临近空间核爆炸碎片云运动特征与规律研究

为了解临近空间核爆炸碎片云运动特征与规律,利用建立的临近空间核爆炸碎片云运动计算模型,对当量1 kt-10 Mt爆高30-80 km核爆炸碎片云运动进行了系统性计算研究。结果表明:碎片云最大上升高度、水平半径和上升速度随爆高和当量增加。爆高30 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为13-16 km,爆后5 min最大水平半径为4-5 km,兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为20-40 km,爆后5 min最大水平半径为15-30 km;爆高80 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为30-50 km,爆后5 min最大水平半径为20-40 km,兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为200-400 km,爆后5 min最大水平半径为110-220 km。当量较小、爆高较低时,碎片云形状演化为扁椭球形;当量较大、爆高较高时,碎片云形状演化为倒梨形。研究得到的碎片云运动参数可为临近空间核爆炸电离层和人工辐射带等地球物理效应研究提供缓发辐射源信息。

临近空间核爆炸碎片云运动的数值模拟

从质量守恒和动量守恒方程出发,考虑能量耗散、空气密度随高度变化、X射线沉积能量致大气温升和辐射冷却等影响因素,建立临近空间核爆炸碎片云运动演化的流体力学模型。计算TEAK试验和ORANGE试验碎片云扩展和上升运动,给出碎片云中心高度、水平半径、上升速度和形状等典型参数的演化,与实验测量数据基本相符。计算模型可为电离层效应和人工辐射带效应提供缓发辐射源参数。