El mismo impacto de la nave espacial DART puede dar como resultado cráteres muy diferentes en Dimorphos dependiendo de cómo sea el material del asteroide. El cráter de la izquierda es el resultado si Dimorphos está compuesto de material rocoso fuerte, mientras que el cráter mucho más grande que se muestra a la derecha podría ocurrir si Dimorphos está compuesto de material similar a escombros mucho más débil. Crédito:Mike Owen/LLNL.
La nave espacial Double Asteroid Redirection Test (DART) de la NASA se estrellará contra el asteroide Dimorphos el 26 de septiembre, ejecutando la primera prueba de desviación de asteroides que ha estado planeada durante años.
Dimorphos, de 150 metros de diámetro, es la "luna" de un sistema de asteroides binarios, que orbita alrededor del asteroide compañero más grande, Didymos (800 metros). El impulso de la nave espacial de ~600 kg, que viaja a ~6 km/s, generará un pequeño cambio en la velocidad de Dimorphos, que será detectable desde los telescopios terrestres como un cambio en el período orbital del sistema de asteroides.
Como parte de esta misión, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han contribuido con su experiencia en simulación multifísica a esta misión de demostración tecnológica de defensa planetaria desde 2014, desarrollando nuevos métodos para simular el rango de posibles objetivos de asteroides y modelar la nave espacial DART con mayor fidelidad.
Un nuevo artículo en The Planetary Science Journal , "Spacecraft Geometry Effects on Kinetic Impactor Missions", dirigido por Mike Owen de LLNL, explora las consecuencias de incluir geometrías realistas de naves espaciales en simulaciones multifísicas.
Anteriormente, la mayoría de los modeladores de impacto consideraban formas idealizadas para la nave espacial DART, como una esfera, un cubo o un disco. El uso de modelos detallados de diseño asistido por computadora (CAD) proporcionados por ingenieros de naves espaciales no era una capacidad fácilmente disponible para muchos códigos de impacto. Owen trabajó para agilizar el proceso en Spheral, un código de hidrodinámica de partículas suavizadas adaptativas (ASPH) basado en LLNL para el cual creó y se desempeña como desarrollador principal. Los colaboradores en los EE. UU. e internacionalmente también trabajaron para implementar geometrías DART basadas en CAD, proporcionando comparaciones de códigos para las geometrías de naves espaciales detalladas y más simplificadas, como parte del estudio.
"A lo largo de los años, muchos investigadores han trabajado mucho para estudiar cómo podrían funcionar los impactadores cinéticos como DART si tuviéramos que desviar un asteroide, utilizando modelos numéricos y experimentos de laboratorio", dijo Owen. "Casi toda esa investigación se centra en los efectos de cómo las diferentes propiedades del propio asteroide podrían afectar el resultado, pero de todas las incógnitas en estos escenarios, probablemente el factor del que más sabemos es la nave espacial en sí, que generalmente se aproxima usando una geometría sólida simple como un cubo sólido o una esfera".
Owen dijo que ahora que se está realizando un experimento en vivo a gran escala en la misión DART, tiene sentido observar cuán importante podría ser la geometría real de la nave espacial que se lanzó, particularmente dado lo diferente que se ve la nave espacial en comparación con las simplificaciones típicas.
"Estos modelos realistas son muy difíciles de configurar y ejecutar, y tuvimos que desarrollar nuevas capacidades en nuestras herramientas de modelado para poder abordar este problema", agregó.
La geometría de la nave espacial DART, que consta de un cuerpo central del tamaño de una máquina expendedora (1,8 x 1,9 x 2,3 m) y dos paneles solares de 8,5 m, crea una "huella" mucho mayor que una esfera sólida de aluminio con la misma masa. . Esto afecta el proceso de formación de cráteres y, en última instancia, el impulso impartido al asteroide, reduciéndolo en ~25%. Si bien este es un efecto medible, las incertidumbres en las propiedades de los objetivos de los asteroides pueden producir cambios aún mayores en la efectividad de la desviación.
Sin embargo, el modelado de la geometría CAD completa generalmente requiere una resolución más fina y puede ser costoso desde el punto de vista computacional. Owen también exploró cilindros de diferentes espesores y enfoques de tres esferas para el problema, para encontrar un "término medio" que fuera más fácil de simular pero que también se comportara más como la nave espacial DART real. Un modelo de tres esferas pudo explicar la mayor parte del efecto del uso de la geometría completa de la nave espacial. Esta simplificación de tres esferas permite ejecutar con precisión muchos más modelos del impacto de DART, en diferentes códigos y usuarios.
"Si bien puede parecer intuitivo que una representación esférica idealizada de DART sobreestimaría la desviación, cuantificar este efecto fue importante para comprender las limitaciones de los enfoques anteriores", dijo Megan Bruck Syal, líder del proyecto de defensa planetaria de LLNL. "Llevar a cabo este estudio fue un componente esencial de la preparación para el experimento DART y ha redefinido las mejores prácticas tanto para LLNL como para otros grupos de modelado de impacto". DART apunta a un objetivo asteroide
