La detonación a distancia de un dispositivo nuclear irradia el asteroide y almacena energía en la superficie y debajo de él. En este trabajo, los dos rendimientos de neutrones (50 kt y 1 Mt) y las dos energías de neutrones (14,1 MeV y 1 MeV) fueron los principales estudios de caso comparados uno al lado del otro. Los puntos negros representan la ubicación del dispositivo de alcance nuclear. Los colores de los asteroides muestran la intensidad y distribución de los diversos depósitos de energía de neutrones. El color azul oscuro indica dónde permanece sólido el asteroide. Todos los demás colores son donde el material se derrite y / o vaporiza, permitiendo que los escombros sean expulsados, alterando la velocidad del asteroide y desviándolo. Tenga en cuenta que el asteroide considerado en este estudio tenía 300 metros de diámetro, pero las visualizaciones anteriores muestran asteroides mucho más pequeños de 0,8 my 5 m de diámetro; esto es solo con fines de visualización para ampliar el área de deposición de energía. Fuente: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
Una colaboración de investigación entre el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y el Instituto de Tecnología de la Fuerza Aérea (AFIT) investiga cómo la energía neutrónica de la detonación de un dispositivo nuclear puede afectar la desviación de un asteroide.
Los científicos compararon la desviación resultante del asteroide de dos fuentes de energía de neutrones diferentes, representativas de los neutrones de fisión y fusión, lo que permitió comparaciones lado a lado. El objetivo era comprender qué energías de neutrones liberadas durante una explosión nuclear son mejores para la deflexión de asteroides y por qué, allanando potencialmente el camino para un rendimiento de deflexión optimizado.
El trabajo se presenta en Acta Astronautica y fue dirigido por Lansing Horan IV, en colaboración con los grupos LLNL de Defensa Planetaria y Salida de Armas durante su programa de maestría en ingeniería nuclear en AFIT. Los coautores de LLNL son Megan Bruck Syal y Joseph Wasem de la Dirección Principal de Armas e Integración Compleja de LLNL, y los coautores de AFIT son Darren Holland y el Mayor James Bevins.
Horan dijo que el equipo de investigación se centró en la radiación de neutrones de la explosión nuclear, ya que los neutrones pueden ser más penetrantes que los rayos X.
“Esto significa que la recuperación de neutrones tiene el potencial de calentar grandes cantidades de material de la superficie de los asteroides y, por lo tanto, puede ser más eficaz para desviar asteroides que la eficiencia de los rayos X”, dijo.
Los neutrones de diferentes energías pueden interactuar con el mismo material a través de diferentes mecanismos de interacción. Al cambiar la distribución y la intensidad de la energía depositada, también puede influir en la desviación del asteroide resultante.
La investigación muestra que los perfiles de deposición de energía, que mapean las ubicaciones espaciales en y debajo de la superficie curva de un asteroide donde la energía se deposita en diferentes distribuciones, pueden ser bastante diferentes para las dos energías de neutrones comparadas en este artículo. Cuando la energía depositada se distribuye de manera diferente en un asteroide, esto significa que el residuo de fusión / explosión vaporizada puede variar en cantidad y velocidad, lo que finalmente determina el cambio resultante en la velocidad del asteroide.
Derrotando al asteroide
Horan dijo que hay dos opciones principales para derrotar al asteroide: interrupción o reflexión.
La disrupción es el enfoque de transferir tanta energía a un asteroide que se rompe de manera confiable en múltiples fragmentos que se mueven a velocidades extremas.
“El trabajo anterior ha demostrado que más del 99,5% de la masa del asteroide original no habría alcanzado la Tierra”, dijo. “Esta ruta disruptiva probablemente se consideraría si el tiempo de advertencia del impacto del asteroide es corto y / o el asteroide es relativamente corto”.
La inclinación es un enfoque más suave que implica dar menos energía al asteroide, mantener el objeto intacto y empujarlo a una órbita ligeramente diferente a una velocidad ligeramente alterada.
“Con el tiempo, muchos años antes de la colisión, incluso un ligero cambio en la velocidad puede aumentar la distancia perdida en la Tierra”, dijo Horan. “En general, la desviación puede preferirse como la opción más segura y ‘elegante’ si tenemos suficiente tiempo de advertencia para implementar este tipo de respuesta. Por eso nuestro trabajo se centró en la inclinación.
Vincular la deposición de energía con la respuesta de los asteroides
El trabajo se llevó a cabo en dos fases principales que involucran la deposición de energía de neutrones y la respuesta reflectante del asteroide.
Para la fase de deposición de energía, se utilizó el código de transporte de radiación Monte Carlo N-Particle (MCNP) del Laboratorio Nacional de Los Alamos para simular todos los diferentes estudios de caso que se compararon en este estudio. El MCNP simuló la detonación de neutrones que irradiaban hacia un asteroide esférico de SiO2 (óxido de silicio) de 300 m de largo. El asteroide se dividió en cientos de esferas concéntricas y conos encapsulados para formar cientos de miles de células, y la deposición de energía se contó y siguió. cada celda individual para generar perfiles de deposición de energía o distribuciones de energía espacial a lo largo del asteroide.
Para la fase de deflexión del asteroide, se utilizaron los códigos hidrodinámicos 2D y 3D del LLNL Arbitral Lagrange-Euler (ALE3D) para simular la respuesta del material del asteroide a los depósitos de energía considerados. Los perfiles de deposición de energía generados por MCNP se importaron y mapearon en el asteroide ALE3D para iniciar la simulación. La variación resultante en la velocidad de guiñada se obtuvo para diferentes configuraciones de eficiencia neutrónica y energía neutrónica, lo que permite cuantificar el efecto de la energía neutrónica en la deflexión resultante.
Un pequeño paso hacia la flacidez
Horan dijo que el trabajo es un pequeño paso adelante en la simulación de una desviación del núcleo.
“El objetivo final sería determinar el espectro de energía de neutrones óptimo, la dispersión de energía de la energía de salida de los neutrones de la manera más ideal para maximizar el cambio de velocidad o guiñada resultante”, dijo. “Este artículo revela que la energía de salida de neutrones específica puede afectar el rendimiento de deflexión del asteroide y por qué lo hace, sirviendo como trampolín hacia un objetivo más grande”.
Horan dijo que los estudios han demostrado que la precisión y exactitud de los datos de deposición de energía es importante. “Si la energía de deposición de entrada es incorrecta, no deberíamos tener mucha confianza en el sesgo de salida del asteroide”, dijo. “Ahora sabemos que el perfil de deposición de energía es el más importante para las grandes capacidades que se utilizarían para desviar grandes asteroides”.
Si hubiera un plan para mitigar los efectos de un gran asteroide que se aproxima, dijo, se debe considerar el perfil espacial de la deposición de energía para modelar correctamente el cambio esperado en la velocidad del asteroide.
“Por otro lado, siempre es importante considerar la eficiencia del acoplamiento de energía, incluso en el caso de rendimientos bajos en comparación con los asteroides pequeños”, dijo. “La cantidad de deposición de energía resultó ser el factor que predice con mayor fuerza la desviación general del asteroide, lo que influye en el cambio de velocidad final más que en la distribución espacial”.
Para planificar una misión de mitigación de asteroides, será necesario considerar estos parámetros energéticos para obtener las simulaciones y expectativas correctas.
“Es importante que investiguemos más y comprendamos todas las tecnologías de mitigación de asteroides para maximizar el uso de las herramientas en nuestro conjunto de herramientas”, dijo Horan. “En algunos escenarios, el uso de un dispositivo nuclear para desviar un asteroide tendría varias ventajas sobre las alternativas no nucleares. De hecho, si el tiempo de alerta es corto y / o el asteroide incidente es grande, el explosivo nuclear puede ser nuestra única opción práctica de desviación y / o interrupción. ”
Proporcionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore