射入分层颗粒床的弹丸所受冲击阻力

固体物体撞击小天体表面的过程可由固体撞击具有分层结构的颗粒靶体来建模。基于实验建立了针对分层结构颗粒靶体的冲击阻力模型。我们进行了一系列颗粒冲击实验，其中系统地改变了靶体颗粒的机械强度与孔隙率。将微小玻璃珠（直径 $5$~$\mu$m）团聚形成直径 $2$--$4$~mm 的多孔颗粒，随后对这些颗粒进行烧结以控制其强度。将聚乙烯球（直径 $12.7$~mm）下落至由这些多孔颗粒构成的层次化颗粒靶体上。利用高速相机捕获侵入球的运动并进行分析。我们发现，分层结构颗粒靶体产生的冲击阻力可由惯性阻力与深度比例阻力之和建模。分层颗粒冲击中的深度比例阻力远大于由刚性颗粒构成的通常颗粒靶体。颗粒强度与冲击动压之比是为表征此异常大的深度比例阻力的关键无量纲参数。当冲击动压充分大于颗粒强度时，颗粒破碎在冲击动力学中起重要作用。这意味着对于小天体上的撞击也应考虑颗粒破碎的影响。或许，可以基于行星探测器的侵入或着陆运动学观测来估计表面颗粒的有效强度。