El artículo dirigido por LLNL revela los efectos de la geometría de la nave espacial en las simulaciones de impacto para la misión DART de la NASA
Prueba de redirección doble de asteroides de la NASA (DART) se estrellará contra el asteroide Dimorphos el 26 de septiembre, realizando la primera prueba de desviación de asteroides que tomó años en la planificación.
Dimorphos, de 150 metros de diámetro, es la «luna» de un sistema de asteroides binarios, que orbita alrededor del asteroide compañero más grande, Didymos (800 metros). El impulso de la nave espacial de unos 600 kg, viajando a unos 6 km/s, provocará un pequeño cambio en la velocidad de Dimorphos, que será detectable desde los telescopios terrestres como un cambio en el período orbital del sistema de asteroides.
Como parte de esta misión, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) ha estado aportando su experiencia en simulación multifísica a esta misión de demostración de tecnología de defensa planetaria desde 2014, desarrollando nuevos métodos para simular el rango de posibles objetivos de asteroides y modelar la nave espacial DART con mayor fidelidad.
Un nuevo papel en el Revista de ciencia planetaria«Effects of Spacecraft Geometry on Kinetic Impact Missions», dirigido por Mike Owen de LLNL, explora las consecuencias de incluir geometrías realistas de naves espaciales en simulaciones multifísicas.
Anteriormente, la mayoría de los modeladores de impacto consideraban formas idealizadas para la nave espacial DART, como una esfera, un cubo o un disco. El uso de modelos detallados de diseño asistido por computadora (CAD) proporcionados por ingenieros de naves espaciales no era una capacidad fácilmente disponible para muchos códigos de impacto. Owen trabajó para optimizar el proceso en Spheral, un código de hidrodinámica de partículas suavizadas adaptativas (ASPH) basado en LLNL para el cual creó y se desempeña como desarrollador principal. Los colaboradores en los Estados Unidos y en el extranjero también trabajaron en la implementación de geometrías DART basadas en CAD, proporcionando comparaciones de códigos para geometrías de naves espaciales detalladas y más simplificadas, como parte del estudio.
«A lo largo de los años, muchos investigadores han dedicado un gran esfuerzo a estudiar el rendimiento de los impactadores cinéticos como DART si tuviéramos que secuestrar un asteroide, utilizando tanto modelos numéricos como experimentos de laboratorio», dijo Owen. «Casi toda esta investigación se centra en los efectos de cómo las diferentes propiedades del propio asteroide podrían afectar el resultado, pero de todas las incógnitas en estos escenarios, el factor que probablemente conocemos mejor es la propia nave espacial. Incluso, que generalmente se aproxima usando geometría sólida simple como un cubo o una esfera sólida.
Owen dijo que ahora que se está realizando un experimento en vivo a gran escala en la misión DART, tiene sentido examinar la importancia de la geometría real de la nave espacial que se lanzó, especialmente dada la diferencia de la apariencia de la nave espacial en comparación con las simplificaciones típicas.
“Estos modelos realistas son muy difíciles de configurar y ejecutar, y tuvimos que desarrollar nuevas funciones en nuestras herramientas de modelado para poder resolver este problema”, agregó.
La geometría de la nave espacial DART, que consta de un cuerpo central del tamaño de una máquina expendedora (1,8 x 1,9 x 2,3 m) y dos paneles solares de 8,5 m, crea una «huella» mucho más grande que una esfera de aluminio macizo con la misma masa. . Esto afecta el proceso de formación de cráteres y, en última instancia, el impulso impartido al asteroide, reduciéndolo en aproximadamente un 25%. Aunque este es un efecto medible, las incertidumbres en las propiedades de los objetivos de los asteroides pueden producir cambios aún mayores en la efectividad de la desviación.
Sin embargo, el modelado de geometría CAD completa generalmente requiere una resolución más fina y puede ser costoso desde el punto de vista computacional. Owen también exploró cilindros de diferentes grosores y enfoques de tres esferas para el problema, para encontrar un «término medio» que fuera más fácil de simular pero que también se comportara más como la nave espacial DART real. Un modelo de tres esferas pudo explicar la mayoría de los efectos del uso de la geometría completa de la nave espacial. Esta simplificación de tres esferas permite que muchos otros modelos de impacto de DART se ejecuten con precisión, en diferentes códigos y usuarios.
«Si bien puede parecer intuitivo que una representación esférica idealizada de DART sobreestima la desviación, cuantificar este efecto fue importante para comprender las limitaciones de los enfoques anteriores», dijo Megan Bruck Syal, Gerente de Proyectos de Defensa Planetaria de LLNL. . «Completar este estudio fue una parte fundamental de la preparación para la experiencia DART y redefinió las mejores prácticas para LLNL y otros grupos de modelado de impacto».
