространства фрагментами дезинтеграции малых небесных тел с эллиптическими орбитами;

• получены визуальные образы пространства, заполненного возможными метеороидными комплексами, образуемыми орбитами фрагментов дезинтеграции конкретных небесных объектов;

• по визуальным изображениям определен диапазон скоростей выброса вещества из родительского тела, при котором возможно пересечение образуемого метеороидного комплекса с орбитой Земли, для проведения прогностической оценки метеороидной опасности для орбиты Земли, возникающей со стороны этого комплекса при дезинтеграции конкретного небесного объекта;

• получена качественная картина наиболее опасных зон метеороидного воздействия вблизи Земной орбиты на примере конкретных небесных тел (кометы Галлея, Темпеля-Туттля, Джакобини-Циннера, Понса-Виннеке).

Научная и практическая значимость.

Практическая значимость работы лежит в области обеспечения безопасной жизнедеятельности на Земле. Разработанная технология визуального отображение результатов вероятностно-статистического моделирования дезинтеграции малых тел Солнечной системы позволяет быстро и качественно обработать данные вычислительного эксперимента и представить их в виде зрительных образов, которые автоматически архивируются. Эта технология позволяет получать и анализировать зрительные образы многих объектов на одном изображении. Результаты работы могут быть использованы для следующих целей:

• концептуального изучения поведения одного небесного объекта на больших временных рядах;

• изучения поведения ряда небесных объектов для определения зон взаимного влияния;

• определения структуры населенности пространства фрагментами дезинтеграции космического мусора естественного происхождения;

• определения возможно опасных зон метеороидного воздействия вблизи орбиты Земли;

• идентификации наблюдательных данных с известными метеорными потоками.

Сведения такого характера могут быть использованы как для понимания строения и эволюции Солнечной системы, так и для координации космических миссий и прогноза метеороидной опасности. Данная работа позволяет решить ряд проблем, связанных с развитием научных идей К.Э. Циолковского о завоевании человеком околосолнечного пространства. Важным практическим результатом является формирование наглядных образов представления данных.

На защиту выносится:

1) технология обработки данных вычислительного эксперимента с трехмерной визуализацией конечного результата;

2) проблемно-ориентированный комплекс программ вычислительного эксперимента для задачи дезинтеграции малых небесных объектов, динамической эволюции фрагментов родительского тела, определения структур образовавшихся метеороидных комплексов, обработки и визуализации полученных результатов;

3) структура метеороидного комплекса, образовавшегося при эрупции вещества с поверхности малых небесных тел, движущихся по эллиптическим орбитам;

4) схема проведения качественной оценки метеороидной опасности в окрестности орбиты Земли со стороны метеороидных комплексов, образуемых при дезинтеграции конкретных небесных объектов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

• научной конференции «XXXIII научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э.Циолковского» (г. Калуга, 15-18 сентября, 1998 г.);

• научной конференции «XXXIV научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э.Циолковского» (г. Калуга, 14-16 сентября, 1999 г.)

• научной конференции «Околоземная астрономия XXI века (г. Звенигород, 21-25 мая, 2001 г.);

• научной конференции «Международное сотрудничество в области астрономии: состояние и перспективы» (МГУ-ГАИШ, г. Москва, 25 мая-2 июня, 2002 г.);

• 8-ой международной конференции «Системный анализ и управление» (Крым, Евпатория, 29.06-06.07.2003 г.);

• Всероссийской астрономической конференции ВАК-2004 «Горизонты Вселенной» (МГУ-ГАИШ, г. Москва, 3-10 июня, 2004 г.);

• 9-ой международной конференции «Системный анализ и управление» (Крым, Евпатория, 4-11 июля 2004г.);

• научном семинаре в ИНАСАН РАН (г. Москва, 24 ноября 2004 г.).

Диссертация основана на цикле работ, выполненных автором в 19982004 гг. В совместно опубликованных статьях весь объем работ выполнен автором при научном руководстве и консультациях по вопросам постановки задачи и интерпретации результатов визуализации профессора, доктора физико-математических наук Н.В. Куликовой. Основные результаты опубликованы в 10 работах:

1. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Дезинтеграция тела переменной массы: некоторые результаты компьютерного эксперимента, /Тезисы докладов конф. «XXXIV Научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э. Циолковского», г. Калуга //М.: ИИЕТ РАН, 1999. С. 142-143.

2. Тищенко В.И. Динамическая эволюция кометы Галлея по результатам компьютерного моделирования /Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия XXI», 21-25 мая, Звенигород.// М.: ГЕОС, 2001. С. 216-220.

3. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Компьютерные технологии для обработки и представления результатов моделирования и данных астрономических наблюдений. I. Двухмерное графическое представление /Тезисы докладов конф. «Международное сотрудничество в области астрономии: состояние и перспективы», МГУ-ГАИШ 25 мая-2 июня 2002 // М.: ASTRO, 2002.

4. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Компьютерные технологии для обработки и представления результатов моделирования и данных астрономических наблюдений /Proceedings of Intern. Astronomical Conf. «Comets, asteroids, meteors, meteorites, astroblemes, craters»// Vinnytsia, 2003. C. 314-317.

5. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Computer technologies for processing and presenting simulation results and astronomical observational data // Astronomical and Astrophysical Transaction V.22, N. 4-5, 2003. P. 535-541.

6. Тищенко В.И., Куликова Н.В. Компьютерная технология визуализации результатов моделирования в задаче дезинтеграции малых тел /Сборник тезисов 8-й международной конф. «Системный анализ и управление» // Евпатория, 2003. С. 179-180.

7. Тищенко В.И. Особенности информационной технологии визуализации динамической эволюции метеороидных комплексов /Тезисы докладов Всероссийской конф. ВАК-2004 «Горизонты Вселенной», МГУ-ГАИШ, 3-10июня 2004 // Москва, ГАИШ, 2004. С. 215-216.

8. Тищенко В.И. Информационная технология визуализации динамической эволюции метеороидных комплексов /Тезисы докладов 9-й международной конф. «Системный анализ и управление» // Крым, Евпатория, 2004. С. 28-29.

9. Tischenko V.I. Information technology for visualization of a dynamical evolution of meteoroid complexes // Astronomical and Astro-physical Transaction, V. 23, N. 5, 2004. P. 475-480.

По результатам выполненной работы получены три свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ:

1. № 2004612522 «Компьютерная технология для исследования возникновения, эволюции орбит и динамики существования космического мусора естественного происхождения», зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15 ноября 2004 г.

2. № 2004612520 «Визуализация результатов моделирования дезинтеграции космического мусора естественного происхождения», зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15 ноября 2004 г.

3. № 2004612521 «Многометодная классификация траекторий космических объектов для установления общности происхождения», зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15 ноября 2004 г.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Основные результаты и выводы, полученные в данной работе, можно сформулировать следующим образом:

• разработана концепция и доведена до практической реализации многомодульная компьютерная технология исследования засоренности космического пространства продуктами распада малых небесных тел;

• адаптирован к современным средствам вычислительной техники алгоритм проведения вычислительного эксперимента на основе вероятностно-статистического моделирования дезинтеграции малых тел Солнечной системы;

• разработан способ и создан комплекс программ преобразования результатов моделирования с их последующим представлением в графическом виде;

• разработана и доведена до практической реализации система визуализации результатов моделирования распада малых небесных тел в виде трехмерных объектов;

• разработан способ идентификации и архивации входной информации технологии, результатов моделирования и визуализации;

• разработан способ представления структуры населенности космического пространства эллиптическими орбитами фрагментов дезинтеграции нескольких малых небесных тел на одном изображении;

• проведены многочисленные вычислительные эксперименты, моделирующие изотропный выброс вещества с поверхности четырех комет в разных точках орбиты с различными скоростями выброса во всех известных нам появлениях, получена пространственная структура метеороидного комплекса в виде визуальных образов, сформированных орбитами продуктов выброса;

• создан банк результатов моделирования дезинтеграции четырех комет при разных скоростях выброса в различных точках родительской орбиты, который в дальнейшем будет пополняться;

• разработана схема оценки ширины модельного метеороидного комплекса по линии его пересечения с плоскостью эклиптики;

• выявлена возможность определения диапазона скоростей выброса вещества из ядра родительского тела, при котором в случае пересечения образующегося метеороидного комплекса с орбитой Земли можно качественно оценить возникающую при этом метеороидную опасность для Земли.

По результатам выполненной работы получены три авторских свидетельства Федеральной службы России по интеллектуальной собственности об официальной регистрации программ в Реестре программ для ЭВМ с № 2004612520, № 2004612521 и № 2004612522 от 15 ноября 2004г;

Визуализация является одним из способов представления информации об объекте. Строить визуальные образы возможно только при наличии больших объемов информации, которые порождаются при использовании методов вероятностно-статистического моделирования. Современные аппаратные средства персональных компьютеров на базе высокоскоростных процессоров и программные средства обработки графической информации позволили разработать компьютерную технологию с использованием визуализации результатов моделирования, рассчитанную на ее дальнейшую эксплуатацию специалистами, не являющимися продвинутыми пользователями компьютера.

Технология существенно облегчает и ускоряет процесс проведения вычислительного эксперимента и анализа данных, представляя их в виде зрительных образов, позволяет исследователю сосредоточиться на осмыслении новых сведений об объекте изучения. Обобщение изображений и графиков, их сравнение с данными наблюдений расширяют представление о населенности космического пространства и увеличивают возможность прогнозирования метеороидной опасности в окрестности Земли.

Работа выполнена в Обнинском государственном техническом университете атомной энергетики на кафедре «Компьютерные системы, сети и технологии». В совместно опубликованных статьях основной объем работ выполнен автором при научном руководстве и консультациях профессора Н.В. Куликовой. Автор считает своим долгом выразить глубокую и искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору Н.В. Куликовой за постановку актуальной задачи, постоянное внимание и поддержку в ходе выполнения работы.

Заключение

1. Артемьева Н.А., Косарев Б.И., Немчинов И.В., Трубецкая И.А., Шувалов В.В. Вспышки излучения при ударе метеорного потока Леонид по поверхности Луны // Астрн. вестн., т. 35, № 3, 2001. С. 195-198.

2. Архангельский А .Я. Программирование в С++ Builder 6. -М.: БИНОМ, 2002.

3. Астапович И.С. О максимуме метеорного потока Леонид в 1968 г. // Астр. цирк. № 539, 1969. С. 2-3.

4. Астапович И.С., Терентьева А.К. Условия встречи метеороидного роя Леонид с Землей в появлениях 1898-2000 гг. // Пробл. космич. физики. Вып. 7, 1972. С. 100-107.

5. Барабанов С.И., Зенькович А.Д., Микиша A.M., Смирновм М.А. Наблюдения крупных тел в метеорных и болидных потоках. // Околоземная астрономия XXI века. М.: Геос. 2001. С. 158-167.

6. Беляев Н.А., Чурюмов К.И. Комета Галлея и ее наблюдения. М.: Наука, 1985. 271 С.

7. Боярчук А.А., Багров А.В., Рыхлова Л.В., Смирнов М.А. Перспективы исследований характеристик Солнечной системы астрометриче-ским дугомером интерферометром // Околоземная астрономия XXI века. -М.: Геос, 2001. С. 455-463.

8. Бронштэн В.А. Мини-кометы в Солнечной системе и атмосфере Земли и связанные с ними явления // Письма в астрон. 2000. т. 26. № 5. С. 391-393.

9. Булатов В., Дмитриев В. Искусство преображения информации. // КомпьютерПресс, № 4, 1993. С. 11-16.

10. Вершков А.Н., Григорьев К.В., Киладзе Р.И., Сочилина А.С. Моделирование взрывов на геостационарной орбите и анализ орбитальных данных // Околоземная астрономия XXI века. -М.: Геос. 2001. С. 107-117.

11. Видякин В.В. Экология Земли и спутники-либроиды // Околоземная астрономия XXI века. -М.: Геос. 2001. С. 447-454.

12. Дубяго А.Д. Определение орбит. -М.:Гостехиздат, 1949. 444 С.

13. Евдокимов Ю.В. Исследования кометы Джакобини-Циннера и происхождение метеорных дождей // Дисс. на соиск. учен. степ, докт.ф.-м. наук. Казань. КГУ. 1972. С. 329.

14. Евланов Е.Н., Прилуцкий О.Ф., Зубков Б.В., Войсковский М.И. Состав очень мелкой пыли в пылевой оболочке кометы Галлея. // Письма в астрон. журн. т. 26, № 7, 2000. С. 549-560.

15. Ибадинов Х.И. Дезинтеграция кометных ядер // Автореферат докт. диссертации. -М. Инс. космич. исслед. АН РФ, 1998.

16. Игнатенко П.И. Вероятностно-статистическое моделирование динамической эволюции малых тел при тесных сближениях (вычислительный эксперимент) // Дисс. На соиск. Учен. Степ. Канд. ф.-м. наук. / ГАИШ МГУ, 2002. 160 с.

17. Игнатенко П.И. Компьютерное моделирование эволюции небесно-механических систем. // Математическое моделирование, т. 15, № 2, 2003. С. 14-22.

18. Казимирчак-Полонская Е.И., Беляев Н.А., Астапович И.С., Теренть-ева А.К. Исследование возмущенного движения метеорного роя Леонид // Астрон. журн., т. 44, вып. 3, 1967. С. 616-629.

19. Козлов Е.А., Медведев Ю.Д. Эволюция формы и вращения кометно-го ядра при потере массы через сублимацию // Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел Солнечной системы. Сб. науч. тр. конф. г. Обнинск, октябрь, 1999 М. 2000, С. 209-217.

20. Куликова H.B., Тищенко В.И. Компьютерные технологии для обработки и представления результатов моделирования и данных астрономических наблюдений. I. Двухмерное графическое представление //

21. Тезисы докладов конф. «Международное сотрудничество в области астрономии: состояние и перспективы» МГУ-ГАИШ 25 мая-2 июня / М.: ASTRO, 2002.

22. Куликова Н.В. Выбросовые эффекты и эволюция кометных ядер. // Астрн. вестн., т. 19, № 2, 1985. С. 131-142.

23. Куликова Н.В. К теории образования метеорных потоков // Астрн. вестн., т. 5, № 3, 1971. С. 181-184.

24. Куликова Н.В. Образование, эволюция и природа метеорных роев в космическом пространстве. // Дисс. на соиск. учен. степ, докт.ф.-м. наук, ГАИШ МГУ, 1989г. 327 с.

25. Куликова Н.В., Мышев А.В., Пивненко Е.А. Космогония малых тел. М.: Космоинформ, 1993. 175 с.

26. Куликова Н.В., Мышев А.В., Чепурова В.М. Стохастическая динамика малых тем Солнечной системы. // Известия РАН, Серия физическая, Т. 62, Вып. 9, 1998. С. 1902-1906.

27. М. Краснов. OpenGL Графика в проектах Delphi. С. -П.:, БХВ-Петербург, 2000.

28. Мамедов О.М. Спектральная активность кометы Галлея в ближней ИК-области спектра // Астрон. вестн. т. 33. № 2,1999. С. 178-180.

29. Медведев Ю.Д. Эффекты сублимации в орбитальном и вращательном движении кометного ядра // Автореферат докт. диссертации. Санкт-Петербург. 1995.

30. Микиша A.M., Новикова Е.С., Рыхлова JI.B., Смирнов М.А. Вековая эволюция орбит ЕНТ под воздействием светового давления. // Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия XXI», 21-25 мая, Звенигород./ М.: ГЕОС, 2001. С. 145-149.

31. Микиша A.M., Смирнов М.А. Земные катастрофы, вызванные падением небесных тел. // Вестн. РАН. 69. № 4. 1999. С. 327-337.

32. Муртазов А.К. Экология и околоземное пространство // Доклад на Астрон. съезде. Москва, май, 2002.

33. Мышев А.В. Порядок, Хаос, и фракталы в небесно-механических системах. // Известия РАН, серия физическая, Т. 62, Вып. 9, 1998. С. 1907-1913.

34. Назаренко А.И. Моделирование техногенного загрязнения области геостационарных орбит. // Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия XXI», 21-25 мая, Звенигород./М.: ГЕОС, 2001. С. 92-97.

35. Назаренко А.И. Моделирование техногенного загрязнения околоземного космического пространства. Краткий обзор решаемых задач и применяемых методов. // Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия XXI», 21-25 мая, Звенигород./М.: ГЕОС, 2001. С. 80-91.

36. Назаренко А.И. Моделирование техногенного загрязнения околоземного космического пространства. /Астрн. вестн. т. 36, № 4, 2002. С. 555-564.

37. О.И. Белькович и др. Повышение активности метеорного потока Леонид в связи с приближением кометы Темпеля-Туттля. / Астрон. вест., 1996, т. 30, №4, С. 377-381.

38. Обрубов Ю.В. Эволюция метеороидных роев. // Дисс. на соиск. учен. степ, докт.ф.-м. наук. Душанбе, 1993. 391 с.

39. Олаф Кох. MS Excel 4.0 для пользователя. -М.: БИНОМ, 1994. С. 448.

40. Очков В.Ф. MathCad 8 Pro для студентов и инженеров. М.: КомпьютерПресс, 1999. 523 с.

41. Пивненко Е.А. Математическое моделирование структур новых образований в окрестности орбиты Земли (вычислительный эксперимент). // Дисс. на соиск. учен. степ. канд. ф.-м. наук.- Обнинск. ИАТЭ. 1990. 188 с.

42. Поляхова Е.Н. Решение линейных уравнений орбитального движения кометы с учетом негравитационных эффектов // Астрн. вестн. т. 21, №3, 1987. С. 233-241.

43. Поляхова Е.Н. Усреднение уравнений орбитального движения кометы с учетом негравитационных эффектов // Астрн. вестн. т. 18, № 3, 1984. С. 235-239.

44. Порев В.Н. Компьютерная графика.- С.-П.: БХВ-Петербург, 2002. 432 с.

45. Прохоров Г.В., Колбеев В.В., Желнов К.И., Леденев М.А. Математический пакет Maple. Руководство пользователя. -КалугаЮбщиздат, 2000, 199 с.

46. Рой А. Движение по орбитам. -М.:Мир, 1981, 544 с.

47. Рыхлова Л.В. Вступительное слово // Околоземная астрономия и проблемы изучения малых тел Солнечной системы. -М.: Космосин-форм, 2000.С. 13-16.

48. Рябова Г.О. Моделирование выброса крупных пылевых частиц из ядра кометы Галлея. // Астрн. вестн. т. 31, № 4, 1997. С. 314-326.

49. Смирнов М.А., Микиша A.M., Касименко Т.В., Рыхлова Л.В. Космический мусор и взрывы на околоземных орбитах // Околоземная астрономия XXI века. -М.: Геос. 2001. С. 98-106.

50. Терентьева А.К. К вопросу о структуре метеорного роя Леонид. Моменты максимумов активности потока в появлении 1997-2000 гг. // Астрон. вестн. т. 34, № 3, 2000. С. 261-264.

51. Терентьева А.К., Барабанов С.И. Семейство малых тел, связанных с метеоритом Пржибрам // Астрон. вестн., т. 36, № 5, 2002. С. 464-473.

52. Тищенко В.И. Динамическая эволюция кометы Галлея по результатам компьютерного моделирования // Околоземная астрономия XXI века. -М: Геос, 2001. С. 216-220.

53. Тищенко В.И. Динамическая эволюция кометы Галлея по результатам компьютерного моделирования //Сб. трудов конф. «Околоземная астрономия XXI», 21-25 мая, Звенигород. / М.: ГЕОС, 2001. С. 216-220.

54. Тищенко В.И. Информационная технология визуализации динамической эволюции метеороидных комплексов. // Тезисы докладов 9-й международной конф. «Системный анализ и управление» / Крым, Евпатория, 2004. С. 28-29.

55. Тищенко В.И. Особенности информационной технологии визуализации динамической эволюции метеороидных комплексов. // Тезисы докладов Всероссийской конф. ВАК-2004 «Горизонты Вселенной», МГУ-ГАИШ, З-Юиюня 2004 / Москва, ГАИШ, 2004. С. 215-216.

56. Тищенко В.И., Куликова Н.В. Компьютерная технология визуализации результатов моделирования в задаче дезинтеграции малых тел // Сб. тезисов 8-й международной конф. «Системный анализ и управление» / Евпатория, 2003. С. 179-180.

57. Угроза с неба: рок или случайность? // Под ред. А.А. Боярчука М. : Космосинформ, 1999. 220 с.

58. Чурюмов К.И., Филоненко B.C. О неравномерном распределении вспышек яркости комет по гелиоцентрическому расстоянию // Ас-трон. вестн. т. 31, № 1, 1997. С. 43-45.

59. Шмелев К.В. Методика прогнозирования риска засорения территории полигона при длительной эксплуатации. // XXXIII научные чтения, посвященные разработке наследия К.Э. Циолковского (Калуга, 15-18 сентября 1998г.)./М.: ИИЕТ РАН, 1998. С. 154-155.

60. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду. Справочное пособие. Под ред. Адушкина В.В., Козлова С.И., Петрова А.В. -М.: Анкил, 2000. 640 с.

61. Abergel A., Bertaux I.Z., Dimarellis Е. Surface features and the rotation state of Halley's comet nucleus. // Ann. Geophys.,1989, V. 7, N. 2,P. 129140.

62. Arlt R., Rendtel J., Brown P. ILW Bulletin 9: Results of the 1996 Leonid Maximum. // Journal of the International Meteor. 1996. V. 24. № 12. P. 203-206.

63. Babadzhanov P.B. Meteor showers associated with the Taurid complex asteroids. // 1997-1998, Celest. Mech. And Dyn. Astron., V. 69, № 1-2, P. 221-234.

64. Bisikalo D.V., Marov M.Ja., Shematovich V.I., Strelnitskiy V.S. The flow of the subliming gas in the near-nuclear (Knudsen) layer of the cometary coma. // Adv. Space Res., 1989, V. 9, N 3, P. 53-58.

65. Boehnhardt H., Rainer N., Birkle K., Schwehm G. The nuclei of comets 26P/Grigg-Skjellerup and 73P/Schwassmann-Wachmann 3 // Astron. and Astrophys. 1999, V. 341, N. 3, P. 912-917.

66. Brandt J.C., Yi Y., Snow M. The disconnection event (DE) of 13-15 April 1986 in comet Halley /Abstr. 177th Meet. Amer. Astron. Soc., Philadelphia Pa. 13-17 Jan., 1991 // Bull Amer. Astron. Soc. 1990. V. 22. N. 4. P. 1323.

67. Brown P., Arlt R. Bulletin 10 of the International Leonid Wattch: Final. // Journal: International Meteor Organization, 1997, P. 210-214.

68. Brown P., Simek M., Jones J. Radar observations of the Leonids: 19641995. // Astronomy and Astrophysics. 1997, V. 322, P. 687-695.

69. Bunte K.D., Sdunnus H., Mandeville J.C., Klinkrad H. Ballistic parameter and lifetime assessment for catalogued objects. // Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. / ESOC, Darmstadt, Germany. 2001. V. 2. P. 781-786.

70. Campbell D.B., Harmon J.K. Radar observations of comet Halley. // Astrophys. J. 1989, V. 338, N. 2, P. 1094-1105.

71. Chen Daohan. Liu Linzhong. Gilmore Allan. The splitting of comet Halley //Adv. SpaseRes. 1998. V.21.N. 11. P. 1607-1610.

72. Chen Daohan. Zheng Jiaqing. Liu Zongli. Yan Linshan. Liu Linzhong. Zhou Xinghai. Wu Zhixioan. Gilmore Allan. The splitting of comet Halley 1986 // Sci. sin. A. 1988. V. 31. N. 3. P. 340-344.

73. Crifo J.F. Are cometary dust mass loss deduced from optical emissions reliable? //Publ. Astron., Inst. Czechosl. Acad. Sci., 1987, N. 67, P. 59-66.

74. Currie M.J. A Short-Duration Telescopic Shower // WGN. Journal of International Meteor. 1995. V. 23. N. 4. P. 151-154.

75. Desvoivres E., Klinger J., Levasseur-Regourd A.C., Jones G.H. Modelling of dynamics of cometary fragments: application to comet С/1996 B2 Hyakutake //Icarus. 2000. V. 144. N. 1. P.l 72-181.

76. Eichler P., Reynolds R., Bade A., Johnson N. Historical Evolution and Current Status of the Number and Mass of Objects in Earth Orbit // The Orbital Debris Quarterly News. NASA JSC Houston. 1998. V. 3. N. 4. P. 8.

77. Flury W., Contant J.M. The updated IAA position paper on orbital debris. // Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. / ESOC, Darmstadt, Germany. 2001. V. 2. P. 841-849.

78. Grigoryan O.F., Medvedev Yu.D. On non-gravitational acceleration in Harrington-Abell comet motion due to Jupiter // IAA Transactions. Celestial Mechanics. 2002. N. 8. P. 79-80.

79. Gronkowski P., Smela J. The cometary outbursts at large heliocentric distance // Astron. and Astrophys. 1998. V. 338. N. 2. P. 761-766.

80. Gutierrez P.J., Ortiz J.L., Rodrigo R., Lopez-Moreno J.J. A study of water production and temperatures of rotating irregularly shaped cometary nuclei // Astron. and astrophys. 2000. V. 355. N. 2. P. 809-817.

81. Hahn Hermann-Michel. Hale-Bopp der siebenschweifige Himmelsbote // Bild Wiss. N. 3.P. 42-46.

82. Hoyle F., Wickramasinghe N.C. Some predictions on the nature of comet Halley // Astrophys. and Space Sci. 1999. V. 268. N. 1-3. P. 343-347.

83. Hughes D.W. Changes in the extent of the emission region on a cometary nucleus and its effect on the activity index // Astron. and Astrophys. 1989. V. 220. P. 301-305.

84. Jenniskens Peter. Activity of the 1998 Leonid shower from video record // Meteorit and Planet. 1999. V. 34. N. 6. P. 959-968.

85. Jewitt David. Matthews Henry. Particulate mass loss from comet Hale-Bopp //Astron. J. 1999. V. 117. N. 2. P. 1056-1062.

86. Johnson N.L. Space debris modelling at NASA // Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. / ESOC, Darmstadt, Germany. 2001. V. 1. P. 259-264.

87. Jones J., Mcintosh B.A., Hawkes R. The age of the Orionid meteoroid stream. //Mon. Notic. Roy. Astron. Soc., 1989, N. 1, P. 179-191.

88. Kasimenko T.V. and Rykhlova L.V. The Upper Atmosphere as a Space Debris Cleaner // Collisions in the Surroundihg Space (ed. Massevich A.G.). M.: Kosmosinform. 1995. P. 169-172.

89. Keller H.U., Thomas N. On the rotation of comet Halley // Nature. 1988. V. 333. N. 6169. P. 146-148.

90. Kiladze R.I. et al. On investigation of long-term orbital evolution of geostationary satelltes // Proc. Of the 12th International Symposium on "Spase Flight dynamic". / ESOC, Darmstadt, 1997. P. 53-57.

91. Krishna Swamy K.S.Heliocentric variation of dust production in comets inferred from infrared observation. // Astron. and Astrophys., 1991, N. 1, P. 260-266.

92. Larson S. Gas and dust jets in a spin // Nature. 1988. V. 332. N. 6166. P. 681-682.

93. Levi B.C. A surprise from the predictable comet Halley. // Phys. Today. 1991. V. 44. N. 4. P. 20.

94. Lindblad B.A. The nodal, the "new" and "old" maximum of the Perseid meteor stream. // Planet and Space Sci., 1998, V. 46, N. 8, P. 865-868.

95. Liou J.C., Matney M., Anz-Meador P.D., Kessler D.J., Jansen M., Theall J.R. The new NASA orbital debris engineering model ORDEM2000 // Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. / ESOC, Darmstadt, Germany. 2001. V. 1. P. 309-314.

96. Marsden B.G.Catalogue of cometary orbits.2-end ed. // Smithson. Astrophys. observ. 1975.

97. Martin Beech, Simona Nikolova A search for large meteoroids in the Perseid steam // Meteorit and Planet. Sci. 1999. V. 34. N. 6. P. 849-852.

98. Martin Beech. Large-Body Meteoroids in the Leonid Stream // The Astronomical J. 1998. V. 116. Issue 1. N. 7, P. 499-502.

99. Martin C., Lewis H., Walker R. Studying the MEO&GEO space debris environment with the Integrated Debris Evolution Suite (IDES) model //

100. Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. / ESOC, Darmstadt, Germany. 2001. V. 2. P. 351-354.

101. Mason J.W. The Leonid meteors and comet 55P/Tempel-Tuttle // J. of the British Astronomical Association. 1995, V. 105. N. 5, P. 219-235.

102. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Computer technologies for processing and presenting simulation results and astronomical observational data // Astron. and Astrophys. Transaction V.22, N. 4-5, 2003, P. 535-541.

103. Newton H.A. Comet of 1366 // Amer.Journ. Sci. Astr. 1868, Ser. 2, v.45, P. 91-92.113.0gilvie K.W., Coplan M.A., McFadden L.A. Sodium near the tail of comet Giocobini- Zinner // Icarus. 1998. V. 134. N. 2. P. 249-252.

104. Plavec M. Ejection theory of the meteor shower formation. // Bull. Astron. Inst. Czech., 1955, vol. 6, N. 2, P. 20-23.

105. Porubcan V., Stohl Jan. Burst of the 1969 Leonids and 1982 Lyrids // In Lunar and Planetary Inst., Asteroids. Comets. Meteors. 1992. N. 12. P. 469-472.

106. Purubcan V., Cevolani G., Neslusan L. Leonid meteor shower: activity and magnitude // Contributions of the Astronomical Observatory. 1998. V. 28. I.N.4. P. 31-36.

107. Rabinowitz D.I. A source map for dust jets observed in the coma of comet P/Halley. // Astron. and Asrophys., 1988.V. 200. P. 225-247.

108. Rahe J. Review of results on Halley's comet. // Publ. Astron. Inst. Czechosl. Acad. Sci., 1987, N. 67, P. 1-6.

109. Rao J. The Leonids: The King of Meteor Showers. // WGN, Journal of the International Meteor Organization. 1995, V. 23. N. 4, P. 120-135.

110. Revelle Douglas O., Whitaker Rodney W. Infrasonic detection of a Leonid bolide: 1998 November 17 // Meteorit and Planet. Sci. 1999. V. 34. N. 6. P. 995-1005.

111. Rickman H. Physical evolution of comets. // Publ. Astron. Inst. Czechocl. Acad. Sci., 1987, N. 67. P. 37-46.

112. Rickman H. The nucleus of comet Halley: surface structure, mean density, gas and dust production // Adv. Space Res. 1989.V. 9. N. 3. P. 59-71.

113. Russo Neil Dello, Mumma Michael J, Di Santi Michail A., Magee-Sauer Karen, Novak Robert, Rettig Terrence W. Water production and release in Comet C/1995 Ol Hale-Bopp // Icarus. 2000. V. 143. N. 2. P. 324-337.

114. Schleicher David G., Mikkis Robert L., Osip David J., Ledere Susan M. Activity and the rotation period of comet Hyakutake (1996 B2) // Icarus. 1998. V. 131. N. 2. P. 233-244.

115. Sdunnus H., Bendisch J., Klinkrad H. The ESA MASTER' 99 space debris and meteoroid reference model // Proceedings of the Third European Conference on Space Debris. / ESOC, Darmstadt, Germany. 2001. V. 1. P. 299-308.

116. Sekanina Z. Modeling dust halos in comet Hale-Bopp (1995 Ol): Existence of two active nuclei uneduivocally implied // Astrophys. J. 1998. V. 509, N. 2. P. 133-136.

117. Silva A.M., Mirabel I.F. Gaseous outbursts in comet Halley. A model for the dissociation of the OH radical // Astron. and Astrophys. 1988, V. 200. P. 350-354.

118. Stony G.H., Downing A.M.W. Perturbation of the Leonids // Proc. Of the Royal Society. 1898/99, Ser. A., V. 64, P. 403-409.

119. Szego K. What do we know about the nucleus of comet Halley? // Bioas-tron. Next steps: Proc. 99 the Collog., Balaton, june 22-27, 1987. / Dordrecht. Etc., 1988, P. 31-37.

120. Tajima Т., Takano A. Trajectory design for GEO debris observation satellite. // Proceedings of Third European Conference on Space Debris / ESOC, Darmstadt, Germany, 2001. V.l. P. 133-138.

121. Tischenko V.I. Information technology for visualization of a dynamical evolution of meteoroid complexes // Astron. and Astrophys. Transaction, V.23, N. 5, 2004, P. 475-480.

122. Williams I.P. Formation of the Leonid meteor stream and storm // Lunar and Planetary Inst., Asteroids. Comets. Meteors. 1992. № 12. P. 661-665.

123. Yomanc D.K. Comet Tempel-Tuttle and the Leonid meteors // Icarus. 1981, V. 47, N. 3,P. 492-499.