Uma colaboração de pesquisa entre o Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) e o Instituto de Tecnologia da Força Aérea (AFIT) investiga como a produção de energia de nêutrons da detonação de um dispositivo nuclear pode afetar a deflexão de um asteróide.

Os cientistas compararam a deflexão do asteróide resultante de duas fontes de energia de nêutrons diferentes, representante de nêutrons de fissão e fusão, permitindo comparações lado a lado. O objetivo era entender quais energias de nêutrons liberadas de uma explosão nuclear são melhores para desviar um asteróide e por quê, potencialmente pavimentando o caminho para um desempenho de deflexão otimizado.

O trabalho é apresentado na Acta Astronautica e foi liderado por Lansing Horan IV, como parte de uma colaboração com os grupos de Defesa Planetária e Produção de Armas do LLNL durante seu programa de mestrado em engenharia nuclear no AFIT. Os co-autores do LLNL incluem Megan Bruck Syal e Joseph Wasem da Diretoria de Armas e Integração do Complexo do LLNL, e os co-autores do AFIT incluem Darren Holland e Maj. James Bevins.

Horan disse que a equipe de pesquisa se concentrou na radiação de nêutrons de uma detonação nuclear, uma vez que os nêutrons podem ser mais penetrantes do que os raios-X.

"Isso significa que um rendimento de nêutrons pode potencialmente aquecer maiores quantidades de material da superfície do asteróide, e, portanto, ser mais eficaz para desviar asteróides do que produzir raios-X, " ele disse.

Nêutrons de diferentes energias podem interagir com o mesmo material por meio de diferentes mecanismos de interação. Ao alterar a distribuição e a intensidade da energia depositada, a deflexão de asteróide resultante também pode ser afetada.

A pesquisa mostra que os perfis de deposição de energia - que mapeiam as localizações espaciais na superfície curva do asteróide e abaixo dela, onde a energia é depositada em distribuições variáveis ​​- pode ser bastante diferente entre as duas energias de nêutrons que foram comparadas neste trabalho. Quando a energia depositada é distribuída de forma diferente no asteróide, isso significa que os detritos de purga derretidos / vaporizados podem mudar em quantidade e velocidade, que é o que finalmente determina a mudança de velocidade resultante do asteróide.

Derrotando um asteróide

Horan disse que existem duas opções básicas para derrotar um asteróide:interrupção ou deflexão.

Perturbação é a abordagem de transmitir tanta energia ao asteróide que ele é fortemente quebrado em muitos fragmentos que se movem em velocidades extremas.

"Trabalhos anteriores descobriram que mais de 99,5 por cento da massa do asteróide original não atingiria a Terra, ", disse ele." Este caminho de interrupção provavelmente seria considerado se o tempo de aviso antes do impacto de um asteróide for curto e / ou o asteróide for relativamente pequeno. "

A deflexão é a abordagem mais suave, que envolve transmitir uma menor quantidade de energia ao asteróide, mantendo o objeto intacto e empurrando-o para uma órbita ligeiramente diferente com uma velocidade ligeiramente alterada.

"Hora extra, com muitos anos antes do impacto, mesmo uma mudança minúscula de velocidade pode somar uma distância ausente da Terra, "Disse Horan." A deflexão geralmente pode ser preferida como a opção mais segura e mais 'elegante', se tivermos tempo de aviso suficiente para decretar esse tipo de resposta. É por isso que nosso trabalho focou na deflexão. "

Conectando a deposição de energia à resposta do asteróide

O trabalho foi conduzido em duas fases primárias que incluíram deposição de energia de nêutrons e resposta defletora de asteróide.

Para a fase de deposição de energia, O código de transporte de radiação Monte Carlo N-Particle (MCNP) do Laboratório Nacional de Los Alamos foi usado para simular todos os diferentes estudos de caso que foram comparados nesta pesquisa. O MCNP simulou uma detonação isolada de nêutrons que irradiou em direção a um asteróide esférico de 300 m SiO2 (óxido de silício). O asteróide foi dividido por centenas de esferas concêntricas e cones encapsulados para formar centenas de milhares de células, e a deposição de energia foi computada e rastreada para cada célula individual a fim de gerar os perfis de deposição de energia ou distribuições espaciais de energia em todo o asteróide.

Para a fase de deflexão do asteróide, O código hidrodinâmico 2D e 3D Arbitrário Lagrangiano-Euleriano (ALE3D) do LLNL foi usado para simular a resposta do material asteróide às deposições de energia consideradas. Os perfis de deposição de energia gerados pelo MCNP foram importados e mapeados no asteróide ALE3D para inicializar as simulações. A mudança de velocidade de deflexão resultante foi obtida para várias configurações de rendimentos de nêutrons e energias de nêutrons, permitindo que o efeito da energia do nêutron na deflexão resultante seja quantificado.

Um pequeno passo para deflexão

Horan disse que o trabalho é um pequeno passo à frente nas simulações de deflexão nuclear.

"Um objetivo final seria determinar o espectro de energia de nêutrons ideal, a propagação das saídas de energia de nêutrons que depositam suas energias da maneira mais ideal para maximizar a mudança de velocidade ou deflexão resultante, "disse ele." Este artigo revela que a produção de energia de nêutrons específica pode impactar o desempenho de deflexão do asteróide, e por que isso ocorre, servindo como um trampolim em direção ao objetivo maior. "

Horan disse que a pesquisa mostrou que a precisão e exatidão nos dados de deposição de energia são importantes. "Se a entrada de deposição de energia estiver incorreta, não devemos ter muita confiança na saída de deflexão do asteróide, ", disse ele." Agora sabemos que o perfil de deposição de energia é mais importante para grandes rendimentos que seriam usados ​​para desviar grandes asteróides. "

Ele disse que se houvesse um plano para mitigar um grande asteróide que se aproxima, the energy deposition spatial profile should be accounted for to correctly model the expected asteroid velocity change.

"Por outro lado, the energy coupling efficiency is always important to consider, even for low yields against small asteroids, " he said. "We found that the energy deposition magnitude is the factor that most strongly predicts the overall asteroid deflection, influencing the final velocity change more than the spatial distribution does."

For planning an asteroid mitigation mission, it will be necessary to account for these energy parameters to have correct simulations and expectations.

"It is important that we further research and understand all asteroid mitigation technologies in order to maximize the tools in our toolkit, " Horan said. "In certain scenarios, using a nuclear device to deflect an asteroid would come with several advantages over non-nuclear alternatives. Na verdade, if the warning time is short and/or the incident asteroid is large, a nuclear explosive might be our only practical option for deflection and/or disruption."