支持小行星采样机制设计的低速撞击风化层模拟 I：与 1-g 实验的比较
地球与行星天体物理
2014-08-12 v1 计算物理
摘要
本研究在利用低速抛射体作为采样机制主要组件的小行星采样返回任务（例如 JAXA 的 Hayabusa 和 Hayabusa2 任务）框架下进行。我们在地球重力环境下，使用不同形状的抛射体对颗粒材料中的此类撞击进行了数值模拟。随后，我们将模拟中获得的抛出物质量与使用类似设置的实验结果进行比较，从而验证我们的数值方法。对于靶体，我们考虑了两种不同的单分散粒径：5 mm 和 3 mm。抛射体的撞击速度为 11 m s，方向向下且垂直于靶体表面。利用已在低速撞击烧结玻璃珠团聚体背景下经过验证的 -Body 重力树代码 PKDGRAV 中的软球离散元法 (SSDEM) 实现，我们发现抛出物质量对抛射体形状存在显著依赖。正如实验中所发现的那样，在较大靶体粒径 (5 mm) 的情况下，圆锥形抛射体比圆盘形和球形等其他形状的抛射体抛出更多的质量。我们还发现，数值结果对颗粒的法向恢复系数敏感，特别是对于由较小颗粒 (3 mm) 组成的靶体的撞击。我们还发现，静摩擦力在由较大颗粒组成的靶体的撞击中起着更重要的作用。作为初步演示，我们在微重力环境中模拟了其中一种考虑的设置。正如预期，重力的减小既增加了抛出物的质量，也延长了撞击过程的时间尺度。我们的方法也可适用于特定任务设计中包含的采样机制条件。
引用
@article{arxiv.1408.1979,
title = {Low-speed Impact Simulations into Regolith in Support of Asteroid Sampling Mechanism Design I.: Comparison with 1-g Experiments},
author = {Stephen R. Schwartz and Patrick Michel and Derek C. Richardson and Hajime Yano},
journal= {arXiv preprint arXiv:1408.1979},
year = {2014}
}