Что такое прямое моделирование Монте-Карло и почему это хороший метод для моделирования сопротивления космического корабля в VLEO?

Уменьшение лобового сопротивления космического корабля на очень низкой околоземной орбите за счет оптимизации формы Дж. А. Уолш и Л. Бертоуд (2017) демонстрируют моделирование, вычисляющее коэффициенты лобового сопротивления для различных форм «носового конуса» космического корабля на очень низкой околоземной орбите или VLEO. В нем говорится:

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо выполнить аэродинамическое моделирование корпуса спутника. Плотность атмосферы в VLEO настолько низка, что среда больше не является непрерывной, а скорее может быть описана как молекулярный поток (число Кнудсена>1),8 для которого имеется ряд доступных методов моделирования. К ним относятся аналитические методы, такие как представленные Сентманом ⁸ . Аналитические методы могут обеспечить быструю оценку аэродинамических сил, которые могут воздействовать на тело, но менее полезны для более сложных форм, особенно там, где происходят вторичные взаимодействия частиц с поверхностью ⁹ . В качестве альтернативы, симуляторы частиц, такие как методы прямого моделирования Монте-Карло (DSMC), впервые разработанные Bird ^10.могут обеспечить более точную оценку аэродинамических сил, поскольку они пытаются воспроизвести физику молекулярного потока. Однако это происходит за счет увеличения времени моделирования. Для выполняемой здесь работы желательна возможность захвата нелинейных аспектов обтекания сложных тел. По этой причине был использован код DSMC 'SPARTA' (который расшифровывается как стохастический параллельный анализатор разреженных газов с точностью во времени) ^{11,12 .}

Вопрос: Что такое прямое моделирование методом Монте-Карло и почему такие «симуляторы частиц» являются хорошим методом моделирования сопротивления космического корабля в VLEO?

Table 1: Atmospheric Properties in VLEO

                      Minimum      Maximum      Simulation
Density [kg/m3 ]   7.28×10E−12   2.49×10E−09   1.05×10E−10
Temperature [°K]       447          1438           990
Velocity [km/s]       7.70          7.85          7.77

Примечание. Это также можно задать или переместить в Physics SE, Engineering SE, Scientific Computing SE и даже в Area 51 Computational Fluid Dynamics SE, если это будет сочтено здесь не по теме.