Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare är en del av ett nationellt planetärt försvarsteam som utformat ett konceptuellt rymdfarkoster för att avleda jordbundna asteroider och utvärderat om det skulle kunna knuffa en massiv asteroid-som har en avlägsen chans att träffa jorden 2135 - såklart. Designen och fallstudien beskrivs i en uppsats som nyligen publicerades i Acta Astronautica .

Den 9 meter höga, 8,8 ton rymdfarkoster-kallad HAMMER (Hypervelocity Asteroid Mitigation Mission for Emergency Response-fordon)-har en modulär design som gör att den kan fungera som antingen en kinetisk påverkare, i huvudsak en slående bagge, eller som transportfordon för en kärnkraftsanordning. Dess möjliga uppdrag:Böj 101955 Bennu, en massiv asteroid runt 500 meter (mer än 5 fotbollsplaner) i diameter, väger cirka 79 miljarder kilo (1, 664 gånger så tung som Titanic), runt solen runt 63, 000 mph. Baserat på tillgängliga observationsdata, Bennu har en 1 i 2, 700-chans att slå jorden 25 september, 2135, och det uppskattas att den kinetiska energin för denna påverkan skulle motsvara 1, 200 megaton (80, 000 gånger energin från Hiroshimabomben).

"Chansen för en påverkan verkar liten nu, men konsekvenserna skulle bli fruktansvärda, "sa Kirsten Howley, LLNL -fysiker och medförfattare på pappret. "Den här studien syftar till att hjälpa oss att förkorta svarstiden när vi ser en tydlig och närvarande fara så att vi kan ha fler alternativ att avleda den. Det yttersta målet är att vara redo att skydda livet på jorden."

Insatsen är en del av ett nationellt planetärt försvarssamarbete mellan National Aeronautics and Space Administration (NASA) och National Nuclear Security Administration (NNSA), som inkluderar LLNL och Los Alamos National Lab. Av de planetariska försvarets tre delar, NASA ansvarar för det första, upptäcka asteroider med tillräckligt med tid för att minska risken. LLNL planetariska försvarsteamet är den tekniska ledningen på den andra tappen, lindring av hotet. LLNL -teamet stöder också den tredje tappen, nödutryckning.

Det föredragna tillvägagångssättet för att mildra ett asteroidhot vore att avböja det genom att stöta in en kinetisk påverkare i det, ger en mild knuff som är tillräckligt stor för att sakta ner den, men inte så stort att objektet går sönder. Denna studie hjälpte att kvantifiera tröskeln där en kinetisk påverkare inte längre skulle vara ett effektivt avböjningsalternativ. För att utvärdera denna tröskel, forskare fokuserade på att bestämma hur många HAMMER -påverkare det skulle ta att avleda Bennu.

"Pushen du behöver för att ge den är väldigt liten om du avböjer asteroiden 50 år ut, "Howley sa." Men så långt bort, du kommer sannolikt att tro att andelen som träffas skulle vara 1 procent. Sannolikheten för en Bennu -påverkan kan vara 1 av 2, 700 idag, men det kommer nästan säkert att förändras - på gott och ont - när vi samlar mer data om dess bana. Delay är den största fienden till alla asteroidavböjningsuppdrag. Det är därför det är angeläget att få livskraftiga avböjningsplattformar på hyllan idag. "

Om beslutet skulle fattas att påbörja ett uppdrag att avleda Bennu, forskare uppskattar att det skulle ta minst 7,4 år innan en impuls kunde levereras till det jordbundna föremålet. Detta inkluderar den tid det skulle ta att bygga rymdfarkosten, planera uppdraget och resa till objektet. Om vi ​​antar att slagkroppen framgångsrikt lägger ner sin energi i asteroiden, saktar ner det något, det skulle ta många år för den lilla hastighetsförändringen att ackumuleras till en tillräcklig förändring av banan.

Forskarna utvärderade ett antal nedböjningsscenarier i denna studie, allt från lansering 10 år före påverkan till 25 år innan. I de 10-åriga scenarierna, det bestämdes att det kunde ta mellan 34 och 53 uppskjutningar av Delta IV Heavy -raketen, var och en med ett enda HAMMER -slagverk, att få en asteroid av Bennu-klass att sakna jorden. Om det var 25 års ledtid, det antalet kan minskas till 7 till 11 lanseringar. Det exakta antalet beror på det önskade avståndet mellan jorden och missförhållandena vid asteroiden.

"När många lanseringar krävs för en lyckad avböjning, uppdragsframgången blir svårare, på grund av felfrekvensen för varje enskild lansering, "sa Megan Bruck Syal, LLNL -fysiker och medförfattare på pappret. "Om vi ​​bara hade tio år från lanseringen, vi skulle behöva slå Bennu med hundratals ton bara för att knappt avleda den från en jordpåverkande väg, kräver dussintals framgångsrika lanseringar och påverkan på asteroiden. "

Hur stor en asteroid kan en enda slagkraft avböja? Forskare bestämde att en enda HAMMER -slagkropp skulle kunna avböja ett föremål som är 90 meter i diameter med cirka 1,4 jordradier med 10 års ledtid - från lanseringstidpunkten till förväntad påverkan på jorden. Om de behövde mindre avböjning, runt en fjärdedel av en jordradie, en enda slagkropp kan vara effektiv på ett objekt så stort som 152 meter i diameter i samma scenario.

Papperet drog slutligen slutsatsen att att använda ett enda HAMMER -rymdfarkoster som en slagram skulle visa sig vara otillräckligt för att avleda ett föremål som Bennu. Även om de senaste simuleringarna av kärnkraftsböjningsscenarier inte ingår i detta dokument - de kommer att ingå i en följeslagare som ska läggas fram för publicering inom en snar framtid - tyder resultaten på att kärnkraftsalternativet kan krävas med större objekt som Bennu. Den nukleära metoden har potential att deponera mycket mer energi i ett objekt som Bennu, orsakar ökad hastighets- och banförändring.

Till skillnad från populära skildringar av ett kärnkraftsavböjningsuppdrag - som filmen Armageddon - skulle kärnkraftsavböjningssättet bestå av att detonera ett kärnkraftsprängämne en bit från asteroiden. Detta skulle översvämma ena sidan av asteroiden med röntgenstrålar, förångar ytan, vilket skulle skapa framdrivning när förångat material matas ut från föremålet. Till skillnad från en kinetisk påverkare, mängden energi som deponeras i en asteroid med en kärnkraftsanordning kan justeras genom att justera hur långt den är från asteroiden när den detoneras.

Eftersom Bennu regelbundet passerar tillräckligt nära jorden för radarobservationer, forskare kan uppskatta dess bana med noggrannhet för att ge några decenniers varning, om det kommer att påverka jorden. Denna Bennu-flygning nära jorden händer vart sjätte år. Men för andra objekt som inte regelbundet passerar tillräckligt nära jorden för radarobservationer, mycket mer osäkerhet finns. Om det är begränsat till teleskopiska observationer, det är möjligt att forskare kanske inte är 100 procent säkra på en påverkan förrän mindre än ett år före kollisionen. I ett scenario där det finns för lite tid att montera ett effektivt avböjningsuppdrag, det sista alternativet kan vara robust störning via kärnkraftsprängämne, även om möjligheten fönstret skulle vara mycket tätt.

"Framgångsrik störning kräver att asteroidbitarna är tillräckligt små och väl spridda, så att de utgör ett mycket reducerat hot mot jorden, "Sa Syal." Störningar som utförts så sent som tiotals dagar innan påverkan fortfarande kan vara mycket effektiva för att minska den totala skada som jorden känner. Tidigare arbete från vår forskargrupp har visat att det påverkande skräpet reduceras till mindre än 1% av dess initiala massa genom att störa asteroiden, även vid dessa sena tider. "

Bennu är en av fler än 10, 000 nära jordobjekt som hittats av NASA hittills, och forskare uppskattar att detta bara är en bråkdel av de föremål som kommer med cirka 28 miljoner mil från jorden. Den goda nyheten är att de flesta av dessa föremål är mycket mindre än Bennu. NASAs Center for Near Earth Object Studies listar drygt 2, 500 nära jordobjekt upptäckta som är potentiellt lika stora som Bennu.

Denna forskning är den första av tre fallstudier som publiceras, var och en undersöker olika begränsningsscenarier. Följande fallstudier undersöker avböjning av Didymos B, målet för NASA:s DART -uppdrag, och en nedskalad komet Churyumov-Gerasimenko, som besökte Europeiska rymdorganisationens Rosetta -uppdrag 2014 till 2016.