Forskellige neutronenergier øger asteroideafbøjningen

Et forskningssamarbejde mellem Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) og Air Force Institute of Technology (AFIT) undersøger, hvordan neutronenergien fra en detonation af en nuklear enhed kan påvirke afbøjningen af ​​en asteroide.

Forskere sammenlignede den resulterende asteroideafbøjning fra to forskellige neutronenergikilder, repræsentant for fissions- og fusionsneutroner, giver mulighed for side-by-side sammenligninger. Målet var at forstå, hvilke neutronenergier frigivet fra en atomeksplosion er bedre til at afbøje en asteroide og hvorfor, potentielt baner vejen for optimeret afbøjningsydelse.

Værket er omtalt i Acta Astronautica og blev ledet af Lansing Horan IV, som en del af et samarbejde med LLNL's Planetary Defense and Weapon Output grupper under hans nuklear engineering kandidatuddannelse på AFIT. Medforfattere fra LLNL inkluderer Megan Bruck Syal og Joseph Wasem fra LLNL's hoveddirektorat for våben og kompleks integration, og medforfatterne fra AFIT omfatter Darren Holland og maj. James Bevins.

Horan sagde, at forskerholdet fokuserede på neutronstrålingen fra en nuklear detonation, da neutroner kan være mere penetrerende end røntgenstråler.

"Dette betyder, at et neutronudbytte potentielt kan opvarme større mængder af asteroide overflademateriale, og derfor være mere effektiv til at afbøje asteroider end et røntgenudbytte, " han sagde.

Neutroner af forskellige energier kan interagere med det samme materiale gennem forskellige interaktionsmekanismer. Ved at ændre fordelingen og intensiteten af ​​den aflejrede energi, den resulterende asteroideafbøjning kan også blive påvirket.

Forskningen viser, at energiaflejringsprofilerne - som kortlægger de rumlige placeringer ved og under asteroidens buede overflade, hvor energi afsættes i varierende fordelinger - kan være ret forskellige mellem de to neutronenergier, der blev sammenlignet i dette arbejde. Når den aflejrede energi er forskelligt fordelt i asteroiden, dette betyder, at det smeltede/fordampede afblæsningsrester kan ændre sig i mængde og hastighed, hvilket er det, der i sidste ende bestemmer asteroidens resulterende hastighedsændring.

At besejre en asteroide

Horan sagde, at der er to grundlæggende muligheder for at besejre en asteroide:forstyrrelse eller afbøjning.

Disruption er tilgangen til at give så meget energi til asteroiden, at den er robust splintret i mange fragmenter, der bevæger sig ved ekstreme hastigheder.

"Tidligere arbejde viste, at mere end 99,5 procent af den oprindelige asteroides masse ville savne Jorden, " sagde han. "Denne forstyrrelsessti vil sandsynligvis blive overvejet, hvis advarselstiden før et asteroidenedslag er kort og/eller asteroiden er relativt lille."

Afbøjning er den blidere tilgang, som involverer at give en mindre mængde energi til asteroiden, holde objektet intakt og skubbe det ind i en lidt anden bane med en lidt ændret hastighed.

"Over tid, med mange år før virkningen, selv en minimal hastighedsændring kunne lægge op til en Jord-manglende afstand, " sagde Horan. "Afbøjning kan generelt foretrækkes som den sikrere og mere 'elegante' mulighed, hvis vi har tilstrækkelig advarselstid til at gennemføre denne form for reaktion. Det er derfor, vores arbejde fokuserede på afbøjning."

Forbinder energiaflejring med asteroiderespons

Arbejdet blev udført i to primære faser, der omfattede neutronenergiaflejring og asteroideafbøjningsrespons.

For energiaflejringsfasen, Los Alamos National Laboratory's Monte Carlo N-Particle (MCNP) strålingstransportkode blev brugt til at simulere alle de forskellige casestudier, der blev sammenlignet i denne forskning. MCNP simulerede en standoff-detonation af neutroner, der udstrålede mod en 300 m SiO2 (siliciumoxid) sfærisk asteroide. Asteroiden blev delt af hundredvis af koncentriske kugler og indkapslede kegler for at danne hundredtusindvis af celler, og energiaflejring blev talt og sporet for hver enkelt celle for at generere energiaflejringsprofilerne eller rumlige fordelinger af energi gennem asteroiden.

For asteroideafbøjningsfasen, LLNLs 2D og 3D vilkårlige Lagrangian-Eulerian (ALE3D) hydrodynamikkode blev brugt til at simulere asteroidematerialets reaktion på de betragtede energiaflejringer. De MCNP-genererede energiaflejringsprofiler blev importeret og kortlagt i ALE3D-asteroiden for at initialisere simuleringerne. Den resulterende afbøjningshastighedsændring blev opnået for forskellige konfigurationer af neutronudbytte og neutronenergier, gør det muligt at kvantificere effekten af ​​neutronenergien på den resulterende afbøjning.

Et lille skridt til afbøjning

Horan sagde, at arbejdet er et lille skridt fremad for nukleare afbøjningssimuleringer.

"Et endeligt mål ville være at bestemme det optimale neutronenergispektrum, spredningen af ​​neutronenergioutput, der afsætter deres energier på den mest ideelle måde for at maksimere den resulterende hastighedsændring eller afbøjning, " sagde han. "Dette papir afslører, at den specifikke neutronenergioutput kan påvirke asteroideafbøjningens ydeevne, og hvorfor dette sker, tjener som et springbræt mod det større mål."

Horan sagde, at forskningen viste, at præcision og nøjagtighed i energiaflejringsdata er vigtig. "Hvis energideponeringsinputtet er forkert, vi burde ikke have meget tillid til asteroideafbøjningen, " sagde han. "Vi ved nu, at energiaflejringsprofilen er vigtigst for store udbytter, der ville blive brugt til at afbøje store asteroider."

Han sagde, at hvis der skulle være en plan for at afbøde en stor indkommende asteroide, the energy deposition spatial profile should be accounted for to correctly model the expected asteroid velocity change.

"På den anden side, 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. Faktisk, 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."