Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) font partie d'une équipe nationale de défense planétaire qui a conçu un vaisseau spatial conceptuel pour dévier les astéroïdes liés à la Terre et évalué s'il serait capable de pousser un astéroïde massif – qui a une faible chance de frapper la Terre en 2135 - bien sur. La conception et l'étude de cas sont décrites dans un article publié récemment dans Acta Astronautica .

Le 9 mètres de haut, Le vaisseau spatial de 8,8 tonnes - surnommé HAMMER (Hypervelocity Asteroid Mitigation Mission for Emergency Response Vehicle) - présente une conception modulaire qui lui permettrait de servir soit d'impacteur cinétique, essentiellement un bélier, ou comme véhicule de transport pour un engin nucléaire. Sa mission possible :Dévier 101955 Bennu, un astéroïde massif d'environ 500 mètres (plus de 5 terrains de football) de diamètre, pesant environ 79 milliards de kilogrammes (1, 664 fois plus lourd que le Titanic), autour du soleil vers 63, 000 mph. Sur la base des données d'observation disponibles, Bennu a un 1 sur 2, 700 chances de frapper la Terre le 25 septembre 2135, et on estime que l'énergie cinétique de cet impact serait équivalente à 1, 200 mégatonnes (80, 000 fois l'énergie de la bombe d'Hiroshima).

"La chance d'un impact semble mince maintenant, mais les conséquences seraient terribles, " a déclaré Kirsten Howley, Physicien du LLNL et co-auteur de l'article. "Cette étude vise à nous aider à raccourcir le délai de réponse lorsque nous voyons un danger clair et présent afin que nous puissions avoir plus d'options pour le dévier. L'objectif ultime est d'être prêt à protéger la vie sur Terre."

L'effort fait partie d'une collaboration nationale de défense planétaire entre la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et la National Nuclear Security Administration (NNSA), qui comprend LLNL et Los Alamos National Lab. Des trois volets de la défense planétaire, La NASA est responsable du premier, détecter les astéroïdes avec suffisamment de temps pour atténuer le risque. L'équipe de défense planétaire LLNL est le responsable technique du deuxième volet, atténuation de la menace. L'équipe LLNL soutient également le troisième volet, réponse d'urgence.

L'approche privilégiée pour atténuer une menace d'astéroïde serait de la dévier en y enfonçant un impacteur cinétique, donner un petit coup de coude assez grand pour le ralentir, mais pas si grand que l'objet se brise. Cette étude a permis de quantifier le seuil où un impacteur cinétique ne serait plus une option de déviation efficace. Pour évaluer ce seuil, les chercheurs se sont concentrés sur la détermination du nombre d'impacteurs HAMMER qu'il faudrait pour dévier Bennu.

"La poussée que vous devez lui donner est très faible si vous faites dévier l'astéroïde de 50 ans, " Howley a dit. " Mais si loin, vous êtes susceptible de penser que le pourcentage d'être touché serait de 1%. La probabilité d'un impact Bennu peut être de 1 sur 2, 700 aujourd'hui, mais cela changera presque certainement - pour le meilleur ou pour le pire - à mesure que nous recueillons plus de données sur son orbite. Le retard est le plus grand ennemi de toute mission de déviation d'astéroïdes. C'est pourquoi il est urgent d'avoir des plates-formes de déviation viables sur les étagères aujourd'hui."

Si la décision devait être prise de se lancer dans une mission pour détourner Bennu, les chercheurs estiment qu'il faudrait un minimum de 7,4 ans avant qu'une impulsion puisse être délivrée à l'objet terrestre. Cela inclut le temps qu'il faudrait pour construire le vaisseau spatial, planifier la mission et voyager jusqu'à l'objet. En supposant que l'impacteur dépose avec succès son énergie dans l'astéroïde, en le ralentissant légèrement, il faudrait de nombreuses années pour que le petit changement de vitesse s'accumule en un changement de trajectoire suffisant.

Les chercheurs ont évalué un certain nombre de scénarios de déviation dans cette étude, allant du lancement 10 ans avant l'impact à 25 ans avant. Dans les scénarios de 10 ans, il a été déterminé qu'il pourrait prendre entre 34 et 53 lancements de la fusée Delta IV Heavy, portant chacun un seul impacteur HAMMER, faire rater la Terre à un astéroïde de classe Bennu. S'il y avait 25 ans de délai, ce nombre pourrait être réduit à 7 à 11 lancements. Le nombre exact dépendrait de la distance de miss Terre souhaitée et des conditions d'impact sur l'astéroïde.

"Quand de nombreux lancements sont nécessaires pour une déviation réussie, la réussite de la mission devient plus difficile, en raison du taux d'échec associé à chaque lancement individuel, " a déclaré Megan Bruck Syal, Physicien du LLNL et co-auteur de l'article. "Si nous n'avions que dix ans après le lancement, nous aurions besoin de frapper Bennu avec des centaines de tonnes juste pour le dévier à peine d'un chemin impactant la Terre, nécessitant des dizaines de lancements et d'impacts réussis sur l'astéroïde."

Quelle est la taille d'un astéroïde qu'un seul impacteur peut dévier ? Les chercheurs ont déterminé qu'un seul impacteur HAMMER pourrait dévier un objet de 90 mètres de diamètre d'environ 1,4 rayon terrestre avec un délai de 10 ans - du moment du lancement à l'impact prévu de la Terre. S'ils avaient besoin de moins de déviation, environ un quart de rayon terrestre, un seul impacteur pourrait être efficace sur un objet aussi grand que 152 mètres de diamètre dans ce même scénario.

Le document a finalement conclu que l'utilisation d'un seul vaisseau spatial HAMMER comme bélier se révélerait inadéquate pour dévier un objet comme Bennu. Bien que les simulations récentes de scénarios de déviation nucléaire ne soient pas incluses dans ce document - elles seront incluses dans un document d'accompagnement qui sera soumis pour publication dans un proche avenir - les résultats suggèrent que l'option nucléaire peut être nécessaire avec des objets plus gros comme Bennu. L'approche nucléaire a le potentiel de déposer beaucoup plus d'énergie dans un objet comme Bennu, provoquant un changement accru de vitesse et de trajectoire.

Contrairement aux représentations populaires d'une mission de déviation nucléaire - comme le film Armageddon - l'approche de déviation nucléaire consisterait à faire exploser un explosif nucléaire à une certaine distance de l'astéroïde. Cela inonderait un côté de l'astéroïde de rayons X, vaporiser la surface, ce qui créerait une propulsion lorsque le matériau vaporisé est éjecté de l'objet. Contrairement à un impacteur cinétique, la quantité d'énergie déposée dans un astéroïde avec un dispositif nucléaire pourrait être ajustée en ajustant sa distance par rapport à l'astéroïde lorsqu'il a explosé.

Parce que Bennu passe régulièrement assez près de la Terre pour des observations radar, les chercheurs sont capables d'estimer son orbite avec suffisamment de précision pour donner un avertissement de quelques décennies, s'il est lié à un impact sur la Terre. Ce survol proche de la Terre de Bennu a lieu tous les six ans. Mais pour d'autres objets qui ne passent pas régulièrement assez près de la Terre pour des observations radar, beaucoup plus d'incertitude existe. Si limité aux observations télescopiques, il est possible que les chercheurs ne soient pas certains à 100 pour cent d'un impact jusqu'à moins d'un an avant la collision. Dans un scénario où il y a trop peu de temps pour monter une mission de déviation efficace, la dernière option peut être une perturbation robuste via un explosif nucléaire, même si la fenêtre d'opportunité serait très serrée.

"Une perturbation réussie nécessite de s'assurer que les morceaux d'astéroïdes sont suffisamment petits et bien dispersés, de sorte qu'ils représentent une menace très réduite pour la Terre, " a déclaré Syal. " Une perturbation effectuée aussi tard que des dizaines de jours avant l'impact peut encore être très efficace pour réduire le total des dommages subis par la Terre. Des travaux antérieurs de notre groupe de recherche ont montré que les débris impactants sont réduits à moins de 1% de leur masse initiale en perturbant l'astéroïde, même à ces heures tardives."

Bennu est l'un des plus de 10, 000 objets proches de la Terre trouvés par la NASA jusqu'à présent, et les scientifiques estiment qu'il ne s'agit que d'une fraction des objets qui accompagnent environ 28 millions de kilomètres de la Terre. La bonne nouvelle est que la plupart de ces objets sont beaucoup plus petits que Bennu. Le Center for Near Earth Object Studies de la NASA en répertorie un peu plus de 2, 500 objets proches de la Terre découverts qui sont potentiellement aussi gros que Bennu.

Cette recherche est la première de trois études de cas à être publiées, chacun examinant différents scénarios d'atténuation. Les études de cas suivantes examinent la déviation de Didymos B, la cible de la mission DART de la NASA, et une comète réduite Churyumov-Gerasimenko, qui a été visité par la mission Rosetta de l'Agence spatiale européenne de 2014 à 2016.