Wenn Sie einen Asteroiden bewegen möchten, benötigen Sie die richtige Art von nuklearer Explosion
Verwendung von nuklearen Geräten, um einen Asteroiden abzulenken oder zu zerstören. Klingt ein bisschen verrückt, nicht wahr? Vielleicht ein bisschen zu Hollywood? Und doch könnten eines Tages zur Verteidigung des Planeten detonierende Atombomben im Weltraum notwendig sein. Damit diese Methode effektiv ist, müssen die Wissenschaftler alle Details im Voraus erarbeiten. Das bedeutet, zu wissen, wie viel Kraft je nach Masse und Flugbahn des Asteroiden erforderlich ist.
Kürzlich wurde eine Forschungskooperation zwischen Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) und die Air Force Institute of Technology (AFIT) untersuchte, wie sich die Energieabgabe einer nuklearen Detonation auf die Bahn eines Asteroiden auswirken könnte. Diese bestand darin, verschiedene Kernreaktionen (Spaltung oder Fusion) zu modellieren, um die erzeugte Neutronenenergie zu bestimmen, was möglicherweise den Weg für eine neue Art von Asteroid Redirect Mission (ARM) ebnen könnte.
Ihre Forschung wird in einer Studie mit dem Titel „Impact of Neutron Energy on Asteroid Deflection Performance“ beschrieben, die kürzlich in der Zeitschrift vorgestellt wurde Raumfahrtgesetz . Das Team dahinter wurde von Lansing Horan IV und Kollegen von der Air Force Institute of Technology (AFIT), der die Forschung im Rahmen einer Kooperation mit dem Waffen und komplexe Integration Hauptdirektion am LLNL.
Künstlerisches Konzept eines großen Asteroiden, der am Erde-Mond-System vorbeifliegt. Credit: Eine Kombination aus ESO/NASA-Bildern mit freundlicher Genehmigung von Jason Major/Lights in the Dark.
Für ihre Studie konzentrierte sich das Team auf Neutronenstrahlung, die durch zwei verschiedene Arten von nuklearen Detonationen erzeugt wird – Kernspaltung (eine Atombombe) und Fusion (eine thermonukleare Bombe). Der Grund dafür war, dass Neutronen durchdringender sein können als Röntgenstrahlen, eine andere Form von Strahlung, die bei einer nuklearen Detonation erzeugt wird. Darüber hinaus können Neutronen unterschiedlicher Energie durch unterschiedliche Mechanismen mit derselben Materie wechselwirken.
Ablenkung vs. Störung
Durch den direkten Vergleich dieser beiden Arten von Kernreaktionen konnte das Team eine bessere Vorstellung davon bekommen, welche Arten von Neutronenenergien für die Verteidigung des Planeten besser wären. Im Wesentlichen gibt es zwei Möglichkeiten, einen Asteroiden zu besiegen: Störung oder Ablenkung. Wie Horan in einem kürzlich erschienenen LLNL erklärt hat Pressemitteilung , Disruption besteht darin, einem Asteroiden so viel Energie zuzuführen, dass er in viele Fragmente zersplittert:
„Dies bedeutet, dass eine Neutronenausbeute potenziell größere Mengen an Asteroidenoberflächenmaterial erhitzen kann und daher Asteroiden effektiver ablenkt als eine Röntgenstrahlung.“
„Vergangene Arbeiten ergaben, dass mehr als 99,5 Prozent der Masse des ursprünglichen Asteroiden die Erde verfehlen würden. Dieser Störungspfad würde wahrscheinlich in Betracht gezogen werden, wenn die Warnzeit vor einem Asteroideneinschlag kurz und/oder der Asteroid relativ klein ist.“
Im Gegensatz dazu ist die Ablenkung ein sanfterer Ansatz, bei dem dem Asteroiden eine geringere Energiemenge zugeführt wird, um ihn vom Kurs abzubringen – ansonsten bleibt er intakt. In ähnlicher Weise sind nukleare Geräte so konzipiert, dass sie unterschiedliche Energieerträge erzeugen, wobei Spaltexplosionen in Kilotonnen (kt) und Fusionsexplosionen in Megatonnen (Mt) gemessen werden.
Mit dem richtigen Timing und den richtigen Berechnungen könnte selbst eine kleine Energiemenge einen Asteroiden weit im Voraus ablenken. Als Horan zusammengefasst :
„Im Laufe der Zeit, mit vielen Jahren vor dem Aufprall, könnte sich selbst eine winzige Geschwindigkeitsänderung zu einer fehlenden Entfernung der Erde summieren. Ablenkung könnte im Allgemeinen als die sicherere und „elegantere“ Option bevorzugt werden, wenn wir genügend Vorwarnzeit haben, um diese Art von Reaktion zu ergreifen. Deshalb konzentrierte sich unsere Arbeit auf die Ablenkung.“
Die Zahlen ausführen
Um zu bestimmen, welche Option die beste war, teilte das Team seine Forschung in zwei Hauptphasen auf, die Neutronenenergiedeposition und Asteroidenablenkungsreaktion umfassten. Die erste Phase wurde mit dem Monte Carlo N-Partikel (MCNP) Strahlungstransportcode, der vom Los Alamos National Laboratory entwickelt wurde, um zu verfolgen, wie sich verschiedene Teilchen über einen breiten Energiebereich verhalten.
Unter Verwendung von MCNP betrachtete das Team eine Reihe von Energieablagerungsszenarien mit einem kugelförmigen Asteroiden mit einem Durchmesser von 300 Metern (985 ft) aus Siliziumoxid (SiO2). Dieser Asteroid wurde in Hunderte von konzentrischen Kugeln und Kegeln unterteilt, um Hunderttausende von Zellen zu bilden. Dann überlegten sie, wie strahlende Neutronen Energie auf diesem Asteroiden ablagern und wie sie sich in seinem Inneren verteilen würden.
Die zweite Phase, die auf 3D des LLNL beruhte Willkürliches Lagrange-Eulerian (ALE3D) Hydrodynamik-Code, bestand darin, zu simulieren, wie das Material des Asteroiden auf die verschiedenen betrachteten Energieablagerungen reagieren würde. Die MCNP-Profile wurden dann importiert und in den ALE3D-Asteroiden integriert und die Simulationen wurden durchgeführt.
Die primäre Phase der Forschung stützte sich auf MCNP, um die räumliche Verteilung eines starken Neutronenausbruchs auf einem Asteroiden zu bestimmen. Bildnachweis: LLNL
Sie fanden heraus, dass unterschiedliche Energiedepositionsprofile zu drastisch unterschiedlichen Änderungen der Richtung und Geschwindigkeit eines Asteroiden führten, was darauf hindeutet, dass dies der Hauptfaktor ist (und nicht die räumliche Verteilung). Sie kamen auch zu dem Schluss, dass die Ablenkung der Störung vorzuziehen sei und dass Präzision und Genauigkeit von größter Bedeutung seien, insbesondere wenn es um große Ausbeuten zur Ablenkung großer Asteroiden ging.
Als Horan angegeben , obwohl noch viel Forschungsbedarf besteht, ist ihre Arbeit ein Schritt in Richtung nuklearer Ablenkungssimulationen. Wenn es an der Zeit ist, eine Mission zur Eindämmung von Asteroiden zu planen, ist die Fähigkeit, diese Energieparameter zu berücksichtigen, für den Erfolg von größter Bedeutung:
„Es ist wichtig, dass wir alle Technologien zur Abschwächung von Asteroiden weiter erforschen und verstehen, um die Werkzeuge in unserem Toolkit zu maximieren. In bestimmten Szenarien hätte die Verwendung eines nuklearen Geräts zur Ablenkung eines Asteroiden mehrere Vorteile gegenüber nichtnuklearen Alternativen. Wenn die Warnzeit kurz und/oder der einfallende Asteroid groß ist, könnte ein Atomsprengstoff unsere einzige praktische Möglichkeit zur Ablenkung und/oder Störung sein.“
Diese Verbundforschung wurde im Rahmen von Horans Nukleartechnik-Masterstudiengang am AFIT durchgeführt. Er wurde von Darren E. Holland und James E. Bevins, einem Research Assistant Professor bzw. Assistant Professor für Nukleartechnik am AFIT, unterstützt. Zu ihren Co-Autoren gehörten Megan Bruck Syal und Joseph Wasem von LLNL’s Waffen und komplexe Integration Hauptdirektion.
Weiterlesen: LLNL , Raumfahrtgesetz