|
Ядерное противодействие астероидной угрозе
|
|
|
|
Исследователи Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) разрабатывают трехмерное моделирование, чтобы изучить, как ядерное устройство может быть использовано для отклонения или потенциального разрушения астероида, угрожающего Земле.
|
|
|
|
В работе, опубликованной недавно в журнале Planetary Science, используется программа моделирования сферы LLNL для более точного моделирования того, как астероид может отреагировать, когда рентгеновские лучи от ядерного устройства, взорвавшегося вблизи его поверхности, быстро нагревают и испаряют материал. После проверки этого подхода на соответствие установленным моделям отклонения астероидов исследователи использовали Spheral для изучения трех сложных сценариев разрушения.
|
|
|
|
В отличие от многих стихийных бедствий, опасное столкновение с астероидом потенциально может быть предотвращено, если объект будет обнаружен достаточно рано. Одним из подходов является отклонение — небольшое изменение скорости, которое приводит к тому, что астероид пролетает мимо Земли, оставаясь в основном неповрежденным. Другой подход - разрушение, при котором астероид намеренно фрагментируется и рассеивается таким образом, чтобы ни один оставшийся фрагмент не представлял существенной угрозы для планеты.
|
|
|
|
|
|
|
Проведенный НАСА тест на двойное перенаправление астероидов, или DART, продемонстрировал кинетический подход к отклонению в 2022 году путем преднамеренного столкновения с астероидом-спутником Диморфосом. Ядерное смягчение последствий представляет собой альтернативный вариант действий в чрезвычайных ситуациях, особенно для более крупных объектов или сценариев с более коротким временем предупреждения, поскольку к астероиду может быть доставлено гораздо больше энергии, чем кинетическая энергия ударного элемента космического аппарата.
|
|
|
|
Два моделирования показали явные признаки сбоя, подчеркнув, что высокоточное 3D-моделирование может помочь исследователям лучше понять, как астероид может отреагировать на попытку ядерного смягчения последствий.
|
|
|
|
"Эти расчеты дают нам гораздо более детальную картину того, как астероид может отреагировать на попытку ядерного смягчения", - сказал Исайя Сантистеван, возглавлявший исследование. "Возможность моделировать повреждения, трещины и движение материала в трех измерениях является важным шагом на пути к улучшению нашей способности оценивать варианты планетарной защиты".
|
|
|
|
Чтобы протестировать этот подход, команда сравнила более 1500 одномерных результатов сферического моделирования с результатами отклонения астероида с помощью разработанного LLNL кода для моделирования Ares.
|
|
|
|
Расчеты показали близкое соответствие между двумя кодами, что дает исследователям уверенность в использовании Spheral для более сложных 3D-симуляций разрушения. По словам Сантистевана, Spheral особенно хорошо подходит для моделирования проблем, связанных с повреждением материалов, разрушением и фрагментацией.
|
|
|
|
Затем исследователи смоделировали три сценария разрушения астероида неправильной формы диаметром около 160 метров (525 футов), варьируя расстояние до места гипотетического ядерного взрыва и предполагая, насколько легко может разрушиться материал астероида.
|
|
|
|
В ходе самого продолжительного моделирования было установлено, что около 98% материала астероида подверглось полному разрушению, то есть его способность сохранять целостность была серьёзно подорвана. Моделирование также показало, что примерно 97% материала двигалось со скоростью, превышающей вторую космическую скорость астероида, при этом большая часть материала двигалась в противоположных направлениях, что ещё раз указывает на то, что астероид начал распадаться на части.
|
|
|
|
«Обнадёживает тот факт, что мы видим, как астероид получает значительные повреждения, при этом его материал движется с такой скоростью, что преодолевает гравитационное притяжение астероида, — говорит Сантистеван. — Это важные признаки того, что астероид находится в процессе разрушения, и трёхмерное моделирование позволяет нам изучить этот процесс более детально».
|
|
|
|
Результаты также показали, насколько важно учитывать, в какой части астероида происходит выброс энергии. В одном из случаев взрыв, произведённый на большем расстоянии от поверхности астероида, высвободил меньше энергии, но привёл к более масштабным разрушениям, поскольку энергия была распределена на большую площадь.
|
|
|
|
Это не значит, что взрыв на большем расстоянии всегда будет более эффективным. Оптимальный подход будет зависеть от таких факторов, как размер, форма и состав астероида, а также от того, какая цель преследуется — отклонение астероида от курса или его разрушение.
|
|
|
|
В работе также подчеркивается сложность вычислительных задач, связанных с отслеживанием астероида на протяжении всего процесса его разрушения.
|
|
|
|
В ходе самого продолжительного моделирования с использованием 1680 процессоров, которое длилось 59 дней, удалось сократить время расчета до 145 миллисекунд физического времени. По словам Сантистевана, исследователям потребуется гораздо больше времени, чтобы проследить за фрагментами астероида и определить их конечный размер и траекторию движения.
|
|
|
|
Такой долгосрочный анализ важен, поскольку для надежного разрушения астероида необходимо убедиться, что ни один из оставшихся фрагментов не превышает в диаметре 10 метров (33 футов) и что фрагменты разлетаются в разные стороны, а не слипаются. Проведенных симуляций было недостаточно для того, чтобы однозначно ответить на этот вопрос, но степень разрушения и движение материала в двух случаях убедительно свидетельствуют о том, что астероид находился в процессе разрушения.
|
|
|
|
В дальнейшем работа будет сосредоточена на ускорении симуляций, повышении разрешения и моделировании более реалистичных структур астероидов, в том числе астероидов, представляющих собой «груду щебня». Исследователи также планируют сравнить результаты симуляций с результатами небольших лабораторных экспериментов.
|
|
|
|
Источник
|
