Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыСотрудникам

Лаборатория физической газовой динамики. Подробная информация

См. также Общие сведения о лаборатории

Основные достижения

Лаборатория "Физической газовой динамики" образовалась в ИПМех РАН в 1987 году в составе "Отдела космической газовой динамики" после перехода отдела из Института космических исследований (ИКИ) РАН. Отделом руководил его создатель и первый директор ИКИ РАН академик Георгий Иванович Петров. Лаборатория занимает ведущее место в мире по созданию теоретических моделей физических явлений, встречающихся в космическом пространстве. Это ведущее место обусловлено пионерской работой Баранова, Краснобаева и Куликовского (Докл. АН СССР, 1970, 194, стр. 41), в которой была предложена модель взаимодействия солнечного ветра со сверхзвуковым потоком межзвездного газа. Сверхзвуковой характер обтекания солнечной системы уже в 1971 году был подтвержден экспериментами на американском космическом аппарате OGO-5.

В лаборатории была предложена и построена первая осесимметричная кинетико-континуальная модель обтекания солнечного ветра сверхзвуковым потоком частично ионизованной водородной плазмы межзвездной среды (Баранов и Малама, J. Geophys. Res., 98, стр. 15157, 1993), которая наиболее адекватно описывала рассматриваемое физическое явление. В этой модели взаимодействие солнечного ветра с заряженной компонентой межзвездной среды описывалось в рамках уравнений механики сплошной среды, а взаимодействие с атомами водорода описывалось на основе кинетической теории газов. В результате взаимодействия локальной межзвездной среды (LISM) с солнечным ветром (SW) образуется интерфейс, состоящий из внешнего ударного слоя (областью между головной ударной волной BS и тангенциальным разрывом HP, называемым обычно гелиопаузой) и внутреннего ударного слоя (областью между гелиопаузой и ударной волной торможения солнечного ветра TS). Влияние введенной и рассчитанной в лаборатории области интерфейса на проникновение атомов водорода, кислорода, азота и др. из межзвездной среды в солнечную систему признано во всем мире благодаря экспериментам на космических аппаратах Voyager 1/2, Pioneer 10/11, Ulysses, Hubble Space Telescop, SOHO и др. Главным препятствием для такого проникновения является процесс перезарядки.

Физическая картина течения в рамках кинетико-континуальной модели
Физическая картина течения в рамках кинетико-континуальной модели

Очень важным предсказанием модели является так называемая «водородная стенка», т.е. немонотонное убывание концентрации межзвездных атомов Н с пиком вблизи гелиопаузы.

Модель взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой постоянно усовершенствуется посредством включения новых физических эффектов.

Пересечение гелиосферной ударной волны аппаратами Вояджер-1 в декабре 2004 г. и Вояджер-2 в августе 2007 г. на расстояниях 94 а.е. и 84 а.е., соответственно, было задолго до этих событий предсказано результатами построенной в лаборатории модели с точностью до нескольких процентов.

К данной тематике примыкают экспериментальные работы в области физической кинетики и научного приборостроения. Эти работы связаны как с изучением атомных столкновений применительно к явлениям, встречающимся в условиях космического пространства, так и к созданию научных приборов для аэрокосмических аппаратов с целью изучения строения атмосфер планет, межпланетной среды, изучения Земли методом дистанционного зондирования с аэрокосмических аппаратов.

Другим направлением деятельности лаборатории являются исследования, связанные с численным моделированием турбулентных течений и теплообмена в двухмерных каналах и трехмерных нестационарных пограничных слоях на телах сложной формы. Особое внимание уделяется процессам перехода от ламинарных режимов к турбулентным.

В лаборатории проводятся численные исследования нестационарных потоков многокомпонентных реагирующих газовых смесей с частицами твердой фазы, представляющими интерес в разработке химических (CVD) реакторов парофазного охлаждения. Разработан метод решения подобных задач, основанный на самосогласованном расчете процессов на микро- и макро- уровне.

Лаборатория принимает активное участие в международных программах и проектах. Особо следует отметить космический проект NASA IBEX (Interstellar Boundary Explorer). Сотрудничество с Астрономическим институтом Боннского университета по теме «Физические процессы в гелиосфере» продолжается с середины 80-х годов. Кроме того, сотрудники лаборатории поддерживают тесные контакты с Институтом аэрономии Французской академии наук, Университетом Южной Калифорнии, Международным институтом космических исследований (г. Берн), Шеффилдским университетом (Великобритания) и др.

Сотрудники лаборатории
Сотрудники лаборатории

Премии, награды, почётные звания

  • Академические премии и награды
    1982 – В.Б. Баранов. Премия АН им. С.А. Чаплыгина
    2006 – В.Б. Баранов. Медаль им. Г.И. Петрова
  • Награды и премии для молодых ученых
    2006 – Д.Б. Алексашов. Победитель конкурса научных работ молодых специалистов России "Новая генерация"
    2006 – В.В. Измоденов. Премия им. И.И. Шувалова
  • Международные премии
    2006 – В.В. Измоденов. Медаль им. Я.Б. Зельдовича (КОСПАР)

Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории

Книги

  1. Баранов В.Б., Краснобаев К.В. Гидродинамическая теория космической плазмы: Москва: Наука, 1977. 336 с.
  2. Баранов В.Б. Гидроаэромеханика и газовая динамика. Изд-во Московского университета, 1987. 184 с.

Статьи

  1. Баранов В.Б., Краснобаев К.В., Куликовский А.Г. Модель взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой // Докл. АН СССР. 1970. Т. 194, С. 41-44.
    = Baranov V.B., Krasnobaev K.V., Kulikovskii A.G. A model of the interaction of the solar wind with the interstellar medium // Soviet Phys. Dokl. 1971. V. 15. P. 791-793.
  2. Baranov V.B., Lebedev M.G. Solar wind flow past a comet ionosphere // Astrophys. Space Sci. 1988. V. 147. P. 69.
    doi: 10.1007/BF00656608
  3. Baranov V.B., Malama Yu.G. Model of the solar wind interaction with the local interstellar medium: numerical solution of the self-consistent problem // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 15157.
    doi: 10.1029/93JA01171
  4. Белов Н.А. Неустойчивость тангенциального разрыва в плоском течении с критической точкой // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1997. № 2. С. 78-82.
    (elibrary)
  5. Izmodenov V.V., Gruntman M., Malama Yu.G. Interstellar hydrogen atom distribution function in the outer heliosphere // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 10681-10689. doi: 10.1029/2000JA000273
  6. Измоденов В.В., Алексашов Д.Б. Модель хвостовой области гелиосферного интерфейса // Письма в Астрон. Журн. 2003. Т. 29. С. 69-75.
    (elibrary)
    = Izmodenov V.V., Alexashov D.B. A model for the tail region of the heliospheric interface // Astron. Letters. 2003. V. 29. P. 58-63.
    doi: 10.1134/1.1537379
  7. Alexashov D., Izmodenov V. Kinetic vs. multi-fluid models of H atoms in the heliospheric interface: a comparison // Astron. Astrophys. 2005. V. 439. P. 1171-1181.
    doi: 10.1051/0004-6361:20052821
  8. Malama Y.G., Izmodenov V.V., Chalov S.V. Modeling of the heliospheric interface: multi-component nature of the heliospheric plasma // Astron. Astrophys. 2006. V. 445. P. 693-701.
    doi: 10.1051/0004-6361:20053646
  9. Алексин В.А. Моделирование влияния параметров потока с высокой интенсивностью турбулентности на нестационарные пограничные слои с продольными градиентами давления // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2008. № 2. С. 122-136.
    (журнал, elibrary)
    = Aleksin V.A. Simulation of the effect of high-intensity turbulence flow parameters on unsteady boundary layer with streamwise pressure gradients // Fluid dynamics. 2008. V. 43. No. 2. P. 274-286.
    doi: 10.1134/S0015462808020129
  10. Алексин В.А., Зубарев В.М. Моделирование влияния параметров турбулентности набегающего потока на пристенные переходные течения впограничном слое // Математическое моделирование. 2008. Т. 20. № 8. С. 87-106.
    (math-net)
  11. Izmodenov V.V., Malama Y.G., Ruderman M.S. Modeling of the outer heliosphere with the realistic solar cycle // J. Adv. Space Res. 2008. V. 41. P. 318-324.
    doi:10.1016/j.asr.2007.06.033
  12. Markov A.A. Micro and macro scale technique for strongly coupled two-phase flows simulation // Computers & Fluids. 2009. V. 38. P. 1435-1444.
    doi: 10.1016/j.compfluid.2008.01.030
  13. Белов Н.А. Течение плазмы в окрестности критической точки гелиопаузы в присутствии нейтральных атомов водорода // Письма в Астрон. Журн. 2010. Т. 36. С. 154.
    (elibrary)
    = Belov N.A. Plasma flow in vicinity of the heliopause stagnation point in the presence of hydrogen neutral atoms // Astron. Letters. 2010. V. 36. P. 144-149
    doi: 10.1134/S1063773710020064
  14. Chalov S.V., Alexashov D.B., McComas D., Izmodenov V.V., Malama Y.G., Schwadron N. Scatter-free pickup ions beyond the heliopause as a model for the Interstellar Boundary Explorer ribbon // Astrophys. J. Lett. 2010. V. 716. P. L99.
    doi: 10.1088/2041-8205/716/2/L99
  15. Markov A.A., Filimonov I.A., Martirosyan K.S. Simulation of front motion in a reacting condensed two-phase mixture // J. Comput. Phys. 2012. V. 231. P. 6714-6724.
    doi: 10.1016/j.jcp.2012.06.003
  16. Baranov V.B., Ruderman M.S. On the effect of transport coefficient anisotropy on the plasma flow in heliospheric interface // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2013. V. 434. P. 3202-3207.
    doi: 10.1093/mnras/stt1267
  17. Markov A.A. Jump-Slip simulation technique for combustion in submicron tubes and submicron pores // Computers and Fluids. 2014. 99. P. 83-92.
    doi: 10.1016/j.compfluid.2014.04.012
  18. Baranov V.B., Alexashov D.B., Lebedev M.G. Magnetic fields near spacecraft-explored comets: 3D MHD numerical simulation // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2015. V. 449. P. 2268-2273.
    doi: 10.1093/mnras/stv448
  19. Izmodenov V.V., Alexashov D.B. Three-dimensional Kinetic-MHD Model of the Global Heliosphere with the Heliopause-surface Fitting // The Astrophysical Journal Supplement Series. 2015. V. 220. article id. 32, 14 pp.
    doi: 10.1088/0067-0049/220/2/32
  20. Chalov S.V., Malama Y.G., Alexashov D.B., Izmodenov V.V. Acceleration of interstellar pickup protons at the heliospheric termination shock: Voyager 1/2 energetic proton fluxes in the inner heliosheath // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2016. V. 455. P. 431-437.
    doi: 10.1093/mnras/stv2323