Une détonation à distance d'un engin nucléaire irradie un astéroïde et dépose de l'énergie à la surface et sous la surface. Dans ce travail, deux rendements neutroniques (50 kt et 1 Mt) et deux énergies neutroniques (14,1 MeV et 1 MeV) ont été les principales études de cas comparées côte à côte. Les points noirs représentent l'emplacement du dispositif nucléaire à distance. Les couleurs des astéroïdes montrent les intensités et les distributions des différents dépôts d'énergie neutronique. La couleur bleu foncé indique où l'astéroïde reste solide. Toutes les autres couleurs sont là où le matériau est fondu et/ou vaporisé, qui permet d'éjecter les débris de soufflage, changer la vitesse de l'astéroïde et le dévier. A noter que l'astéroïde considéré dans cette recherche avait un diamètre de 300 mètres, mais les visuels ci-dessus montrent des astéroïdes beaucoup plus petits avec des diamètres de 0,8 m et 5 m - c'est uniquement à des fins de visualisation, pour agrandir la zone de dépôt d'énergie. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Une collaboration de recherche entre le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et l'Air Force Institute of Technology (AFIT) étudie comment l'énergie neutronique produite par la détonation d'un dispositif nucléaire peut affecter la déviation d'un astéroïde.
Les scientifiques ont comparé la déviation de l'astéroïde résultant de deux sources d'énergie neutroniques différentes, représentatif des neutrons de fission et de fusion, permettant des comparaisons côte à côte. L'objectif était de comprendre quelles énergies neutroniques libérées par une explosion nucléaire sont les meilleures pour dévier un astéroïde et pourquoi, ouvrant potentiellement la voie à des performances de déflexion optimisées.
Le travail est présenté dans Acta Astronautica et a été dirigé par Lansing Horan IV, dans le cadre d'une collaboration avec les groupes de défense planétaire et de production d'armes de LLNL lors de son programme de maîtrise en génie nucléaire à l'AFIT. Les co-auteurs de LLNL incluent Megan Bruck Syal et Joseph Wasem de la direction principale des armes et de l'intégration complexe de LLNL, et les co-auteurs de l'AFIT incluent Darren Holland et le major James Bevins.
Horan a déclaré que l'équipe de recherche s'est concentrée sur le rayonnement neutronique d'une détonation nucléaire, car les neutrons peuvent être plus pénétrants que les rayons X.
"Cela signifie qu'un rendement neutronique peut potentiellement chauffer de plus grandes quantités de matériau de surface d'astéroïde, et donc être plus efficace pour dévier les astéroïdes qu'un rendement en rayons X, " il a dit.
Des neutrons d'énergies différentes peuvent interagir avec le même matériau à travers différents mécanismes d'interaction. En changeant la distribution et l'intensité de l'énergie déposée, la déviation de l'astéroïde qui en résulte peut également être affectée.
La recherche montre que les profils de dépôt d'énergie, qui cartographient les emplacements spatiaux sur et sous la surface incurvée de l'astéroïde, où l'énergie est déposée dans des distributions variables - peut être très différente entre les deux énergies neutroniques qui ont été comparées dans ce travail. Lorsque l'énergie déposée est répartie différemment dans l'astéroïde, cela signifie que les débris de soufflage fondus/vaporisés peuvent changer en quantité et en vitesse, c'est ce qui détermine en fin de compte le changement de vitesse résultant de l'astéroïde.
Vaincre un astéroïde
Horan a déclaré qu'il existe deux options de base pour vaincre un astéroïde :la perturbation ou la déviation.
La perturbation est l'approche consistant à transmettre tellement d'énergie à l'astéroïde qu'il est solidement brisé en de nombreux fragments se déplaçant à des vitesses extrêmes.
"Des travaux antérieurs ont révélé que plus de 99,5% de la masse de l'astéroïde d'origine manqueraient la Terre, ", a-t-il déclaré. "Ce chemin de perturbation serait probablement envisagé si le délai d'avertissement avant l'impact d'un astéroïde est court et/ou si l'astéroïde est relativement petit."
La déviation est l'approche la plus douce, qui consiste à transmettre une plus petite quantité d'énergie à l'astéroïde, garder l'objet intact et le pousser sur une orbite légèrement différente avec une vitesse légèrement modifiée.
"Heures supplémentaires, avec de nombreuses années avant l'impact, même un changement de vitesse infime pourrait s'ajouter à une distance manquante de la Terre, " a déclaré Horan. " La déviation pourrait généralement être préférée comme l'option la plus sûre et la plus " élégante ", si nous avons suffisamment de temps d'avertissement pour adopter ce type de réponse. C'est pourquoi notre travail s'est concentré sur la déviation."
Relier le dépôt d'énergie à la réponse des astéroïdes
Les travaux ont été menés en deux phases principales qui comprenaient le dépôt d'énergie neutronique et la réponse de déviation des astéroïdes.
Pour la phase de dépôt d'énergie, Le code de transport des rayonnements Monte Carlo N-Particle (MCNP) du Laboratoire national de Los Alamos a été utilisé pour simuler toutes les différentes études de cas qui ont été comparées dans cette recherche. MCNP a simulé une détonation à distance de neutrons qui rayonnait vers un astéroïde sphérique SiO2 (oxyde de silicium) de 300 m. L'astéroïde a été divisé par des centaines de sphères concentriques et de cônes encapsulés pour former des centaines de milliers de cellules, et le dépôt d'énergie a été compté et suivi pour chaque cellule individuelle afin de générer les profils de dépôt d'énergie ou les distributions spatiales d'énergie à travers l'astéroïde.
Pour la phase de déviation de l'astéroïde, Le code d'hydrodynamique arbitraire lagrangien-eulérien 2D et 3D de LLNL (ALE3D) a été utilisé pour simuler la réponse du matériau astéroïde aux dépôts d'énergie considérés. Les profils de dépôt d'énergie générés par MCNP ont été importés et cartographiés dans l'astéroïde ALE3D afin d'initialiser les simulations. Le changement de vitesse de déviation résultant a été obtenu pour diverses configurations de rendements neutroniques et d'énergies neutroniques, permettant de quantifier l'effet de l'énergie des neutrons sur la déflexion résultante.
Un petit pas pour la déviation
Horan a déclaré que le travail est un petit pas en avant pour les simulations de déviation nucléaire.
"Un objectif ultime serait de déterminer le spectre d'énergie neutronique optimal, la propagation des sorties d'énergie neutronique qui déposent leurs énergies de la manière la plus idéale pour maximiser le changement de vitesse ou la déviation qui en résulte, ", a-t-il déclaré. "Cet article révèle que la production d'énergie neutronique spécifique peut avoir un impact sur les performances de déviation de l'astéroïde, et pourquoi cela se produit, servant de tremplin vers l'objectif plus large."
Horan a déclaré que la recherche a montré que la précision et l'exactitude des données de dépôt d'énergie sont importantes. "Si l'entrée de dépôt d'énergie est incorrecte, nous ne devrions pas avoir beaucoup confiance dans la sortie de la déviation de l'astéroïde, ", a-t-il déclaré. "Nous savons maintenant que le profil de dépôt d'énergie est le plus important pour les grands rendements qui seraient utilisés pour dévier de gros astéroïdes."
Il a dit que s'il devait y avoir un plan pour atténuer un gros astéroïde entrant, the energy deposition spatial profile should be accounted for to correctly model the expected asteroid velocity change.
"On the other hand, 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. En réalité, 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."
