Le même impact de vaisseau spatial DART peut entraîner des cratères très différents sur Dimorphos en fonction de la nature du matériau de l'astéroïde. Le cratère de gauche est le résultat si Dimorphos est composé d'un matériau rocheux solide, tandis que le cratère beaucoup plus grand illustré à droite pourrait se produire si le Dimorphos est composé d'un matériau semblable à des gravats beaucoup plus faible. Crédit :Mike Owen/LLNL.
Le vaisseau spatial DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA s'écrasera sur l'astéroïde Dimorphos le 26 septembre, exécutant le premier test de déviation d'astéroïde qui a pris des années dans la planification.
Dimorphos, à 150 mètres de diamètre, est le "moonlet" d'un système d'astéroïdes binaire, en orbite autour du plus grand astéroïde compagnon, Didymos (800 mètres). L'élan du vaisseau spatial d'environ 600 kg, voyageant à environ 6 km/s, apportera un léger changement de vitesse à Dimorphos, qui sera détectable par les télescopes terrestres comme un changement de la période orbitale du système d'astéroïdes.
Dans le cadre de cette mission, les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) apportent leur expertise en simulation multiphysique à cette mission de démonstration technologique de défense planétaire depuis 2014, développant de nouvelles méthodes pour simuler la gamme de cibles possibles d'astéroïdes et modéliser le vaisseau spatial DART avec plus grande fidélité.
Un nouvel article dans The Planetary Science Journal , "Effets de la géométrie des engins spatiaux sur les missions d'impact cinétique", dirigé par Mike Owen du LLNL, explore les conséquences de l'inclusion de géométries d'engins spatiaux réalistes dans les simulations multiphysiques.
Auparavant, la plupart des modélisateurs d'impact considéraient des formes idéalisées pour le vaisseau spatial DART, comme une sphère, un cube ou un disque. L'utilisation des modèles détaillés de conception assistée par ordinateur (CAO) fournis par les ingénieurs d'engins spatiaux n'était pas une capacité facilement disponible pour de nombreux codes d'impact. Owen a travaillé pour rationaliser le processus dans Spheral, un code ASPH (Adaptive Smoothed Particle Hydrodynamics) basé sur LLNL pour lequel il a créé et sert de développeur principal. Des collaborateurs aux États-Unis et dans le monde ont également travaillé à la mise en œuvre de géométries DART basées sur la CAO, fournissant des comparaisons de code pour les géométries détaillées et plus simplifiées des engins spatiaux, dans le cadre de l'étude.
"Au fil des ans, de nombreux chercheurs ont consacré beaucoup d'efforts à l'étude des performances des impacteurs cinétiques tels que DART si nous devions détourner un astéroïde, en utilisant à la fois des modèles numériques et des expériences de laboratoire", a déclaré Owen. "Presque toutes ces recherches se concentrent sur les effets de la façon dont différentes propriétés de l'astéroïde lui-même pourraient affecter le résultat, mais de toutes les inconnues dans ces scénarios, le facteur que nous connaissons probablement le mieux est le vaisseau spatial lui-même, qui est généralement approximé en utilisant une géométrie solide simple comme un cube solide ou une sphère."
Owen a déclaré maintenant qu'une expérience grandeur nature en direct dans la mission DART est en cours, il est logique d'examiner l'importance de la géométrie réelle de l'engin spatial qui a été lancé, en particulier compte tenu de la différence d'apparence de l'engin spatial par rapport aux simplifications typiques.
"Ces modèles réalistes sont très difficiles à configurer et à exécuter, et nous avons dû développer de nouvelles fonctionnalités dans nos outils de modélisation pour pouvoir résoudre ce problème", a-t-il ajouté.
La géométrie du vaisseau spatial DART, qui se compose d'un corps central de la taille d'un distributeur automatique (1,8 x 1,9 x 2,3 m) et de deux panneaux solaires de 8,5 m, crée une "empreinte" beaucoup plus grande qu'une sphère solide en aluminium à la même masse . Cela affecte le processus de cratérisation et, finalement, l'élan imparti à l'astéroïde, le réduisant d'environ 25 %. Bien qu'il s'agisse d'un effet mesurable, les incertitudes dans les propriétés des cibles d'astéroïdes peuvent produire des changements encore plus importants dans l'efficacité de la déviation.
Cependant, la modélisation de la géométrie CAO complète nécessite généralement une résolution plus fine et peut être coûteuse en calculs. Owen a également exploré des cylindres de différentes épaisseurs et des approches à trois sphères du problème, pour trouver un "terrain d'entente" plus facile à simuler mais qui se comportait également davantage comme le véritable vaisseau spatial DART. Un modèle à trois sphères a pu rendre compte de la plupart des effets de l'utilisation de la géométrie complète de l'engin spatial. Cette simplification en trois sphères permet d'exécuter avec précision de nombreux autres modèles d'impact DART, sur différents codes et utilisateurs.
"Bien qu'il puisse sembler intuitif qu'une représentation sphérique idéalisée de DART surestime la déviation, la quantification de cet effet était importante pour comprendre les limites des approches précédentes", a déclaré Megan Bruck Syal, responsable du projet de défense planétaire du LLNL. "La réalisation de cette étude était un élément essentiel de la préparation à l'expérience DART et a redéfini les meilleures pratiques pour le LLNL et d'autres groupes de modélisation d'impact." DART vise une cible d'astéroïde
