Lo stesso impatto del veicolo spaziale DART può provocare crateri molto diversi su Dimorphos a seconda di come è il materiale dell'asteroide. Il cratere a sinistra è il risultato se Dimorphos è composto da materiale roccioso forte, mentre il cratere molto più grande mostrato a destra potrebbe verificarsi se il Dimorphos è costituito da materiale simile a macerie molto più debole. Credito:Mike Owen/LLNL.
La navicella spaziale DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA si schianterà contro l'asteroide Dimorphos il 26 settembre, eseguendo il primo test di deflessione dell'asteroide che è stato pianificato da anni.
Dimorphos, a 150 metri di diametro, è la "luna" di un sistema binario di asteroidi, in orbita attorno all'asteroide compagno più grande, Didymos (800 metri). La quantità di moto della navicella spaziale di circa 600 kg, che viaggia a circa 6 km/s, fornirà un piccolo cambiamento di velocità a Dimorphos, che sarà rilevabile dai telescopi terrestri come un cambiamento nel periodo orbitale del sistema di asteroidi.
Come parte di questa missione, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno contribuito con competenze di simulazione multifisica a questa missione di dimostrazione tecnologica di difesa planetaria dal 2014, sviluppando nuovi metodi per simulare la gamma di possibili bersagli di asteroidi e per modellare la navicella spaziale DART con maggiore fedeltà.
Un nuovo articolo su The Planetary Science Journal , "Effetti della geometria dei veicoli spaziali sulle missioni dell'impattore cinetico", guidato da Mike Owen di LLNL, esplora le conseguenze dell'inclusione di geometrie realistiche di veicoli spaziali nelle simulazioni multifisiche.
In precedenza, la maggior parte dei modellatori di impatto considerava forme idealizzate per il veicolo spaziale DART, come una sfera, un cubo o un disco. L'uso dei modelli CAD (Computer Aided Design) dettagliati forniti dagli ingegneri dei veicoli spaziali non era una capacità prontamente disponibile per molti codici di impatto. Owen ha lavorato per semplificare il processo in Spheral, un codice ASPH (Adaptive Smoothed Particle Hydrodynamics) basato su LLNL per il quale ha creato e funge da sviluppatore principale. Collaboratori negli Stati Uniti ea livello internazionale hanno anche lavorato per implementare geometrie DART basate su CAD, fornendo confronti di codice per le geometrie dei veicoli spaziali dettagliate e più semplificate, come parte dello studio.
"Nel corso degli anni molti ricercatori hanno dedicato molto lavoro allo studio di come potrebbero funzionare gli impattatori cinetici come DART se dovessimo deviare un asteroide, utilizzando sia modelli numerici che esperimenti di laboratorio", ha affermato Owen. "Quasi tutta quella ricerca si concentra sugli effetti di come le diverse proprietà dell'asteroide stesso potrebbero influenzare il risultato, ma di tutte le incognite in questi scenari probabilmente l'unico fattore di cui sappiamo di più è il veicolo spaziale stesso, che è generalmente approssimato utilizzando una semplice geometria solida come un cubo solido o una sfera."
Owen ha affermato che ora che è in corso un esperimento dal vivo su vasta scala nella missione DART, ha senso guardare quanto potrebbe essere importante l'effettiva geometria del veicolo spaziale che è stato lanciato, in particolare dato l'aspetto diverso del veicolo spaziale rispetto alle semplificazioni tipiche.
"Questi modelli realistici sono molto difficili da configurare ed eseguire e abbiamo dovuto sviluppare nuove capacità nei nostri strumenti di modellazione per essere in grado di affrontare questo problema", ha aggiunto.
La geometria della navicella DART, che consiste in un corpo centrale delle dimensioni di un distributore automatico (1,8 x 1,9 x 2,3 m) e due pannelli solari da 8,5 m, crea un "impronta" molto più grande di una solida sfera di alluminio della stessa massa . Ciò influenza il processo di craterizzazione e, in definitiva, lo slancio impartito all'asteroide, abbassandolo di circa il 25%. Sebbene questo sia un effetto misurabile, le incertezze nelle proprietà dei bersagli degli asteroidi possono produrre cambiamenti ancora più grandi nell'efficacia della deflessione.
Tuttavia, la modellazione dell'intera geometria CAD richiede in genere una risoluzione più fine e può essere dispendiosa dal punto di vista computazionale. Owen ha anche esplorato cilindri di diversi spessori e approcci a tre sfere al problema, per trovare una "via di mezzo" che fosse più facile da simulare ma che si comportasse anche più come la vera navicella spaziale DART. Un modello a tre sfere è stato in grado di spiegare la maggior parte degli effetti dell'utilizzo della geometria completa del veicolo spaziale. Questa semplificazione a tre sfere consente di eseguire con precisione molti più modelli dell'impatto di DART, su diversi codici e utenti.
"Sebbene possa sembrare intuitivo che una rappresentazione sferica idealizzata di DART sopravvalutasse la deflessione, quantificare questo effetto era importante per comprendere i limiti degli approcci precedenti", ha affermato Megan Bruck Syal, responsabile del progetto di difesa planetaria di LLNL. "L'esecuzione di questo studio è stata una componente essenziale della preparazione per l'esperimento DART e ha ridefinito le migliori pratiche sia per LLNL che per altri gruppi di modelli di impatto". + Esplora ulteriormente
