Una colaboración de investigación entre el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y el Instituto de Tecnología de la Fuerza Aérea (AFIT) investiga cómo la salida de energía neutrónica de la detonación de un dispositivo nuclear puede afectar la desviación de un asteroide.

Los científicos compararon la desviación de asteroide resultante de dos fuentes de energía de neutrones diferentes, representante de neutrones de fisión y fusión, permitiendo comparaciones lado a lado. El objetivo era comprender qué energías de neutrones liberadas por una explosión nuclear son mejores para desviar un asteroide y por qué, potencialmente allanando el camino para un rendimiento de deflexión optimizado.

El trabajo aparece en Acta Astronautica y fue dirigido por Lansing Horan IV, como parte de una colaboración con los grupos de Defensa Planetaria y Salida de Armas de LLNL durante su programa de maestría en ingeniería nuclear en AFIT. Los coautores de LLNL incluyen a Megan Bruck Syal y Joseph Wasem de la Dirección Principal de Armas e Integración Compleja de LLNL, y los coautores de AFIT incluyen a Darren Holland y el Mayor James Bevins.

Horan dijo que el equipo de investigación se centró en la radiación de neutrones de una detonación nuclear, ya que los neutrones pueden ser más penetrantes que los rayos X.

"Esto significa que una producción de neutrones puede potencialmente calentar mayores cantidades de material de la superficie de un asteroide, y, por lo tanto, ser más eficaz para desviar asteroides que un rendimiento de rayos X, " él dijo.

Los neutrones de diferentes energías pueden interactuar con el mismo material a través de diferentes mecanismos de interacción. Al cambiar la distribución e intensidad de la energía depositada, la desviación del asteroide resultante también puede verse afectada.

La investigación muestra que los perfiles de deposición de energía, que mapean las ubicaciones espaciales en y debajo de la superficie curva del asteroide, donde la energía se deposita en distribuciones variables, puede ser bastante diferente entre las dos energías de neutrones que se compararon en este trabajo. Cuando la energía depositada se distribuye de manera diferente en el asteroide, esto significa que los escombros derretidos / vaporizados pueden cambiar en cantidad y velocidad, que es lo que determina en última instancia el cambio de velocidad resultante del asteroide.

Derrotar a un asteroide

Horan dijo que hay dos opciones básicas para derrotar a un asteroide:interrupción o desviación.

La disrupción es el enfoque de impartir tanta energía al asteroide que se rompe con fuerza en muchos fragmentos que se mueven a velocidades extremas.

"El trabajo anterior descubrió que más del 99,5 por ciento de la masa del asteroide original pasaría por alto la Tierra, ", dijo." Esta ruta de interrupción probablemente se consideraría si el tiempo de advertencia antes del impacto de un asteroide es corto y / o el asteroide es relativamente pequeño ".

La desviación es el enfoque más suave, que implica impartir una menor cantidad de energía al asteroide, manteniendo el objeto intacto y empujándolo a una órbita ligeramente diferente con una velocidad ligeramente modificada.

"Tiempo extraordinario, con muchos años antes del impacto, incluso un cambio de velocidad minúsculo podría sumarse a una distancia perdida de la Tierra, "Dijo Horan." En general, la desviación podría preferirse como la opción más segura y 'elegante', si tenemos suficiente tiempo de advertencia para ejecutar este tipo de respuesta. Por eso nuestro trabajo se centró en la desviación ".

Conectando la deposición de energía a la respuesta de los asteroides

El trabajo se llevó a cabo en dos fases principales que incluyeron la deposición de energía de neutrones y la respuesta deflectiva de los asteroides.

Para la fase de deposición de energía, El código de transporte de radiación de partículas N de Montecarlo (MCNP) del Laboratorio Nacional de Los Alamos se utilizó para simular todos los diferentes estudios de caso que se compararon en esta investigación. MCNP simuló una detonación de neutrones que irradiaban hacia un asteroide esférico de 300 m de SiO2 (óxido de silicio). El asteroide fue dividido por cientos de esferas concéntricas y conos encapsulados para formar cientos de miles de células. y la deposición de energía fue contada y rastreada para cada celda individual con el fin de generar los perfiles de deposición de energía o distribuciones espaciales de energía en todo el asteroide.

Para la fase de deflexión de asteroides, Se utilizó el código hidrodinámico Lagrangiano-Euleriano Arbitrario (ALE3D) 2D y 3D de LLNL para simular la respuesta del material del asteroide a las deposiciones de energía consideradas. Los perfiles de deposición de energía generados por MCNP se importaron y mapearon en el asteroide ALE3D para inicializar las simulaciones. El cambio de velocidad de deflexión resultante se obtuvo para varias configuraciones de rendimiento de neutrones y energías de neutrones, permitiendo cuantificar el efecto de la energía neutrónica sobre la deflexión resultante.

Un pequeño paso para la deflexión

Horan dijo que el trabajo es un pequeño paso adelante para las simulaciones de deflexión nuclear.

"Un objetivo final sería determinar el espectro de energía de neutrones óptimo, la propagación de las salidas de energía de neutrones que depositan sus energías de la manera más ideal para maximizar el cambio de velocidad o la desviación resultante, ", dijo." Este documento revela que la salida de energía de neutrones específica puede afectar el rendimiento de la deflexión del asteroide, y por qué ocurre esto, sirviendo como un trampolín hacia la meta más grande ".

Horan dijo que la investigación mostró que la precisión y exactitud en los datos de deposición de energía es importante. "Si la entrada de deposición de energía es incorrecta, no deberíamos tener mucha confianza en la salida de deflexión de asteroides, ", dijo." Ahora sabemos que el perfil de deposición de energía es más importante para grandes rendimientos que se utilizarían para desviar grandes asteroides ".

Dijo que si hubiera un plan para mitigar un gran asteroide entrante, the energy deposition spatial profile should be accounted for to correctly model the expected asteroid velocity change.

"Por otra parte, 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. De hecho, 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."