Použití jaderných zařízení k vychýlení nebo rozrušení asteroidu. Zní to trochu bláznivě, ne? Možná trochu příliš hollywoodský? A přesto může být jednoho dne odpálení atomových zbraní ve vesmíru nezbytné pro planetární obranu. Aby byla tato metoda účinná, musí si vědci předem propracovat všechny podrobnosti. To znamená vědět, jak velká síla bude nutná v závislosti na hmotnosti a trajektorii asteroidu.
Nedávno došlo k výzkumné spolupráci mezi Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a Air Force Institute of Technology (AFIT) zkoumal, jak může energetický výstup jaderné detonace ovlivnit dráhu asteroidu. To sestávalo z modelování různých jaderných reakcí (štěpení nebo fúze), aby se určila generovaná energie neutronů, což by mohlo potenciálně připravit cestu pro nový typ mise přesměrování asteroidů (ARM).
Jejich výzkum je popsán ve studii s názvem „Vliv energie neutronů na výkon vychylování asteroidu“, která byla nedávno zveřejněna v časopise Zákon o kosmonautice . Tým za ním vedl Lansing Horan IV a kolegové z Air Force Institute of Technology (AFIT), který výzkum provedl v rámci spolupráce s Zbraně a komplexní integrace Hlavní ředitelství v LLNL.
Umělcův koncept velkého asteroidu procházejícího kolem systému Země-Měsíc. Poděkování: Kombinace snímků ESO/NASA s laskavým svolením Jasona Majora/Lights in the Dark.
V zájmu své studie se tým zaměřil na neutronové záření produkované dvěma různými typy jaderných detonací – štěpením (atomová bomba) a fúzí (termonukleární bomba). Důvodem bylo to, že neutrony mohou být pronikavější než rentgenové záření, další forma záření produkovaná jadernou detonací. Navíc neutrony různých energií mohou interagovat se stejnou hmotou různými mechanismy.
Deformace vs. narušení
Porovnáním těchto dvou typů jaderných reakcí vedle sebe byl tým schopen získat lepší představu o tom, jaké typy neutronových energií by byly lepší pro planetární obranu. V zásadě existují dvě možnosti, jak porazit asteroid: narušení nebo vychýlení. Jak Horan vysvětlil v nedávném LLNL tisková zpráva , narušení spočívá v předání tolika energie asteroidu, že se roztříští na mnoho fragmentů:
„To znamená, že výtěžek neutronů může potenciálně zahřívat větší množství ‚povrchového materiálu asteroidů, a proto je účinnější pro vychylování asteroidů než výtěžek rentgenového záření.
„Dřívější práce zjistily, že více než 99,5 procenta hmoty původního asteroidu by minulo Zemi. Tato cesta narušení by byla pravděpodobně zvažována, pokud je doba varování před dopadem asteroidu krátká a/nebo je asteroid relativně malý.“
Naproti tomu vychylování je jemnější přístup, který zahrnuje předání menšího množství energie asteroidu, aby se vychýlil z kurzu – jinak by zůstal nedotčený. Podobně jsou jaderná zařízení navržena tak, aby produkovala různé energetické výnosy, kde se štěpné exploze měří v kilotunách (kt) a fúzní exploze se měří v megatunách (Mt).
Při správném načasování a výpočtech by i malé množství energie mohlo vychýlit asteroid v dostatečném předstihu. Jako Horan shrnuto :
'Postupem času, mnoho let před dopadem, by i nepatrná změna rychlosti mohla způsobit ztrátu Země.' Odklon by mohl být obecně preferován jako bezpečnější a „elegantnější“ možnost, pokud máme dostatek času na varování, abychom tento druh reakce provedli. To je důvod, proč se naše práce zaměřila na odklon.'
Spouštění čísel
Aby bylo možné určit, která možnost je nejlepší, tým rozdělil svůj výzkum do dvou primárních fází, které zahrnovaly depozici neutronové energie a vychylovací reakci asteroidu. První fáze byla provedena pomocí Monte Carlo N-částice (MCNP) radiační přenosový kód, který byl vyvinut Národní laboratoří v Los Alamos ke sledování toho, jak se různé částice chovají v širokém rozsahu energií.
Pomocí MCNP tým zvažoval řadu scénářů ukládání energie zahrnující sférický asteroid o průměru 300 metrů (985 stop) a složený z oxidu křemičitého (SiO2). Tento asteroid byl rozdělen do stovek soustředných koulí a kuželů, aby vytvořily stovky tisíc buněk. Poté zvažovali, jak by vyzařující neutrony ukládaly energii na tento asteroid a jak by byla distribuována v jeho nitru.
Druhá fáze, která se spoléhala na 3D LLNL Libovolný lagrangeovsko-eulerovský (ALE3D) hydrodynamický kód, sestával ze simulace toho, jak by materiál asteroidu reagoval na různé uvažované depozice energie. Profily MCNP byly poté importovány a integrovány s asteroidem ALE3D a byly provedeny simulace.
Primární fáze výzkumu spoléhala na MCNP k určení prostorového rozložení silného neutronového výbuchu na asteroidu. Kredit: LLNL
Zjistili, že různé profily ukládání energie vedly k drasticky odlišným změnám ve směru a rychlosti asteroidu, což naznačuje, že jde o primární faktor (spíše než o prostorovou distribuci). Došli také k závěru, že vychýlení je vhodnější než rozrušení a že přesnost a přesnost jsou prvořadé, zejména pokud jde o velké výnosy používané k vychýlení velkých asteroidů.
Jako Horan uvedeno I když je třeba provést mnohem více výzkumu, jejich práce je krokem směrem k simulacím jaderné deformace. Když přijde čas na plánování mise na zmírnění asteroidů, schopnost zohlednit tyto energetické parametry bude pro úspěch rozhodující:
„Je důležité, abychom dále zkoumali a rozuměli všem technologiím zmírňování asteroidů, abychom maximalizovali nástroje v naší sadě nástrojů. V určitých scénářích by použití jaderného zařízení k vychýlení asteroidu přineslo několik výhod oproti nejaderným alternativám. Ve skutečnosti, pokud je doba varování krátká a/nebo je dopadající asteroid velký, jaderná výbušnina může být naší jedinou praktickou možností, jak se odklonit a/nebo narušit.“
Tento společný výzkum byl proveden jako součást magisterského programu Horanova jaderného inženýrství na AFIT. K němu se připojili Darren E. Holland a James E. Bevins, odborný asistent pro výzkum a odborný asistent v oboru jaderného inženýrství na AFIT (v tomto pořadí). Mezi jejich spoluautory patřili Megan Bruck Syal a Joseph Wasem z LLNL’s Zbraně a komplexní integrace Hlavní ředitelství.
Další čtení: LLNL , Zákon o kosmonautice