Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) maken deel uit van een nationaal planetair verdedigingsteam dat een conceptueel ruimtevaartuig heeft ontworpen om asteroïden die aan de aarde zijn gebonden af ​​te buigen en te evalueren of het in staat zou zijn om een ​​enorme asteroïde te duwen - die een kleine kans heeft om de aarde in 2135 te raken - natuurlijk. Het ontwerp en de casestudy worden beschreven in een paper dat onlangs is gepubliceerd in Acta Astronautica .

De 9 meter hoge 8,8-tons ruimtevaartuig - HAMMER (Hypervelocity Asteroid Mitigation Mission for Emergency Response-voertuig) genoemd - heeft een modulair ontwerp waardoor het kan dienen als een kinetisch botslichaam, in wezen een stormram, of als transportvoertuig voor een nucleair apparaat. Zijn mogelijke missie:deflect 101955 Bennu, een enorme asteroïde met een diameter van ongeveer 500 meter (meer dan 5 voetbalvelden), met een gewicht van ongeveer 79 miljard kilogram (1, 664 keer zo zwaar als de Titanic), rond de zon rond 63, 000 km/u. Op basis van beschikbare observatiegegevens, Bennu heeft een 1 op 2, 700-kans om de aarde te raken op 25 september 2135, en er wordt geschat dat de kinetische energie van deze impact gelijk zou zijn aan 1, 200 megaton (80, 000 keer de energie van de Hiroshima-bom).

"De kans op een impact lijkt nu klein, maar de gevolgen zouden verschrikkelijk zijn, " zei Kirsten Howley, LLNL-fysicus en co-auteur op het papier. "Deze studie is bedoeld om ons te helpen de reactietijdlijn te verkorten wanneer we een duidelijk en aanwezig gevaar zien, zodat we meer opties hebben om het af te weren. Het uiteindelijke doel is om klaar te zijn om het leven op aarde te beschermen."

De inspanning maakt deel uit van een nationale planetaire defensiesamenwerking tussen de National Aeronautics and Space Administration (NASA) en de National Nuclear Security Administration (NNSA), waaronder LLNL en Los Alamos National Lab. Van de drie pijlers van planetaire verdediging, NASA is verantwoordelijk voor de eerste, asteroïden detecteren met voldoende tijd om het risico te beperken. Het LLNL planetaire verdedigingsteam is de technische leiding op de tweede poot, beperking van de dreiging. Het LLNL-team ondersteunt ook de derde poot, noodhulp.

De voorkeursbenadering om de dreiging van een asteroïde te verminderen, zou zijn om het af te buigen door er een kinetisch botslichaam in te rammen, een zacht duwtje geven dat groot genoeg is om het te vertragen, maar niet zo groot dat het object uit elkaar valt. Deze studie hielp bij het kwantificeren van de drempel waarbij een kinetisch botslichaam niet langer een effectieve afbuigingsoptie zou zijn. Om deze drempel te evalueren, onderzoekers concentreerden zich op het bepalen hoeveel HAMMER-impactors er nodig zouden zijn om Bennu af te buigen.

"De duw die je nodig hebt om het te geven is erg klein als je de asteroïde 50 jaar afbuigt, " zei Howley. "Maar zo ver weg, je denkt waarschijnlijk dat het percentage geraakt wordt 1 procent is. De kans op een Bennu-impact kan 1 op 2 zijn, 700 vandaag, maar dat zal vrijwel zeker veranderen - ten goede of ten kwade - naarmate we meer gegevens over zijn baan verzamelen. Vertraging is de grootste vijand van elke asteroïde-afbuigingsmissie. Daarom is het dringend noodzakelijk om vandaag levensvatbare afbuigplatforms op de plank te krijgen."

Als de beslissing zou worden genomen om op een missie te gaan om Bennu af te leiden, onderzoekers schatten dat het minimaal 7,4 jaar zou duren voordat een impuls zou kunnen worden afgegeven aan het aardgebonden object. Dit omvat de tijd die nodig is om het ruimtevaartuig te bouwen, plan de missie en reis naar het object. Ervan uitgaande dat het botslichaam met succes zijn energie in de asteroïde deponeert, iets vertragen, het zou vele jaren duren voordat de kleine verandering in snelheid zich zou ophopen in een voldoende verandering in traject.

De onderzoekers evalueerden in dit onderzoek een aantal deflectiescenario's, variërend van de lancering 10 jaar voor de impact tot 25 jaar ervoor. In de 10-jarige scenario's, er werd vastgesteld dat het tussen de 34 en 53 lanceringen van de Delta IV Heavy-raket zou kunnen duren, elk met een enkel HAMMER-botslichaam, om een ​​asteroïde van de Bennu-klasse de aarde te laten missen. Als er een doorlooptijd van 25 jaar was, dat aantal kan worden teruggebracht tot 7 tot 11 lanceringen. Het exacte aantal zou afhangen van de gewenste afstand tot de aarde en de inslagcondities bij de asteroïde.

"Als er veel lanceringen nodig zijn voor een succesvolle afbuiging, het succes van de missie wordt moeilijker, vanwege het mislukkingspercentage bij elke afzonderlijke lancering, " zei Megan Bruck Syal, LLNL-fysicus en co-auteur op het papier. "Als we nog maar tien jaar hadden vanaf de lancering, we zouden Bennu met honderden tonnen moeten raken om het nauwelijks van een aarde-invloedend pad af te leiden, waarvoor tientallen succesvolle lanceringen en impact op de asteroïde nodig zijn."

Hoe groot kan een asteroïde een enkele impactor doen afbuigen? Onderzoekers hebben vastgesteld dat een enkel HAMMER-botslichaam een ​​object met een diameter van 90 meter en ongeveer 1,4 aardradii kan afbuigen met een aanlooptijd van 10 jaar - vanaf het moment van lancering tot de verwachte impact op de aarde. Als ze minder afleiding nodig hadden, ongeveer een kwart van een aardradius, een enkel botslichaam zou in hetzelfde scenario effectief kunnen zijn op een object met een diameter van wel 152 meter.

De paper concludeerde uiteindelijk dat het gebruik van een enkel HAMMER-ruimtevaartuig als stormram niet voldoende zou zijn om een ​​object als Bennu af te buigen. Hoewel recente simulaties van nucleaire afbuigingsscenario's niet in dit document zijn opgenomen - ze zullen worden opgenomen in een begeleidend document dat in de nabije toekomst voor publicatie zal worden ingediend - suggereren de bevindingen dat de nucleaire optie mogelijk vereist is bij grotere objecten zoals Bennu. De nucleaire benadering heeft het potentieel om veel meer energie te deponeren in een object als Bennu, veroorzaakt een grotere verandering in snelheid en traject.

In tegenstelling tot populaire afbeeldingen van een nucleaire afbuigingsmissie - zoals de film Armageddon - zou de nucleaire afbuigingsbenadering bestaan ​​uit het tot ontploffing brengen van een nucleair explosief op enige afstand van de asteroïde. Dit zou één kant van de asteroïde met röntgenstralen overspoelen, het oppervlak verdampen, die voortstuwing zou creëren als verdampt materiaal uit het object wordt uitgeworpen. In tegenstelling tot een kinetische impactor, de hoeveelheid energie die met een nucleair apparaat in een asteroïde wordt afgezet, kan worden afgesteld door aan te passen hoe ver het zich van de asteroïde bevindt wanneer deze tot ontploffing wordt gebracht.

Omdat Bennu regelmatig dicht genoeg bij de aarde komt voor radarwaarnemingen, onderzoekers zijn in staat zijn baan met voldoende nauwkeurigheid te schatten om enkele decennia te waarschuwen, als het de aarde zal treffen. Deze Bennu-vlucht nabij de aarde vindt elke zes jaar plaats. Maar voor andere objecten die niet regelmatig dicht genoeg bij de aarde komen voor radarwaarnemingen, er is veel meer onzekerheid. Indien beperkt tot telescopische waarnemingen, het is mogelijk dat onderzoekers pas minder dan een jaar voor de botsing 100 procent zeker zijn van een impact. In een scenario waarin er te weinig tijd is om een ​​effectieve afbuigingsmissie op te zetten, de laatste optie kan een krachtige verstoring zijn via een nucleair explosief, hoewel de kans erg krap zou zijn.

"Succesvolle verstoring vereist ervoor te zorgen dat de asteroïde stukken voldoende klein en goed verspreid zijn, zodat ze een veel kleinere bedreiging vormen voor de aarde, "Zei Syal. "Verstoringen die pas tientallen dagen voor de inslag worden uitgevoerd, kunnen nog steeds zeer effectief zijn in het verminderen van de totale schade die door de aarde wordt gevoeld. Eerder werk van onze onderzoeksgroep heeft aangetoond dat het inslaande puin wordt teruggebracht tot minder dan 1% van zijn oorspronkelijke massa door de asteroïde te verstoren, zelfs in deze late tijden."

Bennu is een van de meer dan 10, 000 objecten in de buurt van de aarde die tot nu toe door NASA zijn gevonden, en wetenschappers schatten dat dit slechts een fractie is van de objecten die worden geleverd met ongeveer 28 miljoen mijl van de aarde. Het goede nieuws is dat de meeste van deze objecten veel kleiner zijn dan Bennu. NASA's Center for Near Earth Object Studies somt iets meer dan 2 op, 500 objecten in de buurt van de aarde ontdekt die potentieel zo groot zijn als Bennu.

Dit onderzoek is de eerste van drie casestudies die zijn gepubliceerd, die elk verschillende mitigatiescenario's onderzoeken. De volgende casestudies onderzoeken de doorbuiging van Didymos B, het doelwit van NASA's DART-missie, en een verkleinde komeet Churyumov-Gerasimenko, die in 2014-2016 werd bezocht door de Rosetta-missie van de European Space Agency.