Uporaba jedrskih naprav za odklon ali motenje asteroida. Sliši se malce noro, kajne? Mogoče malo preveč Hollywood? In vendar bo morda nekoč zaradi obrambe planeta potrebno detoniranje jedrskih jedrskih raket v vesolju. Da bi bila ta metoda učinkovita, morajo znanstveniki vnaprej izdelati vse podrobnosti. To pomeni vedeti, kolikšna sila bo potrebna, odvisno od mase in poti asteroida.
Nedavno raziskovalno sodelovanje med Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Tehnološki inštitut letalskih sil (AFIT) je raziskal, kako lahko izhodna energija jedrske detonacije vpliva na pot asteroida. To je vključevalo modeliranje različnih jedrskih reakcij (cepitve ali fuzije), da bi določili ustvarjeno energijo nevtronov, kar bi lahko utrlo pot za novo vrsto preusmeritve asteroidov (ARM).
Njihova raziskava je opisana v študiji z naslovom »Vpliv nevtronske energije na zmogljivost odklona asteroidov«, ki je bila nedavno objavljena v reviji Zakon o astronavtiki . Ekipo za njo so vodili Lansing Horan IV in sodelavci iz Tehnološki inštitut letalskih sil (AFIT), ki je raziskavo izvedla v okviru sodelovanja z Orožje in kompleksna integracija Glavni direktorat pri LLNL.
Umetnikov koncept velikega asteroida, ki gre mimo sistema Zemlja-Luna. Zasluge: Kombinacija slik ESO/NASA z dovoljenjem Jasona Majorja/Lights in the Dark.
Zaradi svoje študije se je ekipa osredotočila na nevtronsko sevanje, ki ga povzročata dve različni vrsti jedrskih detonacij – cepitev (atomska bomba) in fuzija (termonuklearna bomba). Razlog za to je bil, da so nevtroni lahko bolj prodorni kot rentgenski žarki, druga oblika sevanja, ki nastane pri jedrski detonaciji. Poleg tega lahko nevtroni različnih energij komunicirajo z isto snovjo prek različnih mehanizmov.
Deflection vs. Disruption
S primerjavo teh dveh vrst jedrskih reakcij drug ob drugem je ekipa lahko dobila boljšo predstavo o tem, katere vrste nevtronske energije bi bile boljše za obrambo planeta. V bistvu obstajata dve možnosti, ko gre za premagovanje asteroida: motnja ali odklon. Kot je Horan pojasnil v nedavnem LLNL objava novic , motnja je sestavljena iz prenosa toliko energije v asteroid, da se razbije na številne drobce:
'To pomeni, da lahko donos nevtronov potencialno segreje večje količine' asteroidnega površinskega materiala in je zato učinkovitejši za odvračanje asteroidov kot donos rentgenskih žarkov.'
»Preteklo delo je pokazalo, da bi več kot 99,5 odstotka prvotne mase asteroida zgrešilo Zemljo. To pot motenj bi verjetno upoštevali, če je čas opozorila pred udarcem asteroida kratek in/ali je asteroid relativno majhen.
Nasprotno pa je odklon bolj nežen pristop, ki vključuje manjšo količino energije asteroidu, da bi ga potisnil s smeri – tako da ostane nedotaknjen. Podobno so jedrske naprave zasnovane tako, da proizvajajo različne izkoristke energije, pri čemer se cepitvene eksplozije merijo v kilotonih (kt), fuzijske eksplozije pa v megatonih (Mt).
S pravim časom in izračuni bi lahko celo majhna količina energije odvrnila asteroid precej vnaprej. Kot Horan povzeto :
»Sčasoma, z mnogimi leti pred udarcem, bi lahko celo majhna sprememba hitrosti povečala razdaljo, ki manjka na Zemlji. Deflekcija bi lahko bila na splošno boljša kot varnejša in bolj 'elegantna' možnost, če imamo dovolj časa za opozorilo, da uveljavimo tovrstni odziv. Zato se je naše delo osredotočilo na odklon.'
Vodenje številk
Da bi ugotovili, katera možnost je najboljša, je ekipa svoje raziskave razdelila na dve primarni fazi, ki sta vključevali odlaganje nevtronske energije in odziv na odklon asteroidov. Prva faza je bila izvedena z uporabo N-delec Monte Carlo (MCNP) koda za prenos sevanja, ki jo je razvil Nacionalni laboratorij Los Alamos, da bi spremljal, kako se različni delci obnašajo v širokem razponu energij.
Z uporabo MCNP je ekipa obravnavala številne scenarije odlaganja energije, ki vključujejo sferični asteroid s premerom 300 metrov (985 ft) in sestavljen iz silicijevega oksida (SiO2). Ta asteroid je bil razdeljen na stotine koncentričnih krogel in stožcev, da je ustvaril na stotine tisoč celic. Nato so razmišljali o tem, kako bi sevajoči nevtroni naložili energijo na ta asteroid in kako bi se ta porazdelila po njegovi notranjosti.
Druga faza, ki se je zanašala na 3D LLNL Samovoljni Lagrangeov-Eulerian (ALE3D) hidrodinamična koda, sestavljena iz simulacije, kako bi se material asteroida odzval na obravnavane različne odlaganja energije. Profili MCNP so bili nato uvoženi in integrirani z asteroidom ALE3D ter izvedene simulacije.
Primarna faza raziskav se je opirala na MCNP za določitev prostorske porazdelitve močnega nevtronskega izbruha na asteroidu. Kredit: LLNL
Ugotovili so, da so različni profili odlaganja energije vodili do drastično različnih sprememb v smeri in hitrosti asteroida, kar kaže, da je glavni dejavnik (namesto prostorske porazdelitve). Sklenili so tudi, da je odklon boljši od motenj in da sta natančnost in natančnost najpomembnejši, zlasti ko gre za velike izkoristke, ki se uporabljajo za odklon velikih asteroidov.
Kot Horan navedeno , čeprav je treba opraviti veliko več raziskav, je njihovo delo korak v smeri simulacij jedrskega odklona. Ko pride čas za načrtovanje misije za ublažitev asteroidov, bo sposobnost upoštevanja teh energijskih parametrov ključnega pomena za uspeh:
»Pomembno je, da dodatno raziskujemo in razumemo vse tehnologije za ublažitev asteroidov, da bi čim bolj izkoristili orodja v našem kompletu orodij. V določenih scenarijih bi uporaba jedrske naprave za odvračanje asteroida imela več prednosti pred nejedrskimi alternativami. Pravzaprav, če je čas opozorila kratek in/ali je vpadni asteroid velik, je lahko jedrski eksploziv naša edina praktična možnost za odklon in/ali motnjo.'
Ta skupna raziskava je bila izvedena v okviru Horanovega magistrskega programa jedrske tehnike na AFIT. Pridružila sta se mu Darren E. Holland in James E. Bevins, raziskovalni docent in docent za jedrsko tehniko na AFIT (oziroma). Njihova soavtorja sta bila Megan Bruck Syal in Joseph Wasem iz LLNL's Orožje in kompleksna integracija Glavni direktorat.
Nadaljnje branje: LLNL , Zakon o astronavtiki