Astronomi

Avlyssna en NEO-bana

Avlyssna en NEO-bana


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jag behöver hjälp med en övning i boken som jag inte kan tackla. Jag måste beräkna hur mycket tid vi har för att fånga upp och eliminera en NEO. Jag har följande omloppsparametrar:

  • a = -2791,44 km (halvhuvudaxel),
  • i = 22,3 grader / hyperbolisk),
  • e = 2,77
  • v = 247,96 grader,
  • r = 2 106 101,331 km (radie från jordens masscentrum)

Mitt problem är att jag inte vet var jag ska börja, men jag gjorde ett försök. Jag antar att avlyssningen med målet bara kan hända när fasvinkeln mellan jorden och NEO är densamma. Jag vet att man kan beräkna hastigheten på S / C med ($ m_y $ = gravitations param.): $$ v = sqrt {(2m_y / r) - (m_y / a)} $$ Om vi ​​beräknar flykt Jordens hastighet med $ V_e = sqrt {2GM_e / r} $, vi får skillnaden i hastighet. Med denna information kan vi beräkna den tid som behövs. Någon som kan hjälpa mig?


Förutsatt att du har en phaser array tillräckligt kraftfull för att pulverisera NEO till en ofarlig meteor storm, läste jag detta som en fråga om när ett objekt med de geocentriska orbital element anländer till perigeum. Men jag får ett annat värde för $ r $ om jag behandlar det $ nu $ -värdet som en sann avvikelse; det kan vara en genomsnittlig anomali eller hyperbol anomali istället.

Jag antar att din lärobok täcker de här sakerna i detalj, men för andra läsare kan dessa föreläsningsanteckningar av M. Peet vid ASU, med $ f $ istället för $ nu $, hjälpa.


Alla orbitalparameterekvationer (inte i vektorformer)

Jag vet att det är en hyperbolisk bana eftersom e är större än 2. Dess position och hastighet är relaterade till halvhuvudaxeln, som vi har ett värde för. Vi måste ta hänsyn till att jorden har en hastighet och att hastigheten vid ekvatorn (i enheter km / s) kan beräknas med:
Ve = 2 * pi * R / (24 * 3600)

Omloppshastigheten kan beräknas från energibesparing. Kometens totala energi är
E = (1/2) mv

Perioden för NEO kan beräknas med:

P ^ 2 = ((4 * pi ^ 2) / (G * Me)) * a ^ 3 (Me = jordens massa, vi kan försumma NEO: s massa). Jag är säker på att jag måste inkludera både jordens och NEO-perioden

Jag vet att jag har många ekvationer angående banparametrarna, men jag vet inte var jag ska börja. Kan någon vägleda mig (med förklaring och / eller vilka ekvationer att använda)?


Ska jordfarare jaga 'Oumuamua in i det interstellära rummet?

Om du vill ändra den här artikeln besöker du Min profil och sedan Visa sparade berättelser.

En konstnärs illustration av & # 39Oumuamua, det första interstellära objektet som någonsin upptäckts i vårt solsystem. Illustration: NASA

Om du vill ändra den här artikeln besöker du Min profil och sedan Visa sparade berättelser.

I oktober 2017 upptäckte ett asteroidjaktteleskop på Hawaii något ovanligt. Ett cigarrformat föremål som var ungefär dubbelt så stort som Eiffeltornet bokade det förbi jorden med nästan 60 000 mil i timmen - och tycktes påskynda. Känd som 'Oumuamua, ett hawaiianskt ord som betyder "speidare", hade objektet både en komet och en asteroid. Dess bisarra egenskaper ledde astronomerna att dra slutsatsen att det var en kosmisk inkräktare: en gigantisk bit av sten som bildades i ett annat stjärnsystem och blästrade på en resa genom interstellära rymden miljarder år sedan.

”Oumuamua var det första interstellära objektet som någonsin upptäcktes i vårt solsystem. Under de senaste tre åren har det funnits en stadig ström av forskningsdokument som antagit om dess ursprung, dess kemi och till och med möjligheten att det kan vara ett främmande rymdfarkost. Asteroiden drar sig snabbt tillbaka i djupt utrymme, vilket gör det svårt att observera med hjälp av teleskop på jorden. Detta innebär att många av frågorna om 'Oumuamua kanske aldrig kommer att besvaras - om vi naturligtvis inte skickar ett rymdfarkost för att fånga upp det.

Detta är målet för Project Lyra, ett uppdrag som föreslagits av en brittisk ideell organisation som heter Initiative for Interstellar Studies, som finansierar utbildnings- och forskningsprojekt med fokus på att ta oss till stjärnorna. Gruppen tillkännagav Project Lyra bara två veckor efter ”Oumuamuas upptäckt och i maj Acta Astronautica kommer att publicera den uppdaterade versionen av sitt föreslagna uppdrag att jaga asteroiden.

"Vi vet nu att ett sådant uppdrag, åtminstone i princip, är uppnåbart", säger mjukvaruutvecklaren Adam Hibberd, en volontär med initiativet som byggde programvaran för att utforma Project Lyras bana. "Den möjliga vetenskapliga återkomsten skulle vara enorm och kan i grunden förändra vår förståelse för vår plats i universum."

”Oumuamua rör sig för närvarande bort från jorden med nästan dubbelt så hög hastighet som Voyager 1, det snabbaste rymdfarkosten som någonsin byggts. Asteroiden färdas cirka 500 miljoner mil per år - det genomsnittliga avståndet mellan jorden och Jupiter - vilket innebär att den kommer in i det interstellära rummet någon gång i slutet av 2030-talet. För att komma ikapp asteroiden föreslår Project Lyra att en rymdfarkost ska startas på en av världens mest kraftfulla raketer - antingen SpaceX: s Falcon Heavy eller NASA: s kommande Space Launch System - och använda tyngdkraftsassistenter från Jupiter och solen för att skjuta båten mot asteroiden. Rymdfarkosten skulle vara utrustad med en raketförstärkare som skulle skjuta när den piskade runt solen för att få fart på det.

Project Lyra nya förslag uppdrag föreslår lansera rymdskepp så snart som 2030. Det skulle avlyssna ’Oumuamua runt 2049 när asteroiden är ungefär fem gånger längre bort från solen än Pluto. För jämförelsens skull har Voyager 1, som har gått djupare in i det interstellära rymden än något mänskligt skapat objekt i historien, rest 15 miljarder mil på 40 år. Project Lyra-rymdfarkosten skulle behöva resa 20 miljarder mil på hälften av den tiden.

"Tyvärr kan vi inte bara starta ett år vi vill", säger Hibberd. "För att göra uppdrag genomförbara med nuvarande teknik är vi beroende av att Jupiter tar upp en viss punkt i sin 12-åriga bana runt solen, och så följer möjligheterna ungefär en 12-årscykel."

Marshall Eubanks, chefsforskare vid rymdinitiativ, ett företag som arbetar med små satellitsystem och medförfattare till det nya projektet Lyra papper ser uppdraget som en språngbräda mot mer ambitiösa interstellära uppdrag. Till exempel Genombrott Starshot, en interstellära uppdrag finansierat av miljardären Yuri Milner, vill använda jätte lasrar för att skicka en flotta av miniatyrstorlek sonder till vår närmaste stellar granne, Alpha Centauri. Eubanks säger att ett interstellärt uppdrag till 'Oumuamua skulle vara "mycket lättare" än att resa till Alpha Centauri. Men han erkänner att uppdraget fortfarande skulle möta en mängd utmaningar, inklusive att helt enkelt hitta ”Oumuamua i vildmarken i det interstellära rummet.

"Det finns en mycket stark vetenskaplig motivering för ett uppdrag till ett interstellärt objekt", säger Eubanks. "Frågan vi står inför just nu är: Vad är realistiskt?"

Vid denna tidpunkt är varje interstellärt uppdrag ett långt skott som måste övervinna en mängd tekniska utmaningar och finansieringsdilemma. Om målet är helt enkelt att besöka en interstellära objekt, skulle vi förmodligen vara bättre att vänta för dem att komma till oss, i stället för att jaga dem utanför solsystemet, säger Darryl Seligman, en astrofysik doktorand vid Yale University. "Interstellära föremål är överblivna material från stjärnor och planeter som bildades någon annanstans i galaxen och de blir FedEx-direkt till jorden", säger Seligman. ”Du kan inte inte dra nytta av något sådant. ”

Under 2018 Seligman och hans rådgivare, Yale astronomi professor Gregory Laughlin, författad ett papper som visade att det är möjligt att avlyssna interstellär föremål som passerar genom det inre solsystemet med hjälp av för närvarande tillgänglig raket och rymdfarkoster teknik. Seligman och andra astronomer har beräknat att solsystemet sannolikt är överflödigt i interstellära objekt - vi är bara inte särskilt bra på att hitta dem ännu. (Faktum är att ett andra interstellärt objekt, 2I / Borisov, upptäcktes bara ett år efter 'Oumuamua av en amatörastronom på Krim.) Astronomer hoppas att när den nya generationen av gigantiska teleskop som Chiles Large Synoptic Survey Telescope kommer online startar vi regelbundet hitta interstellära objekt.

Att fånga upp ett interstellärt objekt som passerar nära jorden handlar om timing. Med tillräckligt förvarning det skulle vara relativt enkelt att lansera en rymdfarkost från jorden med tillräckligt med fart för att avlyssna en interloping komet eller asteroid, en manöver som Seligman kan jämföras med ”kliva framför en buss.” Astronomer upptäckte ”Oumuamua strax innan den började sin resa ut ur vårt solsystem, vilket är alldeles för sent för att starta ett avlyssningsuppdrag. Men om vi hade ett rymdfarkoster som var redo att gå när 'Oumuamua flög förbi, fann Seligman och Laughlin att vi kunde ha besökt det.

Förra året godkände Europeiska rymdorganisationen Comet Interceptor-uppdraget, som kan vara det första rymdfarkosten som gör en flyby av ett interstellärt objekt. År 2028 kommer Comet Interceptor att lanseras till L2, en punkt i rymden där jordens och solens gravitation drar ut varandra. L2 är i huvudsak en parkeringsplats för rymdfarkoster och Comet Interceptor kommer att hänga ute tills den hittar en saftig mål, antingen en ren komet gör sin första resa i det inre solsystemet, eller en interstellära objekt.

När Comet Interceptor närmar sig sitt märke kommer den att delas upp i tre mindre rymdfarkoster. Man kommer att hålla sitt avstånd, ta foton och samla in data cirka 600 miles från kometen. De andra två kommer att kasta sig mot kometens kärna för att prova gasen och dammet som flyger från dess yta och mäta dess magnetfält. Comet Interceptor hjälper forskare att få en bättre uppfattning om hur vårt solsystem bildas genom att studera en bevarad del av dess tidiga historia. Och om kometen råkar vara ett interstellärt objekt skulle det ge ett fönster till bildandet av ett främmande solsystem.

Betyder det att ett uppdrag att fånga upp ”Oumuamua i det interstellära rummet definitivt är utanför bordet? Inte nödvändigtvis. 2I / Borisov såg ut precis som astronomer trodde att ett interstellärt objekt skulle se ut - en normal komet - och Seligman säger att vi kan förvänta oss att interstellära objekt i framtiden kommer att vara lika. Men ‘Oumuamua är en udda kula. Eftersom det kom in i inre solsystemet det inte spyr plymer av gas som en komet, hade en bisarr avlång form, det tumlande end-over-end, och det var något snabbare utan uppenbar anledning. Om vi ​​upptäcker fler interstellära objekt och ingen av dem ser ut som ”Oumuamua, kan det vara värt att jaga asteroiden bortom solsystemet för att studera den som ett unikt exemplar.


NEO Basics

Dagligen drar cirka hundra ton interplanetärt material ner till jordytan. De flesta av de minsta interplanetära partiklarna som når jordens yta är de små dammpartiklar som frigörs av kometer när deras is förångas i solområdet. Den stora majoriteten av det större interplanetära materialet som når jordytan har sitt ursprung som kollisionsfragment av asteroider som har stött på varandra för några år sedan.

Med ett genomsnittligt intervall på cirka 10 000 år skulle steniga eller järnasteroider som är större än cirka 100 meter förväntas nå jordytan och orsaka lokala katastrofer eller producera tidvatten som kan översvämma lågt liggande kustområden. I genomsnitt vart hundra tusen år eller så kan asteroider som är större än en kilometer orsaka globala katastrofer. I detta fall skulle effekten skräp spridas över hela jordens atmosfär, så att växter skulle lida av surt regn, partiell blockering av solljus, och från eldstormar följd av uppvärmd slag skräp regnar tillbaka ned på jordytan. Eftersom deras banor ofta passerar jordens, har kollisioner med jordnära föremål inträffat tidigare och vi bör vara uppmärksamma på möjligheten av framtida närhet av jorden. Det verkar klokt att anstränga sig för att upptäcka och studera dessa föremål, att karakterisera deras storlekar, kompositioner och strukturer och hålla ett öga på deras framtida banor.

På grund av de pågående sökansträngningarna för att hitta nästan alla stora NEO, kommer föremål ibland att befinna sig på mycket nära jorden som närmar sig banor. Stor försiktighet måste då vidtas för att verifiera alla förutsägelser om jordkollision som görs. Med tanke på den extremt osannolika karaktären av en sådan kollision kommer nästan alla dessa förutsägelser att visa sig vara falska larm. Men om ett objekt bekräftas på en jordkollisionsbana verkar det troligt att denna kollisionsmöjlighet kommer att vara känd flera år före den faktiska händelsen. Med tanke på flera års varningstid kan befintlig teknik användas för att avleda det hotande föremålet bort från jorden. Nyckelpunkten i denna mildringsprocess är att hitta det hotande objektet år i förväg så att en ordnad internationell kampanj kan monteras för att skicka rymdfarkoster till det hotande objektet. En av de föreslagna teknikerna för att avböja en asteroid inkluderar kärnfusionsvapen som skjuts upp över ytan för att ändra asteroidens hastighet utan att bryta den. Höghastighetsneutroner från explosionen skulle bestråla ett skal av material på ytan av asteroiden som vetter mot explosionen. Materialet i detta ytskal skulle sedan expandera och blåsa av och därmed producera en rekyl på själva asteroiden. En mycket blygsam hastighetsförändring i asteroidens rörelse (bara några millimeter per sekund), som verkar över flera år, kan få asteroiden att missa jorden helt. Tricket är dock att försiktigt knuffa asteroiden ur skada och inte spränga den. Det senare alternativet, även om det är populärt i filmerna, skapar bara ett större problem när alla bitar stöter på jorden. Ett annat alternativ som har diskuterats inkluderar etablering av stora solseglar på ett litet hotande föremål så att soltrycket så småningom kan omdirigera objektet från dess förutsagda jordkollision.

Ingen bör vara alltför bekymrad över en asteroid eller komets jordpåverkan. Hotet mot någon person från bilolyckor, sjukdomar, andra naturkatastrofer och en mängd andra problem är mycket högre än hotet från NEO. Under långa tidsperioder är dock chanserna att jorden påverkas inte försumbar så att någon form av NEO-försäkring är motiverad. För närvarande vilar vår bästa försäkring hos NEO-forskarna och deras ansträngningar att först hitta dessa föremål och sedan spåra deras rörelser in i framtiden. Vi måste först hitta dem och sedan hålla ett öga på dem.


Försvara Planet Earth: Nära jord-objektundersökningar och riskreduceringsstrategier (2010)

Påverkan på jorden av jordnära objekt (NEO) är oundviklig. De provkroppar varierar från ofarliga eldklot, som är mycket ofta genom de största airbursts, som inte orsakar betydande förstörelse på marken, i genomsnitt förekommer en gång i en människas livstid till globalt katastrofala händelser, som är mycket osannolik i en viss människas livstid men är förmodligen slumpmässigt fördelade i tiden. Riskerna från dessa NEO, eller mer specifikt forskare och rsquo-bedömning av riskerna under nästa århundrade, kommer att förändras när undersökningar genomförs. Med tanke på att effekterna är oundvikliga och att hela undersökningen syftar till att möjliggöra lämpliga åtgärder, hur kan effekterna av potentiellt påverkande NEO mildras?

Mängden förstörelse från en händelse skalas med den energi som kommer från det påverkande objektet. Eftersom utbudet av möjlig förstörelse är så stort är inget enda tillvägagångssätt tillräckligt för att hantera alla händelser. För händelser med tillräckligt låg energi är metoderna för civilt försvar i vid mening den mest kostnadseffektiva för att rädda människoliv och minimera skador på egendom. För större händelser är det lämplig att ändra vägen för det farliga föremålet, även om metoden för att ändra vägen varierar beroende på mängden förvarning som finns tillgänglig och massan av det farliga föremålet. För de största händelserna, bortom den globala katastrofen till händelser som orsakar massutrotning, finns det ingen aktuell teknik som kan ändra banans väg tillräckligt för att undvika katastrof.

I detta kapitel behandlar kommittén fyra kategorier av mildringar:

Civilförsvar och mdashinvolverar sådana ansträngningar som att evakuera regionen kring en liten påverkan,

Slow-push eller -pull-metoder & mdashgradvis ändra en NEOs bana så att den missar jorden,

Kinetisk påverkan och mdashleverera en stor mängd momentum (och energi) omedelbart till en NEO för att ändra sin omlopp så att den saknar jorden, och

Kärnkraftsdetonation och mdashleverera en mycket större mängd momentum (och energi) omedelbart till en NEO för att ändra sin omlopp så att den saknar jorden.

För att påverka NEO: er som är tillräckligt små (tiotals meter till kanske 100 meter i diameter) och inte särskilt starka (vanligtvis inte järnmeteoroider) kommer förstörelsen på jorden att orsakas av en airburst och dess associerade sprängvåg och termisk puls, som var fallet med Tunguska-händelsen ovan Sibirien 1908. Händelser som denna sak förstörelse över områden upp till tusentals kvadratkilometer och evakuering och skyddande är inte bara rimligt utan ofta det mest kostnadseffektiva metoden för att rädda människoliv. Airburst-evenemang kommer också att vara de vanligaste,

förekommer i genomsnitt vart par hundra år. Det är också de händelser som sannolikt har minst varning. För större händelser är det sannolikt önskvärt att aktivt ändra omloppet för det farliga föremålet. Valet mellan de tre metoderna & mdashmetoden för långsam push och -pull, kinetisk påverkan och kärnkraftsdetonation & mdash beror både på massan av NEO som måste flyttas och på hur tidigt NEO bestäms att vara farlig, liksom på detaljerna av banan. Avhjälpningsalternativen anges i tabell 5.1, som visar hur varje alternativ är tillämpligt på ett givet hot. Tabell 5.2 visar de regimer där varje mildringsmetod är tillämplig. Observera att tabell 5.2 innehåller en ytterligare viktig aspekt av problemet, internationell samordning, som diskuteras mer detaljerat i kapitel 7 i denna rapport.

Även om alla de främsta strategierna för begränsningsstrategi är giltiga, är ingen nu redo att implementera med kort varsel. Civilförsvar och kinetiska påverkare är förmodligen närmast distribuerbara men även dessa kräver ytterligare studier innan de kan lita på.

I alla fall är beslutet att inleda en mildring ett sociopolitiskt beslut, inte ett tekniskt beslut. Detta beslut är implicit i tidigare sociopolitiska beslut om vilka metoder för lindring som ska utvecklas, och det beror också på den sannolikhetsnivå som anses kräva lindring. Kommitténs & rsquos rekommendationer angående minsta tillvägagångssätt för att mildra och mer aggressiva tillvägagångssätt diskuteras senare.

Föremålet för lindring är fylld med osäkerhet.Effekten på jorden av en viss NEO beror kritiskt på den hastighet med vilken NEO påverkar jorden, en faktor som traditionellt ignoreras i studier av faran. Beslut om mildring måste baseras på massan av NEO snarare än på dess diameter, eftersom massan är den kvantitet som mest påverkar effektiviteten av en mildring och diametern för en given massa kan variera med ungefär en faktor två. Variationen i diameter innebär en faktor-av-två variation, beroende på NEO & rsquos densitet, av storleken på en NEO som kan flyttas tillräckligt långt för att missa jorden. Uppenbarligen tillåter en tidigare varning att en mindre åtgärd är tillräcklig, men att kvantifiera denna relation är mycket osäker. Effektiviteten av de flesta men inte alla metoderna beror också kritiskt på de fysiska egenskaperna hos NEO. Mänsklighet och rsquos förmåga att mildra beror på detaljerna i den avlyssnande banan. Det finns också signifikanta skillnader beroende på om diskussionen om begränsning är begränsad till nuvarande teknik eller inkluderar sannolik framtida teknik som nästa generation tunga lyftbilar. Således kommer kommitténs & rsquos diskussion om tillämpningsområdet att visa överlappande och osäkra intervall.

Realistisk mildring kommer sannolikt att inkludera mer än en teknik, om inte av någon annan anledning än att ge förtroende. I alla fall av mildring kommer civilt försvar utan tvekan att vara en komponent, antingen som det primära svaret eller som den ultimata reserven.

Att hitta: Ingen enskild metod för att mildra är lämplig och tillräcklig för att helt förhindra effekterna av hela spektrumet av potentiella påverkare, även om civilt försvar är en lämplig komponent för att mildra alla fall. Med adekvat varning är en uppsättning med fyra typer av mildringar tillräcklig för att mildra hotet från nästan alla NEO utom de mest energiska.

TABELL 5.1 Sammanfattning av primära strategier för att mildra effekterna av potentiellt påverkande jordnära objekt

Utbud av primär tillämpbarhet

(t.ex. varning, skydd och evakuering)

Minsta och största hot.

Hot av alla storlekar med mycket kort varningstid.

(t.ex. & ldquogravity traktor & rdquo med ett möte rymdfarkost)

En bråkdel (& lt10%) av medelstora hot.

Kräver vanligtvis årtionden av varningstid.

(t.ex. avlyssning av en massiv rymdfarkost)

Kräver år till årtionden av varningstid.

(t.ex. kärnkraftsexplosion i närheten)

Stora hot och kortvariga medelstora hot.

Kräver år till årtionden av varningstid.

TABELL 5.2 Sammanfattning av genomförandet av primära strategier för att lindra effekterna av potentiella jordnära objekt (NEO) effekter (åtgärdsmatris efter en hög sannolikhet för påverkan av en NEO har fastställts)

CIVILT FÖRSVAR: BEREDNING AV KATastrofer och återvinning

Av de två generiska tillvägagångssätten för att mildra en kollisionsrisk och mdash (1) aktiv orbitalförändring eller förstörelse av den inkommande kroppen, och (2) passiv, traditionell naturkatastrofreduktion baserad på & ldquoall-faror & rdquo-protokoll för evakuering, skydd, respons och återhämtning, och så vidare & människor i det samtida samhället skulle mycket troligtvis ställas inför evakuering och skydd snarare än orbitalförändring eller förstörelse under deras livstid. Den mest troliga händelsen kommer att vara en mycket sen varning för en liten NEO (tiotals meter i diameter eller mindre). I den motsatta änden av storleksspektret för stötar som närmar sig eller överskrider nivån av & ldquocivilization-hoting impact & rdquo (100 till många hundra meter i diameter), finns det bristfälliga prejudikat. För jämförbara händelser kan man tänka på svartdöden, världskrig eller de fiktiva världshistorierna i På stranden (Shute, 1957) eller, mer relevant, Lucifer & rsquos Hammer (Niven och Pournelle, 1977). Huruvida den mänskliga civilisationen skulle vara bräcklig eller robust inför en sådan händelse är oklart för oss.

Även om det civila försvaret är det mest troliga svaret på någon påverkansrisk, hade kommittén inte den expertis som behövdes för att helt ta itu med de politiska och ekonomiska aspekterna av till och med en liten asteroidpåverkan. Denna fråga kräver ytterligare studier.

Det finns ett spektrum av potentiella händelser som kan åberopa en eller flera av de sociala, vetenskapliga och nödhanteringsmetoderna för katastrofreducering. Några typiska exempel på sådana potentiella händelser, i grov ordning med ökande svårighetsgrad, inkluderar följande:

Nyhetsmedian rapporterar om låg sannolikhet på kort eller lång sikt, vilket motiverar lämpligt svar informeras av lektioner i riskkommunikation. Sådana tillfällen har inträffat ofta under det senaste decenniet och kräver inga ytterligare samhälleliga åtgärder.

Förutsägelsen om en ovanligt hög sannolikhet för en stor påverkan (som Apophis-fallet 2004-2005 [Giorgini et al., 2008]) någon gång under kommande decennier. Eftersom planering utvecklades för ett rationellt tillvägagångssätt för omloppsförändring skulle & ldquorisk-korridoren & rdquo vara känd för platser där påverkan kan uppstå. Det kan finnas några omedelbara ekonomiska och politiska konsekvenser (t.ex. oro för fastighetsvärden på potentiellt hotade platser), även om ytterligare astronomiska observationer kan ändra sannolikheten för påverkan till noll.

Förutsägelsen av en förestående kollision (i timmar till dagar) påverkan av ett mycket litet föremål (1 till 10 meter in storlek) på en slagbana. Denna typ av varning kan börja inträffa varannan år om teleskopiska sökningar är optimerade för att upptäcka sådana förestående påverkan. Även om det är mycket troligt att en sådan påverkan skulle vara ofarlig för människor på marken, bör kloka människor nära mark noll stanna inomhus, borta från fönster och kanske inte titta på den atmosfäriska explosionen. Sådana händelser kan regna ner meteoriter eller orsaka en explosiv kraterhändelse på marken som i fallet med Carancas-påverkanshändelsen i Peru 2007 och kan eventuellt bryta fönster. Att öva riskkommunikation skulle vara viktigt och skulle behöva planeras i förväg (se även kapitel 7).

En förutsägelse med en kortvarig varning (dagar till veckor) om en påverkan av en liten NEO (10 till 25 meter) i diameter). En sådan händelse kommer sannolikt att inträffa under detta århundrade. Sådana effekter är nära tröskeln till att orsaka betydande och potentiellt dödlig skada i en zon som är blygsamma några tiotals kilometer bred nära marknoll, vilket motiverar försiktig evakuering om påverkan inträffade på eller nära land. Här skulle tillvägagångssätten likna etablerade förfaranden för andra förutsägbara, lokaliserade naturkatastrofer som en översvämningsflod eller en vulkan som är redo att explodera. Naturligtvis skulle förstasvarare sakna kunskap om egenskaperna hos sådana förödande händelser på platser där översvämningar, vulkaner och så vidare inte är relevanta. Därför bör planer göras för att säkerställa adekvat kunskapsöverföring från erfarna förstahanterare om en sådan omständighet skulle kunna uppstå.

En oförutsedd destruktiv påverkan av en blygsam storlek (10 till 100 meter) NEO. Det här fallet är ungefär lika troligt som det tidigare. En sådan händelse kan ha blygsamma till allvarliga lokala konsekvenser, men de vanliga reaktions- och återhämtningsmetoderna som används efter naturkatastrofer och mänskliga katastrofer skulle i allmänhet vara lika tillämpliga i detta fall som i alla generiska katastrofer. Skadorna från en blygsam NEO i atmosfären eller stötar i marken skulle likna de typer av skador från andra naturkatastrofer, inklusive byggnadskollaps, bränder, social förvirring, skador och dödsfall. Naturligtvis, den orsak av denna speciella typ av katastrof är ovanlig och skulle möjligen framkalla oinformerade, överdrivna svar, som att frukta att effekterna var en förbud för mer

och större konsekvenser att följa, vilket exemplifieras i många senaste tv-program och filmer. Det är mycket osannolikt att denna rädsla är korrekt, så lämplig riskkommunikation och allmänhetens engagemang från NEO-effektexperter bör vara till hjälp.

Förutsägelsen av en mycket osannolik, men möjlig, påverkan av en farligt stor NEO (30 till många hundratals meter i diameter) under de kommande decennierna. Sådana förutsägelser kommer att vara vanliga under kommande år, särskilt efter nästa generations teleskopundersökningar blir operativa, men de första svaren bör betona förfining av förutsägelsen och möjliga förberedelser för NEO-omloppsförändringsuppdrag. Chansen att en sådan påverkan inträffar under nästa århundrade är tiotals procent. Om sannolikheten för en påverkan ökar till säkerhet och den regionala lokaliseringen av marknoll skulle identifieras, bör förberedelser inledas för att minimera de potentiella förlusterna till liv och egendom i händelse av att omloppsförändringsåtgärder misslyckades eller inte genomfördes. Dessa förberedelser skulle innebära att man förstärkte bestämmelserna för skydd, medicinsk vård, mat för fördrivna personer för husdjur och så vidare, inklusive avancerad planering för kommunikation, evakuering och så vidare.

Förutsägelsen om en förestående (i dagar till några år) påverkan av en mycket farligt stor NEO (100 till många hundratals meter i diameter). De slutliga förfarandena skulle likna de som beskrivits i föregående fall, förutom att planeringen för genomförandet skulle vara mindre lokaliserad. Eftersom katastrofens karaktär kan ha samma konsekvenser som andra stora katastrofer (de värsta jordbävningarna i historien, Indiska oceanens tsunami 2004, andra världskriget), kan lärdomar från dessa historiska fall informera om förberedelserna och svaren på oundviklig katastrof (eftersom förebyggande av effekterna kanske inte är genomförbart av tekniska och / eller politiska skäl). Orsaken till en sådan katastrof skulle inte ha något prejudikat, och missförstånd baserade på dåligt felaktig populärkultur (filmer, tv-program) skulle kunna få negativa konsekvenser, så tillförlitlig riskkommunikation skulle vara särskilt viktigt.

Förutsägelsen om en möjlig påverkan av en potentiellt civilisationsförstörande (och artförstörande) NEO under de kommande decennierna. En sådan potentiell katastrof skulle vara oöverträffad i mänsklighetens historia. Förlita sig på ansträngningar för att avvärja katastrofen genom omloppsförändringar. Men före framgångsrik orbitalförändring (eller efter misslyckad förändring), om effekterna var inom ett decennium efter att det inträffat, kan samtidiga internationella ansträngningar börja mildra konsekvenserna av eventuella effekter som kan uppstå och notera att det sannolikt skulle finnas en tendens för hela social struktur att kollapsa. Dessa ansträngningar skulle vara mest effektiva om de försökte öka robustheten i alla samhällsdelar, allt från lämplig riskkommunikation och varning till avsättning av medicinsk vård till förberedelser för mat och vatten och skydd till avskärmning av den globala infrastrukturen i de ekonomiska, elektroniska, sociala och brottsbekämpande arenorna för att förbereda sig för de oundvikliga insatserna.

Den förutspådda kortsiktiga påverkan (om några år eller mindre) av en civilisation eller artförstörande NEO. Även om det är ovanligt osannolikt att denna apokalyptiska möjlighet kommer att hända under någon som lever nu, skulle traditionella metoder för att förbereda sig för katastrof bli irrelevanta.

Att hitta: Civilförsvar (evakuering, skydd på plats, tillhandahållande av nödinfrastruktur) är en kostnadseffektiv lindrande åtgärd för att rädda liv från de minsta NEO-effekterna och är en nödvändig del av lindringen ansträngningar för större evenemang. Om en NEO förutspåddes påverka en specifik, bebodd plats, skulle det göra det sannolikt vara starkt tryck för att genomföra mer än den mest kostnadseffektiva metoden för att rädda liv.

LÅNGT PUSH-PULL-METODER

Detta avsnitt behandlar den första av tre metoder för förhindra en inverkan snarare än att skydda mot en inverkan. & ldquoSlow-push-pull & rdquo betyder kontinuerlig applicering av en liten men stadig kraft på NEO, vilket orsakar en liten acceleration av kroppen relativt dess nominella bana. Effekten av sådana små accelerationer är mest produktiv om den appliceras längs eller mot NEO & rsquos rörelseriktning, eftersom detta orsakar en nettoförskjutning av NEO längs dess bana. Denna förskjutning kan förhindra en påverkan genom att NEO & ldquoshow up & rdquo vid jorden & rsquos kretsar tidigare eller senare än jorden gör. En enkel tumregelformel förutsäger drift längs NEO & rsquos-banan för en given tillämpad acceleration

var & Deltas representerar förskjutningen i NEO & rsquos-positionen relativt dess nominella bana, A representerar den inducerade accelerationen av NEO, ta representerar den tid under vilken accelerationen tillämpas, och tc representerar kusttiden efter accelerationens tillämpning. För att uppskatta utbudet av NEO för vilka en given metod är tillämplig anser kommittén omloppsförändringar som är tillräckligt stora för att flytta NEO med 15 000 kilometer, tillräckligt för att ge en säker missning så länge banan är väl bestämd. Antag att ett rymdskepp på 10 ton är det största möjliga med nuvarande lanseringsförmåga och att ett 50 ton rymdfarkoster kan vara möjligt med framtida tunga lyftbilar (se senare diskussion och tillhörande tabell 5.4). Naturligtvis är flera lanseringar möjliga och kan vara önskvärda för att skala upp effekten eller för att tillhandahålla säkerhetskopiering vid fel.

De föreslagna teknikerna för långsam tryck kan sorteras i fyra kategorier: förbättring av naturliga effekter, förbättrad avdunstning av ytmaterial, applicering av kontaktkraft och tillämpning av gravitationskraft. Endast den sista av dessa tekniker, som sannolikt är den enklaste ur teknisk synvinkel, har studerats tillräckligt för att visa att den är möjlig. Med varje långsam push-teknik måste effektiviteten i tillvägagångssättet och eventuella oavsiktliga konsekvenser övervägas på allvar. Eftersom accelerationerna är ganska små kan förbises fysiska fenomen eller effektivitetsförluster väsentligt förändra den faktiska effekten.

Förbättring av naturliga effekter

I detta tillvägagångssätt som involverar förstärkning av naturliga effekter, en naturlig källa till momentum & mdashmost typiskt användningen av foton tryck eller solenergi & mdashis används för att påskynda NEO. Ändring av NEO & rsquos termiska respons eller reflektionsförmåga är en sådan teknik, eftersom detta sedan modifierar de naturliga krafterna som ger små avvikelser från en ren gravitationell rörelse för små NEO. En stor nackdel med sådana tekniker är bristen på precision och förutsägbarhet med vilken de kan appliceras på kroppen. På grund av denna brist skulle en konservativ strategi kräva överkompensering av en stor faktor. Ett enkelt sätt att begränsa den möjliga accelerationsnivån med hjälp av ett sådant tillvägagångssätt är att uppskatta den maximala accelerationen som impingande solstrålningstryck kan inducera på en NEO, med inse att endast en bråkdel av denna naturliga acceleration kommer att finnas tillgänglig för att modifiera banan. För en asteroid med en densitet på 2 gram per kubikcentimeter (g / cm 3) inducerar det totala solstrålningstrycket på en asteroid med en diameter på 2 kilometer en acceleration vid 1 AU från solen på 2 & gånger 10 & minus 15 km / s 2 (multiplicera värdena i kilometer per sekund i kvadrat med 6,7 & gånger 10 1 2 för att uttrycka dem i enheter på 15 000 kilometer per årtiond i kvadrat, där 15 000 är cirka 2 & frac12 Jordradier, tillräckligt för att ge en säkerhetsmarginal vid saknad jord), medan en Asteroid med 0,2 kilometer diameter har 10 gånger denna acceleration. Eftersom endast en bråkdel av detta tryck kan utnyttjas för användbara, längs spåraccelerationerna, blir tiden det tar att flytta asteroid- och rsquos-platsen tillräckligt för att säkert missa jorden mycket lång (århundraden för en 0,2 kilometer diameter NEO). Den naturliga accelerationen på grund av termiska effekter på NEO är en liten bråkdel av denna övre gräns, men det är också sannolik effektivitet för att använda förbättring.

Förbättrad avdunstning av ytmaterial

Ett annat tillvägagångssätt men relaterat till förbättringen av naturliga effekter är att koncentrera solenergi på ytan av NEO för att orsaka förångning, skapa en stråle av blandad ånga och bergskräp från NEO & rsquos-ytan som sedan kommer att påskynda kroppen genom dess reaktion till jet & rsquos-styrkan. Denna process fungerar naturligt i kometer, och banorna hos mycket flyktiga kometer förändras varje gång de närmar sig solen på grund av deras reaktion på gasventilering från deras ytor. Eftersom tiden för uppvärmning av ytstenar till avdunstning kan vara kort (tiotals sekunder) är NEO & rsquos-rotationen inte ett problem: källan till strålen spårar helt enkelt över ytan när NEO roterar under platsen där solljuset är fokuserat. Inga fysiska band till NEO krävs, och eftersom accelerationen är låg kommer binära NEO-system inte att spridas. Huvudkravet för avdunstningen är en stor solfångare som koncentrerar solljus. Denna samlare kan till exempel vara lätt och använda en uppblåsbar parabolspegel och direkt solljus i en serie linser eller speglar som så småningom fokuserar ljuset på ytan av NEO. I den mån som solkollektorns diameter kan skalas till storleken på NEO (accelerationsskalorna som den inversa av NEO & rsquos-massan och kvadraten av kollektordiametern), skulle banor av NEO upp till flera kilometer i diameter, i teorin, kunna , ändras tillräckligt av mycket stora kollektorsystem. Dessa system har dock ännu inte demonstrerats. Sun & rsquos-energin kan också samlas in av ett stort antal mindre parabolspeglar

snarare än av en stor. I denna mening kan ett solfångarsystem betraktas som modulärt och skalbart. Ett stort okänt system av denna typ är hur man förhindrar avdunstat bergmaterial från att kondensera på och nedsmutsa delar av det optiska systemet. Denna teknik kan potentiellt vara den mest kraftfulla metoden med långsam tryckning, men dess beroende av egenskaperna hos NEO och dess kontrollerbarhet (t.ex. den förbättrade avdunstningen kan förändra NEO & rsquos rotationstillstånd avsevärt) kräver mycket mer studier innan den kan anses vara redo för använda sig av. En nyligen genomförd studie (Kahle et al., 2006) visar att vissa optiska element, åtminstone i vissa utföranden, inte skulle ta mer än några minuter på grund av extrem uppvärmning. Således kan tekniken vara begränsad till användning på NEO: er som kräver mycket små hastighetsändringar, & lt0.1 millimeter per sekund.

Tillämpning av kontaktstyrka

I det tillvägagångssätt som involverar kontaktkraft antas en mekanisk anslutning till NEO och med hjälp av denna anslutning appliceras en kraft på kroppen. Ett tidigt koncept var att en rymdskepp & ldquotugboat & rdquo fysiskt skulle trycka på NEO, liknande en bogserbåt som flyttade ett mycket större fartyg genom att använda en liten men konsekvent kraft. I detta hänseende finns & ldquomass-drivrutiner, & rdquo som kräver att en mekanism placeras på ytan för att mata ut massa från NEO som drivmedel. En komplicerande faktor för sådana tillvägagångssätt är behovet av att hantera NEO & rsquos rotation för effektiv leverans av kraft, kroppens rotationstillstånd måste ofta ändras. Dessa tillvägagångssätt anses i allmänhet inte hållbara med tanke på den nuvarande bristen på mekanisk och fysisk förståelse för små kroppsytor och underytor.När ytterligare information erhålls om dessa aspekter kan det vara möjligt att utforma ytkopplingsanordningar robust och förstå de kraftnivåer som kan upprätthållas genom dem. Fram till dess är osäkerheterna i att tillämpa dessa tekniker & mdasheven om de hade utvecklats & mdashar för stora för att de ska kunna användas med något förtroende.

Tillämpning av gravitationskraft

Att använda gravitationskraft är det enda tillvägagångssättet som är nästan oberoende av de fysiska egenskaperna hos NEO, förutom dess massa (Lu och Love, 2005 Fahnestock och Broschart, 2009 Fahnestock och Scheeres, 2008 Wie, 2008 Yeomans et al., 2008), och det är den långsamma dragmetoden med högsta tekniska beredskapsnivå. Fysiken är ganska enkel & mdasha & ldquogravity-tractor & rdquo rymdfarkoster placerar sig i närheten av en NEO, som genererar en märkbar gravitationell attraktion mellan de två kropparna. Krafterna är lika och motsatta, men på grund av massskillnaden är accelerationerna helt olika. Den maximala accelerationen som en 10-ton rymdfarkost skulle kunna inducera på en 1 kilometer diameter NEO är exceptionellt liten, i storleksordningen 7 & gånger 10 & minus16 km / s 2, medan den är 7 & gånger 10 & minus14 km / s 2 för en 100 -meter-diameter NEO med samma densitet, eftersom gravitationstraktorn för samma NEO-form kunde placeras tio gånger närmare den mindre NEO. Denna kraft är något större än den maximala möjliga accelerationen från asymmetri i NEO & rsquos värmestrålning (känd som Yarkovsky-effekten). Det indikerar att små, naturliga krafter måste förstås. Rymdfarkosten strävar efter att bibehålla en fast plats relativt asteroiden utan att någon av dess drivmedel landar på NEO & rsquos-ytan, eftersom gravitationskraften ger anslutningen till NEO. På detta sätt verkar det en konstant kraft som verkar på NEO i riktning mot rymdfarkosten systemets masscentrum upplever en nettoacceleration lika med den acceleration som induceras på NEO genom att rymdskeppets attraktion.

Detaljerade simuleringar av detta tillvägagångssätt har genomförts med beaktande av förflyttningen av både enstaka asteroider och binära asteroider och mdashboth av vilka typer som verkar genomförbara. En av de största fördelarna med gravitationstraktorns tillvägagångssätt är att det inte finns något behov av att fästa rymdfarkosten fysiskt på NEO & rsquos-ytan. Precisionen för orbitalförändringen kan också vara ganska hög, eftersom rymdfarkoster kan vara välinstrumenterade och spåras med hög noggrannhet. Slutligen är tekniken för detta tillvägagångssätt väl förstådd och kan implementeras utan ytterligare vetenskapliga studier, vilket möjliggör en teknologisk demonstration av detta tillvägagångssätt med nuvarande teknik. Huvudförbehållet är kravet på att rymdskeppets framdrivningssystem ska fungera pålitligt i kanske ett decennium eller mer.

De uppnåbara accelerationerna är dock ganska låga. Kommittén anser att förskjutning med 15 000 kilometer (lite mer än en jorddiameter) är tillräcklig marginal med en väl bestämd bana för NEO. Under långa varningstider (i storleksordningen fyra decennier) kunde man spendera något mindre än ett decennium för att designa, bygga och starta rymdfarkosten och resa till NEO, sedan tillbringa ett decennium som kastas, följt av något mer än två decennier av

övervakning, för alla NEO upp till cirka 100 meter i diameter. Om man lanserade efterföljande gravitationstraktorer (för att övervinna bränsle- och livstidsbegränsningar) skulle man kunna trycka i hela 30 år och höja den begränsande storleken med en faktor 1,5 till 2. Vissa NEO, förmodligen färre än 10 procent, har banor som kan passera genom små områden i rymden nära jorden, kallade nyckelhål, där jord- och rsquos-gravitationsdrag förändrar NEO & rsquos-banan precis tillräckligt för att NEO träffar jorden på ett framtida tillvägagångssätt. Att ändra en NEOs bana för att missa ett av dessa nyckelhål kan åstadkommas för större föremål, eftersom den nödvändiga omloppsförändringen är mycket mindre. På grund av det stora utbudet av nyckelhålsstorlekar (hundratals meter till hundratals kilometer i diameter) är det orealistiskt att uppskatta att begränsa storleken på NEO i denna nisch.

Tillämpning av långsamma push-pull-lindringstekniker

Om inte en mycket lång varningstid innan påverkan är tillgänglig är den praktiska tillämpningen av långsam push-pull-teknik begränsad till NEO: er som förutses passera genom ett nyckelhål och till små NEO: er nära gränsen för vilken civilt försvar enbart kan vara tillräckligt. Som med alla försök att avleda en NEO innebär långa varningstider vanligtvis stor osäkerhet i om NEO är på väg att påverka, och å ena sidan kan långa varningstider leda till politisk obeslutsamhet å andra sidan, vara idealiska för att förfina resultatet efter en större förändring i omloppsbana med någon annan metod, och de är väl lämpade för att förhindra att en NEO passerar genom ett nyckelhål. Den välkända asteroiden Apophis är ett av föremålen som passerar nära ett nyckelhål och kan vara ett lämpligt mål för en långsam push eller pull & mdash till exempel med en gravitationstraktor. Sannolikheten för att Apophis kommer att påverka jorden är dock nu så låg att det inte verkar behöva mildras just nu.

Att hitta: Slow-push-pull-tekniker är de mest noggrant kontrollerbara och är tillräckliga för att ändra banor av små NEO (tiotals meter till ungefär 100 meter i diameter) med årtionden av förvarning och för något större NEO (hundratals meter i diameter) i de få fall där NEO skulle passera genom ett nyckelhål som skulle sätta det på en slagbana. Av de långsamma push-pull-teknikerna är gravitationstraktorn verkar vara den mest oberoende av variationer i egenskaperna hos NEO och överlägset närmast teknisk beredskap.

KINETISKA KONSEKVENSMETODER

Beskrivning av kinetisk påverkan och dess användning

Kinetisk stötdämpning använder en eller flera mycket höga hastighetseffekter (vanligtvis mer än cirka 5 km / s) av en stor rymdfarkost (& ldquoimpactor & rdquo) i ett farligt föremål. Dessa stötar skulle förändra hastigheten på det farliga föremålet med en liten mängd, vilket skulle resultera i en ny bana för det farliga föremålet som skulle få det att missa jorden. Metoden är relativt enkel och effektiv för NEO: er med diametrar upp till ungefär en halv kilometer, och den ligger väl inom nuvarande kapacitet med tanke på blygsam hårdvara och kontrollutveckling. Denna metod skulle sannolikt vara den valda metoden för att mildra farliga föremål i storleksintervallet som just anges när det finns flera år eller mer varningstid.

I detta tillvägagångssätt kan antingen rymdfarkosten & ldquorun in i & rdquo det farliga föremålet, eller så kan det farliga föremålet springa in i rymdfarkosten endast den relativa hastigheten för stöten är relevant. Den uppnåbara relativa hastigheten varierar avsevärt med detaljerna i NEO & rsquos-banan, men till skillnad från variationen i andra parametrar som påverkar denna och andra metoder kommer banan för någon speciell NEO att vara känd med tillräcklig noggrannhet för att olika rymdfarkostbanor kan studeras med en för att uppnå maximal relativ hastighet i bästa riktning vid mötet (se även den senare diskussionen om banor). NASA & rsquos Deep Impact-uppdrag 2006 visade denna princip, men med en mindre slagkropp på en större kropp (6 kilometer i diameter). Denna påverkan var vid 10 km / s och kommittén kommer att anta detta värde för att uppskatta effektiviteten, men det noteras att för nuvarande kapaciteter kommer intervallet av relativa hastigheter på grund av olika banor i NEO sannolikt att vara någonstans från några till några få tiotals kilometer per sekund.

Det finns en fysisk parameter som är viktig och effektiviteten i att överföra rymdfarkosten & rsquos rörelse till NEO: s rörelse, vanligtvis betecknad med &beta. Om slagkroppen helt enkelt absorberas av NEO, är momentum av

slagkroppen överförs till NEO, vilket resulterar i en förändring av hastigheten för NEO som är den relativa hastigheten för de två dividerat med förhållandet mellan NEO-massa och slagkroppsmassa. Effekten förbättras om materialet matas ut från NEO, vilket vanligtvis är fallet med &beta sannolikt att vara mellan 1 och 10. (För material som matas ut framåt, som i ett & ldquopathological & rdquo-fall, &beta kan vara mindre än enhet.) Värdet av &beta kommer sannolikt att öka med relativ hastighet, men denna effekt har inte studerats i detalj. Kommittén noterar att värdet av &beta kommer sannolikt att korreleras med densiteten hos NEO, vara låg (1-2) för mycket porösa NEO och hög (5 eller ännu högre) för hårda, steniga NEO, på grund av variationen med material som nämns ovan. Effektiviteten med att ändra en NEO & rsquos-bana beror inte bara på &beta men också på NEO-formen (som påverkar utkastets riktning) och på rymdskeppets & rsquos-rörelsens riktning i förhållande till NEO & rsquos-rörelsen. Som visas senare i detta kapitel är avlyssningsbanor ofta sådana att minskningen av den effektiva förändringen till banan inte är stor, men varje givet fall måste analyseras i detalj.

Den momentana hastighetsförändringen av en NEO från en kinetisk påverkan ges således av

var m och M är slagkroppens massor och NEO, U är deras relativa hastighet och faktorn &beta är större än eller lika med enhet (Melosh et al., 1994). Denna ekvation kan användas för att bestämma massan m av en slagkropp som krävs för att ändra hastigheten på en NEO med 1 cm / s som en funktion av en NEO & rsquos diameter och den relativa hastigheten, som visas i figur 5.1. Denna plot använder uppskattningarna för &beta (1 till 5) som en funktion av slaghastigheten enligt Holsapple (2009). Den erforderliga massan ökar när tiden till jordavlyssning minskar.

Som ett extremt exempel, om &beta faktorn var så mycket som 10, med hjälp av en enda 10 ton rymdfarkost som slog vid 50 km / s, kunde en 700 meter diameter NEO med densitet 3 g / cm 3 avböjas med 1 cm / s. I så fall kan det vara möjligt att avböja även en kaross med en diameter på 1 kilometer med tre stötar. För jämförelse med långsamma push-pull-metoder är en impulsiv förändring på 1 cm / s jämförbar med att förskjuta objektet med 15 000 kilometer 10 år i framtiden. Men för ett mer konservativt exempel som överensstämmer med en mer porös NEO-kropp, om &beta faktor är bara enhet, massdensiteten är 1,5 g / cm 3 och vid en mycket lägre slaghastighet på 5 km / s kan en massa på 10 ton förändra banan för endast en 180 meter diameter NEO tillräckligt för att undvika kollision i i alla fall 10 sådana stötar skulle krävas för ett objekt med en diameter på 400 meter. Olika uppdragsdesigner kan handla rymdfarkostmassa, slaghastighet och tiden från avlyssning till tidpunkten för kollision med jorden om ingen mildring ingripit.

För att fånga upp en viss NEO krävs exakt information om sin omloppsbana, vilket sätter gränser för uppdragsdesign. Dessa gränser illustreras i tabell 5.3, som visar kroppsstorlekarna för NEOs vars omloppshastigheter kan ändras med 1 cm / s. Tabellen tar sex representativa fall genom att anta en nyttolastmassa på 5 ton (nu) eller 50 ton (framtida) med tre olika avlyssningshastigheter: 5, 10 och 20 km / s. Dessa fall korsas med två typer av NEO-kompositioner: (1) en något porös kropp med en densitet av 1,9 g / cm3 och (2) en stenig kropp med en densitet av 3,0 g / cm3.

Sammanfattning

Metoden för kinetisk påverkan är relativt robust och skulle vara möjlig att använda med måttlig teknisk utveckling. En stor osäkerhet är att värdet av &beta är relativt okänd, även om den har en fast nedre gräns för enhet, tillämplig för mycket porösa NEO: er från vilka lite eller inget material skulle matas ut. Ett uppdrag baserat på Europeiska rymdorganisationen & rsquos (ESA & rsquos) Don Quijote-konceptet skulle minska osäkerheterna, särskilt för höghastighetshastigheter och mycket porösa kroppar, för vilka osäkerheten är störst.

Dessutom måste viktiga frågor tas upp om förmågan att träffa en liten NEO med hög relativ hastighet. Dessa överväganden kan begränsa avlyssningshastigheterna vid vilka kinetiska effekter kan vara effektiva. Möjligheten till en oavsiktlig störning av NEO och följderna av detta behöver också undersökas ytterligare. Detta behov behandlas vidare i kapitel 6.

Med samma varningstid på 40 år som diskuterats för gravitationstraktorn skulle man kunna lansera en serie av kanske tio 10-ton slagkroppar för att avleda, 30 år före kollision, NEO med diametrar i storleksordningen & frac34 kilometer, och med diametrar ännu större än 1 kilometer när det gäller NEO med mycket låg densitet. Under en 10-årig varningstid och ett kraschprogram för att starta 10 rymdfarkoster på exempelvis 4 eller 5 år kan det vara möjligt att förhindra en kollision med

FIGUR 5.1 Den uppskattade massan (kg) som krävs för att ändra banan för ett nära jordobjekt (NEO) per enhet av erforderlig hastighetsförändring (cm / s) med hjälp av en direkt kollision, som en funktion av kollisionshastigheten och för olika storlek kroppar. Exempelvis kräver en hastighetsökning på 1 cm / s av en kroppskropp på 200 meter med densitet 3 g / cm 3 som påverkas vid 20 km / s en slagmassa på 10 3 kg eller 1 ton. En förändringshastighet på 0,1 cm / s skulle kräva en slagkropp på 0,1 ton. Anledningen till att den porösa kroppen med lägre densitet kräver mindre slagmassa vid låg slaghastighet är att den har mindre massa än en icke-porös kropp med samma diameter. Men vid högre slaghastigheter har den porösa kroppen inte den stora momentumultiplikation som den steniga kroppen har, så den icke-porösa steniga kroppen kräver mindre slagmassa. Denna plot använder uppskattningarna för &beta (1 till 5) som en funktion av slaghastigheten enligt Holsapple (2009).

TABELL 5.3 Storlekar på jordnära föremål (NEOs diameter i meter) vars banhastighet kan ändras med 1 centimeter per sekund (cm / s) med en enda inverkan

NEO-diameter om densitet = 1,9 g / cm 3

NEO-diameter om densitet = 3,0 g / cm 3

OBS: 1 cm / s är ordningen på hastighetsförändringen som krävs för att förskjuta en NEO längs dess bana med 15 000 kilometer på 10 år. Dessa tabellvärden är baserade på mycket begränsad data om faktorens värde &beta och använda skalningsteorin i Holsapple (2009) för att extrapolera till de större hastigheterna. Nyttolasten på 5 ton är möjlig nu och 50 ton nyttolast är baserade på det planerade Ares-lastfordonet. Uppnåbara avlyssningshastigheter beror på NEO: s omloppsparametrar och kan begränsas av inriktnings- och avlyssningsfunktioner.

a & frac12-kilometerdiameter NEO med tyngdkraftstraktorn nya, tunga lyftkastare som Ares lastraketer kan tillåta att leverera 5 gånger mer massiva slagkroppar. Flera slagkraftverk ger robusthet mot slumpmässiga fel och möjligheten att finjustera resultaten genom att variera antalet stötar. Till och med en enda slagkropp som kan startas inom 6 månader efter upptäckten kan förändra banan för en 100 meter diameter NEO, storleken som är nära den övre gränsen för endast användning av civilt försvar, med en varningstid på endast 1 till 2 år.

Hitta: Kinetiska impaktorer är tillräckliga för att förhindra påverkan på jorden av medelstora NEO: er (många hundratals meter till 1 kilometer i diameter) med årtionden av förvarning. Konceptet har varit demonstreras i rymden, men resultatet är känsligt för egenskaperna hos NEO och kräver ytterligare studier.

KÄRNMETODER

Kärnkraftssprängämnen utgör en mogen teknik med väl karakteriserade resultat. De utgör den överlägset mest masseffektiva metoden för energitransport och bör ses som ett alternativ för NEO-begränsning. Kärnkraftssprängämnen ger det enda alternativet för stora NEO: er (& gt500 meter i diameter) när tiden för kollision är kort (år till månader), eller när andra metoder har misslyckats och tiden har gått ut. Den omfattande testhistoriken för kärnsprängämnen visar en bevisad förmåga att tillhandahålla en skräddarsydd effekt (den önskade blandningen av röntgenstrålar, neutroner eller gammastrålar) och pålitliga utbyten från cirka 100 ton till många megatons TNT-ekvivalent energi (se bilaga E) . Tillsammans med denna testhistoria finns ett överflöd av data om effekterna av yt- och underjordiska sprängningar, inklusive chockgenerering och kraterering.

Olika metoder har föreslagits för att använda kärnkraftsexplosioner för att minska eller eliminera ett NEO-hot för en given massa av NEO, varningstiden är ett primärt kriterium för att välja bland dem. Med årtionden av varning, krävs den ändrade hastigheten (& DeltaV) från explosionen är millimeter till en centimeter per sekund och kan mötas för NEO flera kilometer i diameter. Detta värdeintervall är mycket mindre än 25 till 50 cm / s utrymningshastighet från måttliga till stora kroppar (500 till 1000 meter i diameter), så det är rimligt att anta att en så liten & DeltaV skulle inte leda till mål- & rsquos-fragmentering eller till överdriven utkastning (dvs. skräp som kastas bort från objektet). Denna förväntan uppfylls i hydrodynamiska simuleringar som presenteras här som visar att kärnexplosioner kan ge & DeltaV från 0,7 till 2,4 cm / s, för nyttolastmassor mindre än 1 ton (inklusive kärnanordning och rsquosäkring och miljökokong). I modeller av NEO med ytdensitet som i markbundna miljöer förblir nästan 98 procent av en kropp bunden som ett enda objekt genom endast sin egen svaga gravitation. Den lilla mängden utskjutning expanderar under årtiondena för att bilda ett stort moln av skräp med låg densitet, vilket minskar sitt hot med en annan faktor på 10 4 till 105. Mängden av utkastet beror på ytporositeten. Som i fallet med kinetiska stötar kommer en avledande yta med låg densitet att minska mängden utkast och därmed minska & DeltaV.

Alternativt, när tiden till den beräknade påverkan är kort (dvs. år snarare än årtionden), kan det vara omöjligt att tillämpa en tillräcklig & DeltaV utan fragmentering, men den begränsande faktorn är montering och lansering. En kärnkraftsförpackning med en ny säkring (dvs. en säkring som inte är avsedd för markanvändning) och en ny behållare kräver en cylinder som är ungefär 1 meter lång och 35 centimeter i diameter, med en massa under 220 kg. Det längsta ledtidsartikeln för att integrera en sådan anordning i ett raketsystem är utvecklingen av en behållare för att leverera anordningen och ett säkringssystem som kan arbeta med de tidsbegränsningar som krävs av rymdskeppshastigheterna nära kollision med NEO. Specifikationerna för en kärnkraftsbuss kan vara desamma som för ett kinetiskt slagkraftsuppdrag, men det skulle vara mycket utmanande att konstruera och integrera med boosterraketen och kärnkraftspaketet på under ett år. Denna & ldquolatency tid & rdquo mellan beslutet att agera och lanseringen kan minskas dramatiskt (kanske så mycket som 100 gånger) genom att designa och testa dessa kritiska komponenter i förväg för att upptäcka en farlig NEO.

Modeller och osäkerheter

Kärnkraftsutgångar bestäms väl från tester. Precis som med kinetiska impaktorer ligger den största osäkerheten i deras användning i NEO-svaret och mdashdosäkerheten relaterar särskilt till nuvarande förståelse för stötdämpning genom lågdensitetsmaterial och av det stora utbudet av NEO-strukturer och beteende vid påverkan som kan påträffas. Tänk på som exempel: Asteroid Itokawa verkar som många asteroider bestå av skräp svagt

bunden samman av tyngdkraften.Det befanns ha en bulkdensitet på cirka 2 g / cm ^ (Abe et al., 2006), det vill säga en porositet nära 40 procent. Vissa asteroider, såsom Eros, har densiteter nära den för fasta ämnen men är troligen kraftigt brutna (Britt et al., 2002). Men & ldquo2001 0E84& rdquo är en stor kropp (cirka 1 kilometer i diameter) som roterar så snabbt att den måste vara mycket stark och därför inte är mycket porös & ldquo (6187) 1986 DA & rdquo är i grunden ett fast järn NEO. 1 Alla andra kända snabbspinnande kroppar är små (& lt200 meter i diameter). Det finns också objekt med låg densitet, som Asteroid Mathilde, på vilka observerade kratrar antyder en mycket porös yta med större effektiv stötdämpning. Bulkdensiteten för kometkärnor är sannolikt mindre än 1 g / cm3.

NEO har ett brett utbud av former, storlekar och densiteter. Bulkdensiteten för de asteroider som det är känd för är jämförbar med den för material som används i kärneffektsimuleringar (t.ex. grus & asymp 1,5 g / cm 3 och grus med sand & asymp 1,9 g / cm 3). De sofistikerade datorsimuleringarna som diskuteras här användes för att modellera en av många möjliga strukturer, en struktur på 1 kilometer med en hög densitetskärna på 2,63 g / cm 3 omgiven av ett 250 meter tjockt ytskikt på 1,91 g / cm 3.

Experimentella resultat indikerar att hög porositet signifikant kan minska chockstyrkan och rebounden av chockat material (Holsapple, 2004). Impulsen från en given energi kopplad till en porös yta är lägre än för en icke-porös fast substans och utkastet reduceras. En komplett och adekvat krossmodell är nödvändig för att bestämma chockeffekterna på en porös kropp. Avledande ytor med hög porositet leder till kvantitativt lika osäkerhet för både kärnkraftssprängämnen och kinetiska impaktorer, och ett slagkraftsuppdrag att studera asteroidstrukturen skulle ge användbar data för båda tillvägagångssätten.

Den begränsade uppsättningen villkor som studerats i simuleringen som beskrivs nedan börjar undersöka osäkerheter i viktiga fysiska egenskaper för att leda till en förståelse för tillämpningen av kärnkraftsexplosioner på förändring av NEO-omlopp. De är inte uttömmande och det finns mycket mer att lära sig om effekterna av form, snurr och struktur. Med undantag för NEO: er som är 10 kilometer i diameter eller större är det i allmänhet troligt att kärnkraftssprängämnen kan ge en mer än tillräckligt stor & DeltaV, med liten materiell förlust och med i princip ingen risk för fragmentering.

Decennier att gå & mdashStandoff Burst

I kärnkraftsavbrottsscenariot används den korta energisprängningen från ett kärnkraftssprängämne för att kraftigt värma upp ett tunt lager av en NEO & rsquos-yta. När detta skikt accelererar bort från NEO, ryggar NEO & rsquos huvudkropp i motsatt riktning och, om denna & ldquoback-reaktion & rdquo av NEO är tillräckligt stor, ändras NEO & rsquos-vägen för att undvika kollision med jorden. En kärnkraftsexplosion i rymden utstrålar det mesta av sin energi som röntgenstrålar och gammastrålar eller som snabba neutroner. Andelen röntgenstrålar till neutroner är en funktion av de kärnreaktioner som dominerar i explosionen. För ett givet utbyte producerar fusionsreaktioner fler neutroner än klyvningssprängämnen. Neutroner erbjuder en fördel för standoff-scenariot eftersom de tränger in cirka 1000 gånger djupare in i NEO & rsquos-ytan än röntgenstrålar och därmed kan värma upp en större volym material, vilket ger en starkare impuls eftersom mer massa matas ut över flyghastigheten. Neutronpenetrering är också nästan oberoende av NEO & rsquos-kompositionen för atomer mellan kol och järn i det periodiska systemet. Stora mängder väte i ytan (såsom i kometer eller asteroider med hydratiserade mineraler) begränsar starkare neutronpenetrering.

Området på NEO & rsquos-ytan som värms upp av en avstängd kärnexplosion beror på avståndet mellan asteroiden och detonationspunkten penetrationsdjupet beror på avståndet mellan ytan och detonationspunkten. Således värmer detonation nära ytan endast ett litet område nära explosionen, medan mer avlägsna explosioner sprider sin energi över ett större område av asteroiden. Neutronerna tränger djupast in vertikalt under explosionen och på grund av det ökade avståndet tränger de mindre djupt in på andra ställen.

En detaljerad simulering av energiska neutroner som inträffade på granit (Bedrossian, 2004) visade att mer än 70 procent av incidentenergin deponerades i graniten (effektiv deposition). Mer än 30 procent av händelsenergin deponerades på ett djup av cirka 15 centimeter. Den energi som krävs för att omvandla sten till het (mer än 10 000 kelvin) plasma är hög: 10 kilot TNT omvandlar cirka 4000 ton ytmaterial till plasma som expanderar med mer än 2 km / s (Dearborn, 2004). Den höga effektiviteten av avsättningen och relativt djup penetration av neutroner minskar det nödvändiga neutronutbytet till nära 100 kiloton TNT-ekvivalent. Hög fusion

& ldquo2001 0E84 & rdquo och & ldquo (6187) 1986 DA & rdquo är katalogidentifieringar för vissa asteroider som ännu inte har fått namnet.

apparater testades i Plowshares-programmet (en aktivitet som undersökte möjligheten att använda kärnkraftssprängämnen för industriella applikationer) och kärnprovet från Sedan 1962 i Sedan var mer än 70 procent fusion (se DOE, 2000). Om tillräcklig varningstid är tillgänglig kan den till stor del fusionsenheten väljas från testade konstruktioner och byggas med moderna säkerhets- och säkerhetsfunktioner.

Att förstå effekten av en avstannad kärnkraftsexplosion och dess & DeltaV kapacitet, en medlem av Mitigation Panel (David S.P. Dearborn, Lawrence Livermore National Laboratory) simulerade effekten av en kärnkraftsavstängning på homogena 1 km diameter NEO med densiteter mellan 1,91 och 1,31 g / cm 3. I dessa numeriska modeller av en avstängning spricker cirka 150 meter över NEO & rsquos-ytan, cirka 40 sekunder efter sprängningen varierade NEO & rsquos hastighetsförändring från 2,2 till 2,4 cm / s. Cirka 97,5 procent av varje NEO förblev intakt (NEO hölls ihop endast av tyngdkraften och mdashit hade ingen draghållfasthet), medan cirka 2,5 procent av dess massa kastades ut med högre hastighet än flykt genom rebound till chockvågen som passerade genom kroppen i reaktion på utstötningen av uppvärmt material. Högre porositet hos NEO kommer att sprida mer energi, vilket resulterar i mindre utkast och mindre hastighetsförändring. Minimihastighetsändringen för en mycket porös NEO styrs av mängden helt förångat material. I dessa modeller detta minimum & DeltaV är ungefär 0,8 cm / s för en explosion med en stark neutroneffekt. Detta arbete är preliminärt och resultaten ger bara skalan för vad som kan göras. NEO finns i många fler storlekar, former och strukturer än vad kommittén kan inkludera i denna simulering.

En avstängningsbrist anses vanligtvis vara den föredragna metoden bland kärnkraftsalternativen. En tydlig fördel är att det inte finns något behov av att manövrera för en låg tillvägagångssätt som kan krävas för en yt- eller grunt underyteleverans. Neutronutgång associerad med höga fusion-till-fission-förhållanden har många fördelar inklusive djupare neutronpenetrering (mer impuls), hög kopplingseffektivitet och en okänslighet för NEO-komposition.

Decennier att gå & mdashSmall Surface Burst

Ahrens och Harris (1992, 1994) föreslog att man använder en ytaexplosion eller ytan nära kärnan. NASA & rsquos 2006-studien föreslog en detonation av en eller flera kärnsprängämnen i subkiloton på en NEO & rsquos-yta (NASA PA & ampE, 2006). I detta tillvägagångssätt måste sprängämnets utbyte vara stabilt och väl bestämt. Vid 100 kiloton är effekten av 0,5 kilotons osäkerhet försumbar, men inte när hela utbytet är 0,5 kiloton. Testbasen garanterar en effektiv avkastning med försumbar osäkerhet mellan 100 ton och 1 kiloton, men inte för mindre utbyten. Kommittén konstaterar att ett möte för att implantera sprängämnen kan vara mycket svårare än att leverera ett större explosivt paket strax ovanför ytan.

Som framgår av figur 5.2 ger avkastningen mellan 100 och 500 ton betydande hastighetssteg till en NEO-kropp med endast blygsamma mängder utkast (stora mängder skulle vara oönskade). Det mesta av det utkastade materialet har hastigheter över 10 m / s och bör spridas över många jordstrålar på bara ett år eller två. Skräp som förutspås från dessa modeller förökades inte längs provbanorna, men det är troligt att fraktionen av utkastet som förblir på en hotande bana år senare inte är mer än 10 & minus4. Som med avstängningssimuleringarna kommer sannolikt framtida modellering av en mer avledande yta med mycket hög porositet att leda till lägre & DeltaV och mindre utkast.

Att leverera ett kärnkraftssprängämne till det djup som används i simuleringen skulle kunna uppnås med den nuvarande jordgenomträngningstekniken, men det skulle kräva en inflygningshastighet som motsvarar den för ett möteuppdrag. Flyby-hastigheter kan användas med en säkring som avfyrar vid kontakt med målet och med en något högre avkastning explosiv än för möte. De nödvändiga beräkningarna för detta tillvägagångssätt är enkla, men nuvarande säkringar måste uppgraderas för att fungera vid högre hastigheter.

Slutsatser

Kärnkraftssprängämnen kan ge ett avsevärt skydd mot en potentiell NEO-påverkan. Det här kan vara det enda aktuella sättet att förhindra en påverkan av ett stort farligt föremål (& 500 meter i diameter) med en varningstid under ett decennium eller av ett större objekt (& GT1 kilometer i diameter) med en varningstid på flera decennier. Med årtionden av varning för sådana stora föremål använder det föredragna tillvägagångssättet en avstängd sprängning. Neutronutgång har vissa fördelar (Dearborn, 2004), eftersom energikopplingen är relativt okänslig för NEOs ytkomposition och densitet. Simuleringarna visar att hastigheten ändras (& DeltaV) i storleksordningen 2 cm / s kan uppnås med

BILD 5.2 Hastighetsförändringen (blå) och utkastad massa (röd) för ett jordnära objekt på 1 kilometer (NEO) kontra energi som deponerats på kroppen, mätt i kiloton motsvarande TNT.

gravitationsbindning bibehåller mestadels NEO som en enda kropp. Cirka 2 procent av kroppsmassan matas ut och utvecklas till en så låg densitet att det sannolikt inte utgör något hot mot jorden. Sprängämnen med mycket lågt utbyte visade också stora löften om hastighetsförändringar i storleksordningen 1 cm / s. När NEO-storleken minskar och det erforderliga utbytet av kärnexplosivet sjunker under det testade regimet, som sträcker sig ner till cirka 0,1 kiloton, måste den kinetiska påverkansmetoden användas.

Även om kärnkraftsalternativet ger en avsevärd minskningspotential kommer de testade gränserna för kärnkraftssprängämnen att vara otillräckliga för NEO över en viss storlek. Enheter i kärnlagret har motsvarande energiutsläpp av megaton TNT, men NEO som är större i diameter än cirka 10 kilometer kommer sannolikt att kräva större explosiva energier, ett system för vilket enheter inte har testats eller simulerats. Modellering av chockförlusten av mycket porösa material verkar vara den primära osäkerheten för både slagkrafter och avbrott. Denna osäkerhet gäller särskilt för NEO: er med aggregat med mycket låg densitet som endast kan existera i miljöer med låg tyngdkraft. För närvarande har simuleringarna inte undersökt effekterna av utbudet av strukturer, former och rotationstillstånd, men med stöd från Defense Threat Reduction Agency för att utvidga de nuvarande studierna skulle dessa simuleringar kunna göras. För närvarande håller USA och flera andra nationer kärnlager och infrastrukturen för att bygga dem för nationella försvar. Ansträngningarna för att minska dessa lager fortsätter, men det verkar troligt att de kommer att finnas i några decennier. När försvarsproblem inte längre gäller kan de inblandade regeringarna antingen acceptera den längre svarstiden för ett Manhattan-projektliknande arbete eller besluta om adekvata skyddsåtgärder kan utvecklas så att någon enhet kan upprätthålla ett litet antal kärnkraftsexplosiva paket för att låta mänskligheten motverka en NEO som till exempel kan orsaka massutrotning.

Hitta: Annat än en stor flottil (100 eller mer) av massiva rymdfarkoster som skickas som slagkrafts, kärnkraft explosioner är det enda aktuella, praktiska sättet att ändra omloppsbana för stora NEO: er (större diameter) än cirka 1 kilometer). Kärnkraftsexplosioner kvarstår också som en reservstrategi för något mindre objekt om andra metoder har misslyckats. De kan vara den enda metoden för att hantera mindre objekt vid varning tiden är kort, men ytterligare forskning är nödvändig för sådana fall.

LEVERATION AV BETALNINGAR TILL NÄRAJORDSFÖRETAG

Ett viktigt inslag i alla omfattande begränsningsstrategier är förmågan att leverera en nyttolast till en farlig NEO, antingen med hjälp av ett möte (t.ex. för karakterisering, för att fästa en exakt spårningsenhet eller för att tillämpa en långsam push-pull-teknik på NEO) eller en höghastighetsinriktning (t.ex. för att leverera en kinetisk slagkropp eller för att leverera ett kärnkraftsexplosivt paket för att ändra omloppsbanan). När en NEO har identifierats som farlig och tiden för inverkan har bestämts, blir frågan: Är det tekniskt möjligt att agera och lyckas förhindra en inverkan på jorden inom den tillgängliga tiden? Kommittén konstaterar att tiden för att utforma, bygga och starta ett uppdrag vanligtvis är en stor bråkdel (mer än hälften) av ett decennium, men den här tiden kan förkortas med ett nödvändigtvis dyrt & ldquocrash-program. & Rdquo Den del som är svårare att kontrollera är tiden från lansering till ankomst till NEO, vilket beror på NEO & rsquos-banan. Ett andra nyckelelement, lika viktigt för att mildra antingen av en gravitationstraktor eller av en kinetisk slagkropp, är mängden massa som kan levereras till NEO. Detta avsnitt behandlar frågorna om massleverans till en NEO och tiden för att nå NEO efter lanseringen. Diskussionen om att utveckla kraschprogram lämnas åt den allmänna politiken.

NEO som grupp har ett mycket brett spektrum av omloppsegenskaper, från nästan cirkulära banor med omloppsperioder på ungefär ett år, till mycket långsträckta banor med perioder från mindre än ett år till årtionden om diskussionen ignorerar de långvariga kometerna, och till mycket längre perioder om de ingår. En fullständig statistisk beskrivning av tiden för att nå en NEO med en bana var som helst inom denna fördelning ligger utanför ramen för denna studie, så endast ett mycket litet antal exempel beaktas här. Den statistiska fördelningen av NEO-banorna har studerats av Chesley och Spahr (2004), medan Perozzi et al. (2002) har övervägt banor till NEO såväl som den levererade massan. Varje optimering av banan till en given NEO beror på målet, liksom på detaljerna i den individuella banan. Tidigare statistiska studier kommer att ge en start på detta problem, men en detaljerad studie av möjliga banor till någon specifik NEO kommer att behövas.

Varningstiden & mdashlängden tid från beslutet att förhindra en påverkan till den förutspådda tiden för påverkan & mdash är en nyckelparameter. För korta varningstider, t.ex. ett decennium, kan höghastighetsavlyssningar vara det enda möjliga valet. Under längre varningstider, på många decennier, kunde man välja mellan en höghastighetsavlyssning och ett möte, beroende på NEO: s storlek och fysiska natur.

Nyckelparametrarna för en lansering är massan som kan startas för att undkomma jordens och gravitationens gravitation och sedan den extra hastighet som måste tillhandahållas för att placera rymdfarkosten på en bana till NEO av intresse. Den förstnämnda bestäms helt av tillgängliga lanseringsfordon, medan den senare bestäms av detaljerna om NEO: s omlopp. (Observera också att massan av det bränsle som krävs för att ge jordutflyttningshastigheten och denna extra hastighet kommer att gå på bekostnad av nyttolastmassan.) Den extra hastighet som måste tillhandahållas kännetecknas vanligtvis av en parameter som kallas C3, som är ett mått på denna extra framdrivningsenergi som behövs för att ändra rymdfarkosten och rsquosbanan. Denna kvantitet kan sträcka sig från nästan noll till väldigt många tiotals kilometer per sekund i kvadrat för realistiska uppdrag. Värden på hundratals kilometer per sekund i kvadrat kan krävas för vissa banor, men för traditionella vetenskapliga uppdrag anses dessa inte vara genomförbara. Användning av framdrivning i rymden, såsom motorer som vanligtvis kallas solelektrisk framdrivning eller kärnelektrisk framdrivning, kan avsevärt minska den mängd bränsle som rymdfarkosten behöver vid uppskjutningen men med en kostnad i tid för att använda framdrivning i rymden.

Tabell 5.4 listar den maximala nyttolasten i ton som kan bäras av olika tillgängliga bärbilar, samt en uppskattning av motsvarande kapacitet för Ares V-bärraket, som utvecklas och kan vara tillgänglig för användning inom en snar framtid. Förmågan hos dessa lanseringsfordon ligger långt över den kapacitet som Perozzi et al antog för nästan ett decennium sedan. (2002). Tabellen innehåller i de två första raderna data hämtade från publicerad litteratur som ger en utgångspunkt, men som i sig inte är direkt relevanta. Värdena i tabellen är för de maximala nyttolasten som kan levereras till en låg jordbana (LEO, till exempel den internationella rymdstationens bana) och till en högre bana som vanligtvis används som ett mellansteg innan man går till interplanetär utrymme, den geostationära överföringsbanan (GTO). Den tredje raden listar massan som kan startas för att undkomma jordens och rsquos gravitation, och i den sista raden visar massan som kan startas till en relativt lättuppnåelig men realistisk bana som fångar upp en NEO.

Skillnaderna i tabell 5.4 mellan motsvarande poster i de två sista raderna & mdasha-faktorn i två & mdashshow att även för NEO i banor som är lättast att nå är straffet för nyttolastmassa svår. För banor som är svårare att nå,

TABELL 5.4 Nyttolastkapacitet (i ton) av nuvarande och planerade startbilar

OBS: LEO, låg jordbana GTO, geostationär överföringsbana C3, se bilaga E i denna rapport.

nyttolastmassan sjunker snabbt till noll på grund av den massa som behövs för kemisk framdrivning. Ett alternativ är att använda så kallade elektriska framdrivningssystem, som i princip kan användas i alla led utanför LEO men i praktiken har använts främst bortom flykt från jorden. De minskar kraftigt bränslebehovet och ökar därmed nyttolasten som kan levereras. Den tillgängliga elektriska kraften, oavsett om den genereras från sol- eller kärnkällor, är dock inte stor med nuvarande teknik, så de elektriska framdrivningssystemen tar lång tid att flytta rymdfarkosten till önskad hastighet och därmed avsevärt öka tiden för att nå en NEO. Ny teknik som är under diskussion och utveckling kan förbättra situationen, men det kommer alltid att finnas en kompromiss mellan transittid och lanseringsmassa. I praktiken har elektrisk framdrivning huvudsakligen använts för mötesuppdrag, för vilka den kan ge både initial acceleration och efterföljande retardation till mötet.

Kommittén presenterar några provbanor för att illustrera vad som är möjligt med idag & rsquos lanseringsfordon & mdashthat är, inklusive Ares V.Två olika banor för att nå var och en av två NEO-banor beaktas. Den första NEO-banan är som för Apophis, men för enkelhets skull börjar NEO från en annan position i banan än Apophis är just nu. Den andra NEO-banan (& ldquoNEO # 2 & rdquo) valdes att vara mer långsträckt än den första. De två olika banorna för varje bana valdes för att ungefär maximera tiden mellan rymdfarkostens möte med NEO och den förutsagda effekten av NEO på jorden, för de två fallen, var och en av hög- och låghastighetsankomsten till NEO. Höghastighetsankomsten motsvarar till exempel att maximera den relativa hastigheten för NEO och rymdfarkoster vid möten för kinetisk påverkan, och låghastighetsankomsten motsvarar att minimera denna relativa hastighet för att tillåta möte för leverans av en underjordisk kärnanordning. (Formella optimeringsberäkningar genomfördes emellertid inte.) Banorna som visas i figur 5.3 och tabell 5.5 innebär lanseringar ungefär ett decennium före den förutspådda påverkan. Beslutet att agera skulle naturligtvis behöva tas mycket tidigare för att kunna designa, bygga och starta rymdfarkosten. Observera den mycket mindre massa som kan levereras för ett möteuppdrag.

Dessa banor, som alla är möjliga att uppnå med nuvarande teknik, antar att de skjuts upp på en Atlas V-raket med ett enda övre steg för att placera rymdfarkosten på avlyssningsbanan. Det är uppenbart att mycket större massor (& ldquopayloads & rdquo) kan levereras till en höghastighetsavlyssning än till ett möte, och svårigheten att komma till ett mål beror i detalj inte bara på formen av NEO & rsquos-banan utan också på var NEO är sin bana vid en viss tidpunkt. Rendezvousbanorna kräver ett ytterligare framdrivningssystem för snabb retardation när rymdfarkosten närmar sig NEO. Avlyssningsbanorna gör alla en vinkel på mindre än 30 ° mot banan vid avlyssning, så att en slagkropp skulle leverera en stor del av sitt moment i gynnsam riktning, parallellt med eller precis motsatt NEO & rsquos-rörelsen. Banorna för möte blir väldigt olika om man använder framdrivning i rymden, vilket möjliggör nästan noll rendezvoushastigheter och tillåter massiva nyttolaster men på bekostnad av mycket längre flygtider än i de fall som visas här. Nya framdrivningssystem i rymden som har övervägs och / eller är under utveckling kan avsevärt förbättra situationen genom att förkorta flygtiden. Längre varningstider erbjuder flera andra möjligheter, inklusive tyngdkraftsassister från planeter.

De mest utmanande banorna är de till långa kometer, till stor del på grund av den troliga korta tiden från upptäckten till deras inverkan på jorden i kombination med deras mycket långsträckta banor. I allmänhet skulle dessa kometer kräva ett rymdfarkost som är redo att lanseras när beslutet fattas att agera. Kometerpåverkan på jorden kan inträffa antingen när kometen är inkommande eller när den är utgående. Figur 5.4 och tabell 5.6 presenterar avlyssningsbanor som antar start på en Delta IV-tung raket med ett enda övre steg och en 0,5 ton nyttolast. Denna nyttolast är tillräcklig för ett kärnkraftspaket men ganska liten för en kinetisk slagkropp. Banorna utformades för att maximera tiden mellan avlyssning och förutsagd NEO-påverkan på jorden.

BILD 5.3 Provbanor för en rymdfarkost visas i rött. Solen är i mitten av varje diagram, och avståndet från solen ökar till 1,5 AU vid kanten av de övre panelerna och till 2 AU vid kanten av de nedre panelerna. Earth & rsquos omlopp visas i blått, med startpunkten visas av en liten cirkel. Nära jorden objekt & rsquos (NEO & rsquos) omlopp i varje fall visas i svart, med en liten asterisk vid avlyssningspunkten. Varje panel motsvarar den angivna kolumnen i Tabell 5.5: Panel 1, Apophis-Like HighSpeed ​​Panel 2, Apophis-Like Rendezvous Panel 3, NEO # 2, High-Speed ​​Panel 4, NEO # 2, Rendezvous.

Dessa banor till en komet är exempel på ett relativt enkelt fall, eftersom de antar att kometen & rsquos omlopp ligger i samma plan som jorden & rsquos omlopp. Andra banor är svårare att nå. Det viktigaste är dock att avlyssningsbanor med rimliga flygtider är möjliga. En nästa generations lanseringsfordon, som Ares V, skulle göra kinetiska stötar möjliga för vissa långvariga kometer.

Sammanfattningsvis möjliggör nuvarande teknik leverans av nyttolaster i syfte att mildra NEO i ett stort antal banor. Men i fall av kortvarning (under, säg, ett decennium), är det troligt att nyttolasten är mycket begränsad i massa men ofta kan det vara tillräckligt för att leverera en kärnanordning. Utvecklingen av nästa generation tunga

TABELL 5.5 Värden för nyckelparametrar för provbanor med kemisk framdrivning

Lansering till jordpåverkan (år)

OBS: C3, se bilaga E i denna rapport.

a Den stora skillnaden i detta bidrag och de andra för C3 illustrerar den stora känsligheten för C3-kraven för rymdfarkostens lanseringsdatum.

BILD 5.4 Avlyssna banor för en farlig, långvarig komet. Den vänstra panelen visar kometen & rsquos omlopp och de två ställen där den avlyssnar jorden & rsquos omlopp. De nästa två panelerna visar avlyssningsbanorna som motsvarar de två raderna i tabell 5.6. I andra avseenden liknar panelerna de i Figur 5.3.

TABELL 5.6 Parametervärden för att leverera en 500 kg nyttolast till en långvarig komet

a Relativ hastighet för rymdfarkoster och komet vid kollision.

b Tid från rymdskeppslansering till förutspådd jordpåverkan av kometen.

c Tid från rymdskeppslansering till kometavlyssning.

d Ankomsttid för rymdfarkoster till kometen före jordens förutspådda påverkan av kometen.

lyftbilar kommer att förbättra situationen avsevärt. Utvecklingen av avancerade motorer för framdrivning i rymden kommer att avsevärt förbättra förmågan att leverera rendezvous nyttolaster (för karaktärisering, att fungera som gravitationstraktorer eller för att placera ytsprängämnen) när varningstiden är i årtionden.

Hitta: För ett brett spektrum av påverkningsscenarier finns lanseringsförmåga för att leverera en lämplig nyttolast till mildra effekterna av en NEO-påverkan. För vissa scenarier, särskilt kortvarningsscenarier, capaförmågan är otillräcklig. Utvecklingen av planerade tunga lyftfordon, såsom Ares lastfordon,

bör möjliggöra användning av en mängd olika metoder för NEO upp till två gånger större än vad som är möjligt med nuvarande lanseringsfordon.

STÖRNING

Både den kinetiska påverkan och de nukleära detonationsreduceringsmetoderna kan inkludera större förändringar i hastigheten för NEO än de som diskuterats ovan, särskilt för mindre objekt i dessa fall, men dessa metoder levererar så mycket energi att det finns en sannolikhet att helt störa NEO (dvs. fragmentera det). Störning har i stor utsträckning föreslagits för att mildra alternativet, men störningar kan förvärra situationen. Specifikt, om det farliga föremålet bryter ner i ett litet antal stora fragment med endast en mycket liten spridning i hastighet, kan de multipla stötar på jorden orsaka mycket mer skada än en enda större påverkan. Således är störning eller fragmentering en förnuftig strategi endast om det kan visas att faran verkligen minskar. När det gäller en mycket stor slagkropp (t.ex. en 10 km diameter, civilisationsförstörande NEO) som upptäcktes utan många år av varning, kan adekvat orbitalförändring inte vara möjlig, vilket lämnar störningar som det enda alternativet för att mildra. Detta alternativ skulle troligen kräva ett system i beredskapsläge hela tiden och ett beslut att störa fattades långt innan sannolikheten för påverkan var hög. Även i denna situation skulle man från tidigare studier vilja vara säker på att störningar både skulle lyckas och minska risken.

Många studier av katastrofala störningar av asteroider, genomförda för att öka förståelsen för utvecklingen av asteroidbältet, har visat att den energi som krävs för katastrofstörning per massaenhet av en asteroid har ett minimum för kroppar med några få diametrar hundra meter (t.ex. Holsapple, 2002). Dessa beräkningar antar naturligtvis fysiska egenskaper för asteroiderna, och dessa egenskaper är inte kända i något speciellt fall. Tidiga laboratorieexperiment och efterföljande grundläggande fysiska och numeriska simuleringar (Housen och Holsapple, 1990 Michel et al., 2004) visar att när en asteroid störs katastrofalt, återstår bara ett stort fragment och storleken på det fragmentet krymper med ökande energi hos påverkan. Vidare antyder energiorgument att de flesta av de andra fragmenten sprids med hastigheter som är jämförbara med eller större än utsläppshastigheten från den ursprungliga kroppen, det vill säga & GT1 meter per sekund under en kilometerstor NEO. I den utsträckning dessa beräkningar och laboratorieexperiment är relevanta föreslår de att störningar kan lämna ett mycket mindre föremål på en kollisionsbana, med de flesta andra bitar som sprider sig över ett tvärsnitt som är mycket större än jorden inom mindre än ett år.

Således kan störningar vara en användbar lindringsteknik. Osäkerheterna i NEO-strukturen är dock tillräckligt stora för att denna kommitté inte nu har tillräckligt stort förtroende för störningsstrategin för att rekommendera den som en giltig teknik för att mildra just nu. Ytterligare forskning, inklusive en serie oberoende beräkningar och laboratorieexperiment, men särskilt inklusive experiment på riktiga kometer och asteroider, kan visa att störningar är tillräckligt förståda för att användas som en lindringsteknik.

För att undvika störningar har både kinetisk påverkan och kärnkraftsdetoneringsmetoder för omloppsförändringar dramatiskt nytta av att använda flera händelser. (De tillåter också ändring av större banor för större NEO, men störning är sällan ett problem i så fall.) Denna strategi möjliggör också justering av den totala effekten när det farliga objektet & rsquos-svaret på en händelse inte är exakt förutsägbart i förväg.

SAMMANFATTNING

Figur 5.5 sammanfattar intervallet för parameterutrymme där var och en av de fyra typerna av lindring kan betraktas som primär, och betonar den fortfarande betydande osäkerheten i gränserna mellan de olika regimerna. Andra parametrar (densitet hos NEO, detaljer om NEO & rsquos-omlopp, sannolikhet för inverkan vid en given varningstid etc.) spelar alla en roll i osäkerheten. Vidare borde civilförsvaret spela en roll i alla regimer, och man kan välja att tillämpa flera metoder i ett visst fall och därigenom suddas ut skillnaderna ytterligare. Mot den vänstra kanten av figuren, som representerar korta varningstider, skulle man troligen kunna utföra annat än civilt försvar, såvida inte störningar visades vara tillförlitliga mot figurens högra kant, vilket representerar långa varningstider, osäkerheten i förutsägelse kan avskräcka från handling. Mot den högra halvan av figuren skulle det ofta finnas tid att utforma, bygga och starta ett mildrande uppdrag. Mot den vänstra halvan kan man behöva ett uppdrag redo att

FIGUR 5.5 Ungefärlig översikt över regimerna för primär tillämpbarhet för de fyra typerna av mildring (se text för de många försiktighetsåtgärder som är associerade med denna figur). Bild med tillstånd av Tim Warchocki.

lansering vid upptäckt av en farlig NEO. Det krävs betydande forskningsinsatser för att säkerställa framgång i stora delar av figuren.

Detta kapitel har tagit hänsyn till både mängden sannolika mildrande åtgärder som är tillgängliga för samhället och de omständigheter under vilka var och en kan användas på lämpligt sätt, om än med fuzzy gränser. Det finns dock också frågor relaterade till tillförlitlighet och robusthet som måste övervägas. I synnerhet om insatser behövs är insatserna mycket högre än för ett typiskt vetenskapligt uppdrag till rymden, och säker framgång är avgörande. Den allmänna principen om & ldquoDo no harm & rdquo är också avgörande. Säker framgång inkluderar att vara säker på att mildringen inte ökar risken. Denna försäkran är särskilt viktig när man måste inleda ett uppdrag att ändra en NEO: s bana innan sannolikheten för påverkan närmar sig enhet, vilket ofta kommer att vara fallet, eftersom en omloppsförändring då i princip kan avleda ett nästan missat objekt på en slagbana. Principen är lika viktig i den mycket mindre sannolika omständigheten för en senupptäckt, stor NEO för vilken energin som behövs för den nödvändiga omloppsförändringen närmar sig den energi som behövs för störningar.

Detta behov av säker framgång innebär att, om tiden tillåter, ett karaktäriseringsuppdrag före lindring är mycket önskvärt. Effektiviteten hos omloppsförändring i de flesta tillvägagångssätt, med undantag för gravitationstraktorn, är mycket känslig för vissa fysiska egenskaper hos NEO, särskilt porositeten och densiteten i de yttre tiotals meter, som inte kan bestämmas från fjärranalys. Ett in situ karakteriseringsuppdrag, om det är korrekt utformat, kan mäta de viktigaste fysiska egenskaperna som behövs för tillförlitlig kontroll av omloppsförändring. På samma sätt finns det ett behov av verifiering av omloppsförändringen. För de flesta långsamma tekniker är verifieringen enkel, eftersom det finns ett rymdfarkost nära NEO under hela tiden. Om det fanns ett förhandskarakteriseringsuppdrag kan det uppdraget också konfigureras för verifiering. Även om det inte fanns tid för ett karaktäriseringsuppdrag kan det finnas tid att starta

ett verifieringsuppdrag som har ett möte med NEO före förändringen i sin omlopp för att mäta denna förändring bör denna strategi genomföras när det är möjligt.

Kommittén konstaterar också att det troligtvis behövs civilförsvar i Allt mildringsscenarier, inte bara i de situationer för vilka det är det mest kostnadseffektiva tillvägagångssättet. En aspekt av civilförsvaret är att utbilda allmänheten om farans karaktär och hur individer ska reagera. Allmän information om faran är avgörande. För de påverkan som orsakar mycket lokal skada på marken kan det ändå ha perifera effekter på klimatet, troligen små och korta men tillräckligt viktiga för att allmänheten behöver förstå dem. Det kan också finnas effekter på infrastruktur, som på kommunikation, som sträcker sig långt utanför området för direkta skador. Att hantera dessa frågor är en del av beredskapen för civilförsvaret.

Med den nuvarande osäkerheten om både egenskaperna hos själva NEO: erna och effektiviteten av en interaktion med en NEO för kinetisk och kärnkraftsförändring, och även ur den allmänna synvinkeln om framgång, är funktionell redundans avgörande. I stället för att ändra en NEOs bana med en enda kinetisk slagkropp, ger en serie slagkroppar som sprids något i tiden mycket mer tillförlitlighet, och i vissa situationer kan det till och med möjliggöra bedömning av effekten av den första slagkroppen innan den andra anlände. Beroende på detaljerna i den specifika banan kan det vara önskvärt och möjligt att avleda senare slagkroppar, men tillämpningen av detta koncept kräver ytterligare studier. Alternativt, så länge det finns en kärnkraftsförmåga, kan man överväga att förbereda ett kärnkraftsuppdrag som en säkerhetskopia för ett sena steg för en kinetisk impaktor som kanske, även med mycket låg sannolikhet, misslyckas. På samma sätt kan en kinetisk slagkropp vara en reserv för en tyngdkraftstraktor med chansen att tyngdkraftstraktorn plötsligt kan få ett bränsleläckage eller annat fel efter en lång men ofullständig period av & ldquopulling & rdquo NEO.

En strategi för kärnkraftssprängning, dock genomförd, kommer sannolikt att väcka betydande allmänhetens oro. Om en NEO med massiv död och förstörelse upptäcktes med säkerhet att vara på en kollisionsväg med jorden och om det inte fanns något annat sätt att stoppa den, skulle förmodligen alla farhågor om kärnkraftsstrategin åsidosättas. Men i de tidiga planerna för att mildra planeringen kan allmänhetens oro hämma utvecklingen. Detta är främst en allmän policy snarare än en teknisk fråga, och ligger därför utanför ramen för denna kommitté & rsquos uppgift. På samma sätt, som nämnts ovan i avsnittet om & ldquoNuclear Methods, & rdquo, är frågan huruvida man ska behålla ett kärnkraftslager för NEO-begränsning inte en teknisk fråga. I denna rapport har kommittén antagit att det finns en kärnkraftslager och en kärnkraftsutvecklingsförmåga för andra ändamål.

Den kanske viktigaste slutsatsen som kan dras är den stora osäkerheten i effektiviteten hos lindringsteknikerna på grund av deras beroende av de fysiska egenskaperna hos NEO som inte är välkända och på grund av svårigheten att skala några laboratorieexperiment till denna regim. Vid denna tidpunkt är det inte ens möjligt att på ett tillförlitligt sätt fastställa gränserna för användbarheten för de olika tillvägagångssätten. I ett senare kapitel behandlar kommittén organisatoriska aspekter av beslutsprocessen, men den saknar fortfarande information för att styra den processen. Varje process måste göra en detaljerad studie av var gränserna ska dras och vilken ytterligare information som behövs. Ett tillämpat forskningsprogram, som uttryckligen riktar sig till NEO-risken, skulle kunna minska osäkerheten avsevärt. På den lägsta meningsfulla nivån för att undersöka avböjningsfrågorna skulle detta program innehålla både numeriska simuleringar av flera grupper och laboratorieexperiment.

En mycket större ansträngning för att ta itu med riskerna för NEO kommer sannolikt att inkludera aktiviteter i rymden. Det mest betydelsefulla steget i detta område verkar vara ett kinetiskt slagverk i mycket större skala än Deep Impact-uppdraget, där man använder en mycket större slagkraft på ett mycket mindre mål, med ett annat rymdfarkost som har ett möte långt innan målet att påverka för att karakterisera målet och dess omlopp mycket exakt. Denna karaktäriserande rymdfarkost skulle förbli med målet tills långt efter kollisionen för att exakt bestämma förändringen i dess omloppsbana till följd av stöten. Don Quijote-uppdraget som studerades av ESA men som inte längre övervägs aktivt skulle ha tagit upp de flesta av dessa mål. Förslag har gjorts för att använda rymdskeppet som rendezvous som en gravitationstraktor efter det primära uppdraget, men med tanke på de olika designhänsynen är det ännu inte klart om detta är ett bra tillvägagångssätt eller inte. En demonstrationsflygning av en gravitationstraktor verkar vara det näst viktigaste steget, eftersom mindre kunskap om NEO-beteende behövs för implementering. Både den kinetiska inverkan och tyngdkraftstraktorn kräver betydande ingenjörsstudier, men mer grundläggande kunskaper behövs för den kinetiska impaktorn.

I fall av sen upptäckt av en farlig NEO kan förändringen i NEO & rsquos-banan som måste göras för att den ska missa jorden vara så stor att den erforderliga slagkraften är jämförbar med eller större än energin för att störa


Forskning

Sedan insikten att asteroider och kometer utgör en fara för planeten Jorden har ett antal observatorier under ledning av International Astronomical Union (IAU) Minor Planet Commission letat efter nya föremål som kommer nära jorden, gemensamt kallade NEO & # 39s, (Nära jordobjekt) eller specifikt när det hänvisas till asteroider, NEA & # 39s (nära jordasteroider). Nuvarande tänkande är att om en asteroid upptäcks kunna slå jorden många år eller till och med årtionden. från och med nu kan vi göra något åt ​​det. Som till exempel att möta asteroiden & quotkiller & quot och ändra kursen genom att fästa en powerufl-raket. Akut en bra anledning att ha en Space Force nyligen föreslog men skrattade åt. (1947 efter förslaget att tillflykt till ett flygvapen var reaktionen densamma). Kanske, om det är av ekonomiskt värde, som en ren nickeljärn eller förbrukad komet, komposition, kan vi vägleda det förolämpande föremålet till månen för framtida gruvdrift för att återställa de pengar som spenderats på att flytta det och sedan några. För omfattande ytterligare informationsresurser, se avsnittet nedan, & quotNEO Information & quot.

Kometer är av två typer, i termer av försvar, kort period, som teoretiskt, som med asteroider, kan vi samla ett försvar. Långtidskometer upptäcks vanligtvis inom två eller tre månader innan en nära tillvägagångssätt, för närvarande finns det inget försvar. Och detta är en annan anledning och bästa försvar är ett omfattande rymdprogram. Om vi ​​har rymdfarkoster som kan nå en farlig NEO vars bana har jorden som ett mål kan vi ändra dess bana på olika avlyssningsvägar.
Som den berömda Arthur C Clarke sa
& quotDinosaurierna utrotades för att de inte hade ett rymdprogram, och om vi utrotades för att vi inte har ett rymdprogram, kommer det att tjäna oss rätt! & quot

NEO-forskningsmål

Forskningsmålet är att hitta och spåra asteroider och enstaka kometer. Jakten på mål, kända och okända, görs genom att ta flera bilder med laddade kopplade enhetskameror (C.C.D.) fästa vid teleskop. C.C.D. digitalkameror kyls elektroniskt till, i vissa fall, till 50 grader under omgivningstemperaturen för att öka känsligheten för de svaga bilderna vi jagar. Via programvara (exemplet nedan) kan man rikta in flera bilder med vanliga stjärnor och sedan snabbt blinka alla bilder i sekvens. Denna senare process är känd som & quotblinking & quot och stjärnorna i de blinkande matchade bilderna kommer inte att röra sig, men något objekt i solsystemet kommer att se hoppa mellan det och byta position. Denna blinkande teknik hjälper oss att identifiera asteroider i stjärnfältet vi tar bilder av. Som en allmän regel, ju närmare asteroiden till jorden, desto ljusare är det & # 39 s bild. Ju större & quotjump & quot i den blinkande processen eftersom dess vinkelrörelse skulle vara snabbare när vi var nära oss. Mål uppnås från olika källor. Om du är intresserad av mer information om hur jagar och spårar asteroider, se avsnittet nedan & quotResources for Asteroid Hunters & quot!

NEO Research Measurements

När målet väl har identifierats tillåter programvaran oss att beräkna positionerna för varje objekt på en bild. Vi använder himmelkoordinaterna, höger uppstigning (RA) och deklination (dec) för att fastställa målpositionen. När vi väl har en korrekt skala för bilden kan vi mäta objektets position inom en sekund av bågens noggrannhet. Som en allmän regel var vi i inlämnade data om NEO som tagits vid vårt observatorium (eller om du har ett observatorium och kommer att göra detta arbete) cirka 90% på målnoggrannheten på mindre än 1 sekund båge. Inneboende i dessa mätningar är det faktum att våra datorklockor uppdaterades via Naval Observatory Clocks var femte minut så att våra bilder tidsstämplades och våra mätningar var korrekta inom en sekund av tiden. Dessa exakta avläsningar samlades in i en rapport som skickas till IAU & # 39s Minor Planet Center i Harvard. Positionsdata (hela processen kallas astrometri) används för att beräkna eller uppdatera omloppsparametrarna som bestämmer banan om solen. Därför hjälper vi till att hålla koll på dessa potentiellt farliga föremål som kan skapa extrema miljöstörningar i biosfären genom att kollidera med vår planet. För information om användningen av data om du väljer att bli en & quot jägare & quot se avsnittet nedan & quot Resurser för Asteroid Hunters. & Quot

Våra forskningsinsatser

Idag har forskningsprogrammet vid observatoriet expanderat från att använda vårt 16 & quot-teleskop till att använda avlägsna mörka platsobservatorier med mycket större bländarteleskop för att få bilder av ännu mörkare mål i vår strävan att hitta och mäta asteroider och kometer. Vi har många års bilder från Tenagra Observatory i södra Arizona. Nyligen har vår och andras framgång vid detta observatorium i denna strävan lett till att NASA har tagit över alla teleskop där som en uppföljning av NEO. Vi utökar vårt fjärrobservationsprogram till & quotItelescope.net & quot -familjen av observatorier i Spanien, New Mexico, Kalifornien och Australien. I allmänhet måste man betala för tid på teleskop och vi har haft stödpengar från NSF, NASA och privata donationer för att göra det. I vilket fall som helst är kostnaderna på Itelescope blygsamma och nästan alla som är intresserade har råd att delta med dem. Fördelarna med att få dina bilder gjorda på distans är att frigöra sig själv till att behöva fokusera teleskopet och hålla en exakt timing. Även för att bearbeta CCD-bilder tas vissa ytterligare bilder, en för brus i systemet (kallad DARK) och en annan för att jämna ut ljusfördelningen i bilden, kallad FLAT. Bearbetning av den slutliga bilden kan göras av dig med dessa ytterligare DARK- och FLAT-bilder eller bara ta en nackdel eftersom de bearbetade bilderna också görs av Itelesccope-systemen.

NEO-information Det övergripande problemet och den senaste informationen tillhandahålls av Ron Baalke, Near-Earth Object Webmaster NASA & # 39s Near Earth Object Program Office Pasadena, Kalifornien

Den här webbplatsen är en definitiv webbplats för hela fältet med omfattande länkar till världsomspännande insatser, inklusive NASA, ESA och observatoriumsansträngningar för problemet. CNEOS är NASA: s centrum för beräkning av asteroid- och kometbanor och deras odds för jordpåverkan. Kolla in webbplatsen på Near Earth Objects Också massor av övergripande detaljer på den här webbplatsen på länk: Near Earth Object Introduction etc.

Resurser för Asteroid Hunters

Resurser för Asteroid Hunters

Grundidén i ett nötskal att jaga mindre planeter.

Jag: du har ett observatorium eller ett stort teleskop i mörk himmel.

Övergripande samordning av den globala insatsen finns på IAU Minor Planet Center. Detta centrum fastställer riktlinjerna för astrometri som kallas Guide to Minor Body Astrometry. Den senare guiden bör studeras. Här hittar du resurser om Astrometry-programvara och tekniker, samt hur du rapporterar dina resultat. Föreslå produkter om du ska göra astrometri på ditt eget observatorium. Vi har använt produkter från & quot Software Bisque & quot. Deras kombination av & quotCCDsoft & quot (äldre kontrollprogramvara som inte längre stöds) för att köra våra kameror och & quotThe Sky & quot för att styra vår datoriserade Meade 16 & quot LX 200 Telescope hade gett oss ett mycket användarvänligt system så att studenter kan gå med i vår forskargrupp och hjälpa oss med denna ansträngning. Vi använder fortfarande den senaste versionen av & quotThe SKY & quot för att planera våra körningar när vi letar efter okända på våra avlägsna webbplatser. Vi använde och använder fortfarande för vårt fjärrarbete Astrometricahttp: //www.astrometrica.at/ vilket är utmärkt för att blinka, hitta asteroider och dess & quottrack och stack & quot är värt att lära sig eftersom det kommer att öka din förmåga att få snabbare och dimma mål!

Vi har använt tidssynkroniseringsprogramvaran & quotTardis & quot i våra Windows-baserade datorer mycket framgångsrikt när vi arbetade lokalt. & quotTardis & quot finns på många webbplatser på nätet. Använd en sökmotor, till exempel & quotwww.google.com & quot, för att hitta och installera programvaran. Se även Guide to Minor Body Astrometry för förslag

I grund och botten måste du ha ett stort bländarsteleskop (16 & quot +) utrustat med en CCD-kamera, kameraprogramvara för att ta & quotfits & quot bilder (standardbildtyp för detta arbete) och en dator och seriöst engagemang för detta åtagande.

II: du kommer att använda en robot-teleskoptjänst som Itelescope.net.

JAKTA ASTEROIDER OCH KOMETTER I EN NUTSKAL från avlägsna platser.

Koordineringen av världsomspännande insatser finns i IAU Minor Planet Center. Detta centrum fastställer riktlinjerna för astrometri som kallas Guide to Minor Body Astrometry. Den senare guiden bör studeras. Här hittar du resurser om Astrometry-programvara och tekniker, samt hur du rapporterar dina resultat. Föreslå produkter om du ska göra astrometri på ditt eget observatorium. Vi har använt produkter från & quotSoftware Bisque & quot. som himmelpaketen för att se layout av stjärnor, ekliptik, etc när du planerar att ta bilder på den specifika världssidan du kommer att använda.

Du måste lära dig koden som används på itelescope.net för att skicka in för denna typ av arbete. Självstudier på webbplatsen. men asteroidspecifikationer är lite annorlunda. VAD FÖLJER är en typisk kod vi använder:
En SemicoloI koden är en kommentar och ignoreras av teleskopdatorn.
Tiden för varje bild är 5 minuter (300 sek) för tre separata områden (i1, i2, i3) (specificerad RA och DEC), upprepas tre gånger eftersom vi behöver minst tre bilder för att hitta en asteroid exakt.
uppsättning med 3 set 15min vardera = 45min laddning
=== Mål i1-i3 dvs 3 områden ===
planerar nästa körning T31 23 oktober 2019
#antal 1
#filter Luminance
#intervall 300
#binning 1
i1 2: 00.00 -15: 00: 00.0
i2 2: 00.00 -16: 00: 00.0
i3 2: 00.00 -17: 00: 00.0
uppsättning 2
i1 2: 00.00 -15: 00: 00.0
i2 2: 00.00 -16: 00: 00.0
i3 2: 00.00 -17: 00: 00.0
set3
i1 2: 00.00 -15: 00: 00.0
i2 2: 00.00 -16: 00: 00.0
i3 2: 00.00 -17: 00: 00.0

OBS: man kan också använda 180 sek bilder effektivt och bild fem områden till bild.
Du måste reservera en tidslucka, säg 1 timme på teleskopet och ladda upp din observationsplan till tidsluckan.
nästa dag laddar du ner de olika bilderna, blixtlås som bearbetade eller råa om du väljer att bearbeta dig själv.


Är den interstellära asteroiden verkligen en komet?

Konstnärens intryck visar det första interstellära objektet som upptäcktes i solsystemet, & # 699Oumuamua. Observationer gjorda med NASA / ESA Hubble Space Telescope, CFHT och andra visar att objektet rör sig snabbare än förutsagt när det lämnar solsystemet.

Forskare antar att luftning av material från dess yta på grund av solvärme är ansvarig för detta beteende. Denna avgasning kan ses i den här konstnärens intryck som ett subtilt moln som matas ut från den sida av objektet som vetter mot solen.

Eftersom utgasning är ett typiskt beteende för kometer, anser teamet att & # 699Oumuamuas tidigare klassificering som en interstellär asteroid måste korrigeras bör ändras till en komet.

Det interstellära objektet & # 699Oumuamua upptäcktes den 19 oktober 2017, men pusslet av dess sanna natur har tagit månader att riva upp och kanske aldrig löses helt.

Med betydelsen "scout from the distant past" på hawaiiska, & # 699Oumuamua hittades av astronomer som arbetar med University of Hawai & # 699is Pan-STARRS1-undersökning när den kom nära jordens bana. Men vad är det - en asteroid eller en komet? Så snart det upptäcktes var astronomer från hela världen med på saken.

Den första ledtråden: dess bana. Omfattande uppföljningsobservationer av Kanada-Frankrike-Hawai & # 699i-teleskopet (CFHT), Europeiska rymdorganisationens (ESA) optiska markstationsteleskop på Teneriffa, Kanarieöarna och andra teleskop runt om i världen har hjälpt till att fästa det.

& # 699Oumuamua sågs först ungefär en månad efter sitt närmaste tillvägagångssätt mot solen, som tog den i bana av Merkurius. Till skillnad från alla asteroider eller kometer som observerats tidigare, rusade detta nya objekt förbi solen och närmade sig 'ovanifrån' planetens plan på en mycket lutande bana och rörde sig tillräckligt snabbt (70.800 mil per timme från och med den 1 juli 2018) för att undkomma Solens gravitation och så småningom lämnar vårt solsystem.

Inledningsvis antog astronomer & # 699Oumuamua var en komet. Nuvarande förståelse för planetbildning förutsäger fler interstellära kometer än interstellära asteroider. Men astronomer såg inga bevis för gasutsläpp eller en dammig miljö i observationerna. Utan dessa kännetecken för kometisk aktivitet klassificerades den som den första interstellära asteroiden.

Men historien har en annan överraskande twist.

Efter de första upptäcktsobservationerna med Pan-STARRS fortsatte ett team av astronomer under ledning av Marco Micheli från ESA: s SSA-NEO Coordination Center och Karen Meech från University of Hawai & # 699i Institute for Astronomy, att göra högprecisionsmätningar av objektet och sin position med många markbaserade anläggningar som CFHT, liksom rymdteleskopet Hubble. De slutliga bilderna togs med Hubble i januari innan objektet blev för svagt att observera när det rusade bort på sin utgående bana.

I motsats till deras förväntningar fann teamet att objektet inte följde den förväntade banan om bara solens och planeternas allvar bestämde dess väg. "Oväntat fann vi att & # 699Oumuamua inte saktade ner så mycket som det borde ha på grund av bara gravitationskrafter", säger Marco, huvudförfattare till tidningen som rapporterar lagets resultat, publicerad idag i tidskriften Nature. Vad kan orsaka detta märkliga beteende?

Noggrann analys utesluter en rad möjliga influenser, såsom strålningstryck eller termiska effekter från solen, eller interaktion med solens solvind. Andra, mindre troliga scenarier, som en kollision med en annan kropp, eller & # 699Oumuamua som två separata, löst sammanhållna objekt, kastades också.

Kometer innehåller isar som sublimerar eller förvandlas direkt från ett fast ämne till en gas när de värms upp av solen. Denna process drar ut damm från kometens yta för att skapa en suddig 'atmosfär' och ibland en svans. Frisättningen av gastryck på olika platser och tider kan ha den effekten att kometen skjuts lite av kurs jämfört med den förväntade vägen om bara gravitationskrafter var i spel.

"Tack vare den höga kvaliteten på observationerna kunde vi karakterisera riktningen och storleken för den icke-gravitationella störningen, som beter sig på samma sätt som kometgaser," säger Davide Farnocchia från NASAs Jet Propulsion Laboratory.

Teamet har inte upptäckt något dammigt material eller kemiska signaturer som typiskt skulle karakterisera en komet, inte ens i de djupaste bilderna från ESO: s Very Large Telescope, Hubble och Gemini South teleskopet. "& # 699Oumuamua är liten - inte mer än en halv mil lång - och det kunde ha släppt ut en liten mängd relativt stort damm för att det skulle ha undkommit upptäckt", säger Meech. "För att verkligen förstå & # 699Oumuamua skulle vi behöva skicka en rymdsond till den. Detta är faktiskt möjligt, men det skulle vara mycket dyrt och ta lång tid att komma dit, så det är inte praktiskt den här gången. Vi har bara att vara redo för nästa. "

"Det var extremt överraskande att & # 699Oumuamua först uppträdde som en asteroid, med tanke på att vi förväntar oss att interstellära kometer borde vara mycket rikligare, så vi har åtminstone löst just detta pussel", säger Olivier Hainaut från European Southern Observatory. "Det är fortfarande ett litet och konstigt föremål som inte beter sig som en typisk komet, men våra resultat lutar verkligen mot att det är en komet och inte en asteroid trots allt."

På grund av sin lilla storlek och svaghet, ger nuvarande observationer av & # 699Oumuamua inte all information astronomer behöver för att bestämma viktiga aspekter av kometens yta. "När & # 699Oumuamua upptäcktes samlade astronomisamhället så mycket data som möjligt, men i slutändan var objektet bara inte tillräckligt länge för att svara på alla våra frågor", säger Ken Chambers från Pan-STARRS. "Med Pan-STARRS som övervakar himlen hoppas vi kunna upptäcka fler & # 699Oumuamua-liknande föremål i framtiden och börja svara på de riktigt intressanta frågorna om denna objektklass."

Animering av & # 699Oumuamua utgasning och rotering

Den här animationen, baserat på en konstnärs intryck, visar det första interstellära objektet & # 699Oumuamua. Observationer från CFHT, Hubble och andra teleskop visar att # 699Oumuamua rör sig snabbare än förväntat. Forskare antar att luftning av material från dess yta på grund av solvärme är ansvarig för den observerade hastigheten. Animationen visar också objektets tumlande rörelse.

Den här videon finns i olika format här.

Upphovsman: ESA / Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser

& # 699Oumuamuas bana i vårt solsystem

Vänster: Konstnärens intryck av & # 699Oumuamua, avbildat med utgas typiskt för en komet.

Centrum: Den mycket lutande banan av & # 699Oumuamua genom vårt solsystem.

Rätt: Jämförelse av den observerade banan (blå) med vad som kan förväntas förutsatt att objektet påverkades endast av solens och planets (gröna) allvar i vårt solsystem. Skillnaden i de två banorna uppgick till cirka 100 000 km den 3 maj 2018, när & # 699Oumuamua nådde Jupiters avstånd från solen. Detta avstånd motsvarar ungefär en fjärdedel av åtskillnaden mellan jorden och månen. & # 699Oumuamua når sträckan Saturnus i januari 2019, varvid separationen mellan banorna kommer att vara cirka 550 000 km.

Som framgår av den längre linjen som representerar den observerade banan saktade objektet inte så snabbt som förväntat förutsatt att endast tyngdkrafter var i arbete. Detta kan förklaras om objektet betraktas som en komet, med dess gasutsläpp som orsakar små avvikelser från banan.

Ytterligare information & amp Companion Pressmeddelanden

Forskargruppens arbete presenteras i den vetenskapliga uppsatsen "Non-gravitational acceleration in the trajectory of 1I / 2017 U1 (& # 699Oumuamua)", som publicerades i tidskriften Nature den 27 juni 2018.

Det internationella teamet av astronomer i denna studie består av Marco Micheli (European Space Agency & INAF, Italy), Davide Farnocchia (NASA Jet Propulsion Laboratory, USA), Karen J. Meech (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Marc W Buie (Southwest Research Institute, USA), Olivier R. Hainaut (European Southern Observatory, Tyskland), Dina Prialnik (Tel Aviv University School of Geosciences, Israel), Harold A. Weaver (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, USA), Paul W. Chodas (NASA Jet Propulsion Laboratory, USA), Jan T. Kleyna (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Robert Weryk (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Richard J. Wainscoat (University of Hawaii Institute för Astronomy, USA), Harald Ebeling (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Jacqueline V. Keane (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Kenneth C.Chambers (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Detlef Koschny (European Space Agency, European Space Research and Technology Center, & Technical University of Munich, Germany) och Anastassios E. Petropoulos (NASA Jet Propulsion Laboratory, USA).

Institutet för astronomi, grundat 1967, vid University of Hawaii i Manoa bedriver forskning om galaxer, kosmologi, stjärnor, planeter och solen. Dess lärare och personal är också involverade i astronomiutbildning, rymduppdrag och i utvecklingen och ledningen av observatorierna på Haleakal & # 257 och Maunakea. Institutet driver anläggningar på öarna Oahu, Maui och Hawaii.


Försvara Planet Earth: Nära jord-objektundersökningar och riskreduceringsstrategier (2010)

Påverkan på jorden av jordnära objekt (NEO) är oundviklig. Slagkropparna sträcker sig från ofarliga eldkulor, som är mycket frekventa genom de största flygbrotten, som inte orsakar någon betydande förstörelse på marken, i genomsnitt en gång under en mänsklig livstid till globalt katastrofala händelser, vilket mycket osannolikt kommer att inträffa under en given mänsklig livstid. men är förmodligen slumpmässigt fördelade i tiden. Riskerna från dessa NEO, eller mer specifikt forskare och rsquo-bedömning av riskerna under nästa århundrade, kommer att förändras när undersökningar genomförs. Med tanke på att effekterna är oundvikliga och att hela undersökningen syftar till att möjliggöra lämpliga åtgärder, hur kan effekterna av potentiellt påverkande NEO mildras?

Mängden förstörelse från en händelse skalas med den energi som kommer från det påverkande objektet. Eftersom utbudet av möjlig förstörelse är så stort är inget enda tillvägagångssätt tillräckligt för att hantera alla händelser. För händelser med tillräckligt låg energi är metoderna för civilt försvar i vid mening den mest kostnadseffektiva för att rädda människoliv och minimera skador på egendom. För större händelser är det lämplig att ändra vägen för det farliga föremålet, även om metoden för att ändra vägen varierar beroende på mängden förvarning som finns tillgänglig och massan av det farliga föremålet. För de största händelserna, bortom den globala katastrofen till händelser som orsakar massutrotning, finns det ingen aktuell teknik som kan ändra banans väg tillräckligt för att undvika katastrof.

I detta kapitel behandlar kommittén fyra kategorier av mildringar:

Civilförsvar och mdashinvolverar sådana ansträngningar som att evakuera regionen kring en liten påverkan,

Slow-push eller -pull-metoder & mdashgradvis ändra en NEOs bana så att den missar jorden,

Kinetisk påverkan och mdashleverera en stor mängd momentum (och energi) omedelbart till en NEO för att ändra sin omlopp så att den saknar jorden, och

Kärnkraftsdetonation och mdashleverera en mycket större mängd momentum (och energi) omedelbart till en NEO för att ändra sin omlopp så att den saknar jorden.

För att påverka NEO: er som är tillräckligt små (tiotals meter till kanske 100 meter i diameter) och inte särskilt starka (vanligtvis inte järnmeteoroider), kommer förstörelsen på jorden att orsakas av en airburst och dess associerade sprängvåg och termisk puls, som var fallet med Tunguska-händelsen ovanför Sibirien 1908. Händelser som detta orsakar förstörelse över områden upp till tusentals kvadratkilometer, och evakuering och skydd är inte bara troliga utan ofta den mest kostnadseffektiva metoden för att rädda människoliv. Airburst-evenemang kommer också att vara de vanligaste,

förekommer i genomsnitt vart par hundra år. Det är också de händelser som sannolikt har minst varning. För större händelser är det sannolikt önskvärt att aktivt ändra omloppet för det farliga föremålet. Valet mellan de tre metoderna & mdashmetoden för långsam push och -pull, kinetisk påverkan och kärnkraftsdetonation & mdash beror både på massan av NEO som måste flyttas och på hur tidigt NEO bestäms att vara farlig, liksom på detaljerna av banan. Avhjälpningsalternativen anges i tabell 5.1, som visar hur varje alternativ är tillämpligt på ett givet hot. Tabell 5.2 visar de regimer där varje mildringsmetod är tillämplig. Observera att tabell 5.2 innehåller en ytterligare viktig aspekt av problemet, internationell samordning, som diskuteras mer detaljerat i kapitel 7 i denna rapport.

Även om alla de främsta strategierna för begränsningsstrategi är giltiga, är ingen nu redo att implementera med kort varsel. Civilförsvar och kinetiska påverkare är förmodligen närmast distribuerbara men även dessa kräver ytterligare studier innan de kan lita på.

I alla fall är beslutet att inleda en mildring ett sociopolitiskt beslut, inte ett tekniskt beslut. Detta beslut är implicit i tidigare sociopolitiska beslut om vilka metoder för lindring som ska utvecklas, och det beror också på den sannolikhetsnivå som anses kräva lindring. Kommitténs & rsquos rekommendationer angående minsta tillvägagångssätt för att mildra och mer aggressiva tillvägagångssätt diskuteras senare.

Föremålet för lindring är fylld med osäkerhet. Effekten på jorden av en viss NEO beror kritiskt på den hastighet med vilken NEO påverkar jorden, en faktor som traditionellt ignoreras i studier av faran. Beslut om mildring måste baseras på massan av NEO snarare än på dess diameter, eftersom massan är den kvantitet som mest påverkar effektiviteten av en mildring och diametern för en given massa kan variera med ungefär en faktor två. Variationen i diameter innebär en faktor-två-variation, beroende på NEO & rsquos densitet, av storleken på en NEO som kan flyttas tillräckligt långt för att missa jorden. Uppenbarligen tillåter en tidigare varning att en mindre åtgärd räcker, men att kvantifiera denna relation är mycket osäker. Effektiviteten hos de flesta men inte alla metoderna beror också kritiskt på de fysiska egenskaperna hos NEO. Mänsklighet och rsquos förmåga att mildra beror på detaljerna i den avlyssnande banan. Det finns också signifikanta skillnader beroende på om diskussionen om begränsning är begränsad till nuvarande teknik eller inkluderar sannolik framtida teknik som nästa generation av tunga lyftbilar. Således kommer kommitténs & rsquos diskussion om tillämpningsområdet att visa överlappande och osäkra intervall.

Realistisk mildring kommer sannolikt att inkludera mer än en teknik, om inte av någon annan anledning än att ge förtroende. I alla fall av mildring kommer civilt försvar utan tvekan att vara en komponent, antingen som det primära svaret eller som den ultimata reserven.

Att hitta: Inget enstaka tillvägagångssätt för att mildra är lämpligt och tillräckligt för att helt förhindra effekterna av hela spektrumet av potentiella påverkare, även om civilt försvar är en lämplig komponent för att mildra alla fall. Med adekvat varning är en uppsättning med fyra typer av mildringar tillräcklig för att mildra hotet från nästan alla NEO utom de mest energiska.

TABELL 5.1 Sammanfattning av primära strategier för att mildra effekterna av potentiellt påverkande jordnära objekt

Utbud av primär tillämpbarhet

(t.ex. varning, skydd och evakuering)

Minsta och största hot.

Hot av alla storlekar med mycket kort varningstid.

(t.ex. & ldquogravity traktor & rdquo med ett möte rymdfarkost)

En bråkdel (& lt10%) av medelstora hot.

Kräver vanligtvis årtionden av varningstid.

(t.ex. avlyssning av en massiv rymdfarkost)

Kräver år till årtionden av varningstid.

(t.ex. kärnkraftsexplosion i närheten)

Stora hot och kortvariga medelstora hot.

Kräver år till årtionden av varningstid.

TABELL 5.2 Sammanfattning av genomförandet av primära strategier för att mildra effekterna av potentiella jordnära objekt (NEO) -effekter (åtgärdsmatris efter en stor sannolikhet för påverkan av en NEO har fastställts)

CIVILT FÖRSVAR: FÖRBEREDELSE OCH ÅTERVÄNDNING

Av de två generiska tillvägagångssätten för att mildra en kollisionsrisk och mdash (1) aktiv orbitalförändring eller förstörelse av den inkommande kroppen, och (2) passiv, traditionell naturkatastrofreduktion baserad på & ldquoall-faror & rdquo-protokoll för evakuering, skydd, respons och återhämtning, och så vidare & människor i det samtida samhället skulle mycket troligtvis ställas inför evakuering och skydd snarare än orbitalförändring eller förstörelse under deras livstid. Den mest troliga händelsen kommer att vara en mycket sen varning för en liten NEO (tiotals meter i diameter eller mindre). I den motsatta änden av storleksspektret för stötar som närmar sig eller överskrider nivån av & ldquocivilization-hoting impact & rdquo (100 till många hundra meter i diameter), finns det bristfälliga prejudikat. För jämförbara händelser kan man tänka på svartdöden, världskrig eller de fiktiva världshistorierna i På stranden (Shute, 1957) eller, mer relevant, Lucifer & rsquos Hammer (Niven och Pournelle, 1977). Huruvida den mänskliga civilisationen skulle vara bräcklig eller robust inför en sådan händelse är oklart för oss.

Även om det civila försvaret är det mest troliga svaret på någon påverkansrisk, hade kommittén inte den expertis som behövdes för att helt ta itu med de politiska och ekonomiska aspekterna av till och med en liten asteroidpåverkan. Denna fråga kräver ytterligare studier.

Det finns ett spektrum av potentiella händelser som kan åberopa en eller flera av de sociala, vetenskapliga och nödhanteringsmetoderna för katastrofreducering. Några typiska exempel på sådana potentiella händelser, i grov ordning med ökande svårighetsgrad, inkluderar följande:

Nyhetsmedian rapporterar om låg sannolikhet på kort eller lång sikt, vilket motiverar lämpligt svar informeras av lektioner i riskkommunikation. Sådana tillfällen har inträffat ofta under det senaste decenniet och kräver inga ytterligare samhälleliga åtgärder.

Förutsägelsen om en ovanligt hög sannolikhet för en stor påverkan (som Apophis-fallet 2004-2005 [Giorgini et al., 2008]) någon gång under kommande decennier. Eftersom planering utvecklades för ett rationellt tillvägagångssätt för omloppsförändring skulle & ldquorisk-korridoren & rdquo vara känd för platser där påverkan kan uppstå. Det kan finnas några omedelbara ekonomiska och politiska konsekvenser (t.ex. oro för fastighetsvärden på potentiellt hotade platser), även om ytterligare astronomiska observationer kan ändra sannolikheten för påverkan till noll.

Förutsägelsen av en förestående kollision (i timmar till dagar) påverkan av ett mycket litet föremål (1 till 10 meter in storlek) på en slagbana. Denna typ av varning kan börja inträffa varannan år om teleskopiska sökningar är optimerade för att upptäcka sådana förestående påverkan. Även om det är mycket troligt att en sådan påverkan skulle vara ofarlig för människor på marken, bör kloka människor nära mark noll stanna inomhus, borta från fönster och kanske inte titta på den atmosfäriska explosionen. Sådana händelser kan regna ner meteoriter eller orsaka en explosiv kraterhändelse på marken som i fallet med Carancas-påverkanshändelsen i Peru 2007 och kan eventuellt bryta fönster. Att öva riskkommunikation skulle vara viktigt och skulle behöva planeras i förväg (se även kapitel 7).

En förutsägelse med en kortvarig varning (dagar till veckor) om en påverkan av en liten NEO (10 till 25 meter) i diameter). En sådan händelse kommer sannolikt att inträffa under detta århundrade. Sådana konsekvenser är nära tröskeln till att orsaka betydande och potentiellt dödlig skada i en zon som är blygsamma några tiotals kilometer bred nära marknoll, vilket motiverar försiktig evakuering om påverkan inträffade på eller nära land. Här skulle tillvägagångssätten likna etablerade förfaranden för andra förutsägbara, lokaliserade naturkatastrofer som en översvämningsflod eller en vulkan som är redo att explodera. Naturligtvis skulle förstasvarare sakna kunskap om egenskaperna hos sådana förödande händelser på platser där översvämningar, vulkaner och så vidare inte är relevanta. Därför bör planer göras för att säkerställa adekvat kunskapsöverföring från erfarna förstahanterare om en sådan omständighet skulle kunna uppstå.

En oförutsedd destruktiv påverkan av en blygsam storlek (10 till 100 meter) NEO. Det här fallet är ungefär lika troligt som det tidigare. En sådan händelse kan ha blygsamma till allvarliga lokala konsekvenser, men de vanliga reaktions- och återhämtningsmetoderna som används efter naturkatastrofer och mänskliga katastrofer skulle i allmänhet vara lika tillämpliga i detta fall som i alla generiska katastrofer. Skadorna från en NEO i blygsam storlek i atmosfären eller påverkan i marken skulle likna de typer av skador från andra naturkatastrofer, inklusive byggnadskollaps, bränder, social förvirring, skador och dödsfall. Naturligtvis, den orsak av denna speciella typ av katastrof är ovanlig och skulle möjligen framkalla oinformerade, överdrivna svar, till exempel rädsla för att effekterna var en förbud för mer

och större konsekvenser att följa, vilket exemplifieras i många senaste tv-program och filmer. Det är mycket osannolikt att denna rädsla är korrekt, så lämplig riskkommunikation och allmänhetens engagemang från NEO-effektexperter bör vara till hjälp.

Förutsägelsen av en mycket osannolik, men möjlig, inverkan av en farligt stor NEO (30 till många hundra meter i diameter) under de kommande decennierna. Sådana förutsägelser kommer att vara vanliga under kommande år, särskilt efter nästa generations teleskopundersökningar blir operativa, men de första svaren bör betona förfining av förutsägelsen och möjliga förberedelser för NEO-omloppsförändringsuppdrag. Chansen att en sådan påverkan inträffar under nästa århundrade är tiotals procent. Om sannolikheten för en påverkan ökar till säkerhet och den regionala lokaliseringen av marknoll skulle identifieras, bör förberedelser inledas för att minimera de potentiella förlusterna till liv och egendom i händelse av att omloppsförändringsåtgärder misslyckades eller inte genomfördes. Dessa förberedelser skulle innebära att man förstärkte bestämmelserna för skydd, medicinsk vård, mat för fördrivna personer för husdjur och så vidare, inklusive avancerad planering för kommunikation, evakuering och så vidare.

Förutsägelsen om en förestående (i dagar till några år) påverkan av en mycket farligt stor NEO (100 till många hundratals meter i diameter). De slutliga förfarandena skulle likna de som beskrivits i föregående fall, förutom att planeringen för genomförandet skulle vara mindre lokaliserad. Eftersom katastrofens karaktär kan ha samma konsekvenser som andra stora katastrofer (de värsta jordbävningarna i historien, Indiska oceanens tsunami 2004, andra världskriget), kan lärdomar från dessa historiska fall informera om förberedelserna och svaren på oundviklig katastrof (eftersom förebyggande av effekterna kanske inte är genomförbart av tekniska och / eller politiska skäl). Orsaken till en sådan katastrof skulle inte ha något prejudikat, och missförstånd baserade på dåligt felaktig populärkultur (filmer, tv-program) skulle kunna få negativa konsekvenser, så tillförlitlig riskkommunikation skulle vara särskilt viktigt.

Förutsägelsen om en möjlig påverkan av en potentiellt civilisationsförstörande (och artförstörande) NEO under de kommande decennierna. En sådan potentiell katastrof skulle vara enastående i mänsklighetens historia. Förhållanden kan läggas på ansträngningar för att avvärja katastrofen genom omloppsförändringar. Men före framgångsrik orbitalförändring (eller efter misslyckad förändring), om effekterna var inom ett decennium efter att det skett, kan samtidiga internationella ansträngningar börja mildra konsekvenserna av eventuella effekter som kan uppstå och notera att det sannolikt skulle finnas en tendens för hela social struktur att kollapsa. Dessa ansträngningar skulle vara mest effektiva om de försökte öka robustheten i alla samhällsdelar, allt från lämplig riskkommunikation och varning till avsättning av medicinsk vård till förberedelser för mat och vatten och skydd till avskärmning av den globala infrastrukturen i de ekonomiska, elektroniska, sociala och brottsbekämpande arenorna för att förbereda sig för de oundvikliga insatserna.

Den förutspådda kortsiktiga påverkan (om några år eller mindre) av en civilisation eller artförstörande NEO. Även om det är ovanligt osannolikt att denna apokalyptiska möjlighet kommer att inträffa under någon som lever nu, skulle traditionella tillvägagångssätt för att förbereda sig för katastrofer bli irrelevanta.

Att hitta: Civilförsvar (evakuering, skydd på plats, tillhandahållande av nödinfrastruktur) är ett kostnadseffektivt lindrande åtgärd för att rädda liv från de minsta NEO-effekterna och är en nödvändig del av lindringen ansträngningar för större evenemang. Om en NEO förutspåddes påverka en specifik, bebodd plats, skulle det göra det sannolikt vara ett starkt tryck för att implementera mer än den mest kostnadseffektiva metoden för att rädda liv.

LÅNGSAMT PULSMETODER

Detta avsnitt behandlar den första av tre metoder för förhindra en inverkan snarare än att skydda mot en inverkan. & ldquoSlow-push-pull & rdquo betyder kontinuerlig applicering av en liten men stadig kraft på NEO, vilket orsakar en liten acceleration av kroppen relativt dess nominella bana. Effekten av sådana små accelerationer är mest produktiv om den appliceras längs eller mot NEO & rsquos rörelseriktning, eftersom detta orsakar en nettoförskjutning av NEO längs sin bana. Denna förskjutning kan förhindra en påverkan genom att NEO & ldquoshow up & rdquo vid jorden & rsquos kretsar tidigare eller senare än jorden gör. En enkel tumregelformel förutsäger drift längs NEO & rsquos-banan för en given tillämpad acceleration

var & Deltas representerar förskjutningen i NEO & rsquos-positionen relativt dess nominella bana, A representerar den inducerade accelerationen av NEO, ta representerar den tid under vilken accelerationen tillämpas, och tc representerar kusttiden efter appliceringen av accelerationen. För att uppskatta utbudet av NEO: er som en given metod är tillämplig anser kommittén omloppsförändringar tillräckligt stora för att flytta NEO med 15 000 kilometer, tillräckligt för att ge en säker missning så länge banan är väl bestämd. Antag att ett rymdskepp på 10 ton är det maximala möjliga med nuvarande lanseringsförmåga och att ett 50 ton rymdfarkost kan vara möjligt med framtida tunga lyftbilar (se senare diskussion och tillhörande tabell 5.4). Naturligtvis är flera lanseringar möjliga och kan vara önskvärda för att skala upp effekten eller ge backup i händelse av fel.

De föreslagna teknikerna för långsam tryck kan sorteras i fyra kategorier: förbättring av naturliga effekter, förbättrad avdunstning av ytmaterial, applicering av kontaktkraft och applicering av gravitationskraft. Endast den sista av dessa tekniker, som sannolikt är den enklaste ur teknisk synvinkel, har studerats tillräckligt för att visa att den är möjlig. Med en långsam push-teknik måste effektiviteten i tillvägagångssättet och eventuella oavsiktliga konsekvenser övervägas på allvar. Eftersom accelerationerna är ganska små kan förbises fysiska fenomen eller effektivitetsförluster väsentligt ändra den verkliga effekten.

Förbättring av naturliga effekter

I detta tillvägagångssätt som involverar förstärkning av naturliga effekter, en naturlig källa till momentum & mdashmost typiskt användningen av foton tryck eller solenergi & mdashis används för att påskynda NEO.Ändring av NEO & rsquos termiska respons eller reflektionsförmåga är en sådan teknik, eftersom detta sedan modifierar de naturliga krafterna som ger små avvikelser från en ren gravitationell rörelse för små NEO. En stor nackdel med sådana tekniker är bristen på precision och förutsägbarhet med vilken de kan appliceras på kroppen. På grund av denna brist skulle en konservativ strategi kräva överkompensering av en stor faktor. Ett enkelt sätt att begränsa den möjliga accelerationsnivån med hjälp av ett sådant tillvägagångssätt är att uppskatta den maximala accelerationen som impingande solstrålningstryck kan inducera på en NEO, med inse att endast en bråkdel av denna naturliga acceleration kommer att finnas tillgänglig för att modifiera banan. För en asteroid med en densitet på 2 gram per kubikcentimeter (g / cm 3) inducerar det totala solstrålningstrycket på en asteroid med en diameter på 2 kilometer en acceleration vid 1 AU från solen på 2 & gånger 10 & minus 15 km / s 2 (multiplicera värdena i kilometer per sekund i kvadrat med 6,7 & gånger 10 1 2 för att uttrycka dem i enheter på 15 000 kilometer per årtiond i kvadrat, där 15 000 är cirka 2 & frac12 Jordradier, tillräckligt för att ge en säkerhetsmarginal vid saknad jord), medan en Asteroid med 0,2 kilometer diameter har 10 gånger denna acceleration. Eftersom endast en bråkdel av detta tryck kan utnyttjas för användbara, längs spåraccelerationerna, blir tiden det tar att flytta asteroid- och rsquos-platsen tillräckligt för att säkert missa jorden mycket lång (århundraden för en 0,2 kilometer diameter NEO). Den naturliga accelerationen på grund av termiska effekter på NEO är en liten bråkdel av denna övre gräns, men det är också sannolik effektivitet för att använda förbättring.

Förbättrad avdunstning av ytmaterial

Ett annat tillvägagångssätt men relaterat till förbättringen av naturliga effekter är att koncentrera solenergi på ytan av NEO för att orsaka förångning, skapa en stråle av blandad ånga och bergskräp från NEO & rsquos-ytan som sedan kommer att påskynda kroppen genom dess reaktion till jet & rsquos-styrkan. Denna process fungerar naturligt i kometer, och banorna hos mycket flyktiga kometer förändras varje gång de närmar sig solen på grund av deras reaktion på gasventilering från deras ytor. Eftersom tiden för uppvärmning av ytstenar till avdunstning kan vara kort (tiotals sekunder) är NEO & rsquos-rotationen inte ett problem: källan till strålen spårar helt enkelt över ytan när NEO roterar under platsen där solljuset är fokuserat. Inga fysiska band till NEO krävs, och eftersom accelerationen är låg kommer binära NEO-system inte att spridas. Huvudkravet för avdunstningen är en stor solfångare som koncentrerar solljus. Denna samlare kan till exempel vara lätt och använda en uppblåsbar parabolspegel och direkt solljus i en serie linser eller speglar som så småningom fokuserar ljuset på ytan av NEO. I den mån som solkollektorns diameter kan skalas till storleken på NEO (accelerationsskalorna som den inversa av NEO & rsquos-massan och kvadraten av kollektordiametern), skulle banor av NEO upp till flera kilometer i diameter, i teorin, kunna , ändras tillräckligt av mycket stora kollektorsystem. Dessa system har dock ännu inte demonstrerats. Sun & rsquos-energin kan också samlas in av ett stort antal mindre parabolspeglar

snarare än av en stor. I denna mening kan ett solfångarsystem betraktas som modulärt och skalbart. Ett stort okänt system av denna typ är hur man förhindrar avdunstat bergmaterial från att kondensera på och nedsmutsa delar av det optiska systemet. Denna teknik kan potentiellt vara den mest kraftfulla metoden med långsam tryckning, men dess beroende av egenskaperna hos NEO och dess kontrollerbarhet (t.ex. den förbättrade avdunstningen kan förändra NEO & rsquos rotationstillstånd avsevärt) kräver mycket mer studier innan den kan anses vara redo för använda sig av. En nyligen genomförd studie (Kahle et al., 2006) visar att vissa optiska element, åtminstone i vissa utföranden, inte skulle ta mer än några minuter på grund av extrem uppvärmning. Således kan tekniken vara begränsad till användning på NEO: er som kräver mycket små hastighetsändringar, & lt0.1 millimeter per sekund.

Tillämpning av kontaktstyrka

I det tillvägagångssätt som involverar kontaktkraft antas en mekanisk anslutning till NEO och med hjälp av denna anslutning appliceras en kraft på kroppen. Ett tidigt koncept var att en rymdskepp & ldquotugboat & rdquo fysiskt skulle trycka på NEO, liknande en bogserbåt som flyttade ett mycket större fartyg genom att använda en liten men konsekvent kraft. I detta hänseende finns & ldquomass-drivrutiner, & rdquo som kräver att en mekanism placeras på ytan för att mata ut massa från NEO som drivmedel. En komplicerande faktor för sådana tillvägagångssätt är behovet av att hantera NEO & rsquos rotation för effektiv leverans av kraft, kroppens rotationstillstånd måste ofta ändras. Dessa tillvägagångssätt anses i allmänhet inte hållbara med tanke på den nuvarande bristen på mekanisk och fysisk förståelse för små kroppsytor och underytor. När ytterligare information erhålls om dessa aspekter kan det vara möjligt att utforma ytkopplingsanordningar robust och förstå de kraftnivåer som kan upprätthållas genom dem. Fram till dess är osäkerheterna i att tillämpa dessa tekniker & mdasheven om de hade utvecklats & mdashar för stora för att de ska kunna användas med något förtroende.

Tillämpning av gravitationskraft

Att använda gravitationskraft är det enda tillvägagångssättet som är nästan oberoende av de fysiska egenskaperna hos NEO, förutom dess massa (Lu och Love, 2005 Fahnestock och Broschart, 2009 Fahnestock och Scheeres, 2008 Wie, 2008 Yeomans et al., 2008), och det är den långsamma dragmetoden med högsta tekniska beredskapsnivå. Fysiken är ganska enkel & mdasha & ldquogravity-tractor & rdquo rymdfarkoster placerar sig i närheten av en NEO, som genererar en märkbar gravitationell attraktion mellan de två kropparna. Krafterna är lika och motsatta, men på grund av massskillnaden är accelerationerna helt olika. Den maximala accelerationen som en 10-ton rymdfarkost skulle kunna inducera på en 1 kilometer diameter NEO är exceptionellt liten, i storleksordningen 7 & gånger 10 & minus16 km / s 2, medan den är 7 & gånger 10 & minus14 km / s 2 för en 100 -meter-diameter NEO med samma densitet, eftersom gravitationstraktorn för samma NEO-form kunde placeras tio gånger närmare den mindre NEO. Denna kraft är något större än den maximala möjliga accelerationen från asymmetri i NEO & rsquos värmestrålning (känd som Yarkovsky-effekten). Det indikerar att små, naturliga krafter måste förstås. Rymdfarkosten strävar efter att bibehålla en fast plats relativt asteroiden utan att någon av dess drivmedel landar på NEO & rsquos-ytan, eftersom gravitationskraften ger anslutningen till NEO. På detta sätt verkar det en konstant kraft som verkar på NEO i riktning mot rymdfarkosten systemets masscentrum upplever en nettoacceleration lika med den acceleration som induceras på NEO genom att rymdskeppets attraktion.

Detaljerade simuleringar av detta tillvägagångssätt har genomförts med beaktande av förflyttningen av både enstaka asteroider och binära asteroider och mdashboth av vilka typer som verkar genomförbara. En av de största fördelarna med gravitationstraktorns tillvägagångssätt är att det inte finns något behov av att fästa rymdfarkosten fysiskt på NEO & rsquos-ytan. Precisionen för orbitalförändringen kan också vara ganska hög, eftersom rymdfarkoster kan vara välinstrumenterade och spåras med hög noggrannhet. Slutligen är tekniken för detta tillvägagångssätt väl förstådd och kan implementeras utan ytterligare vetenskapliga studier, vilket möjliggör en teknologisk demonstration av detta tillvägagångssätt med nuvarande teknik. Huvudförbehållet är kravet på att rymdskeppets framdrivningssystem ska fungera pålitligt i kanske ett decennium eller mer.

De uppnåbara accelerationerna är dock ganska låga. Kommittén anser att förskjutning med 15 000 kilometer (lite mer än en jorddiameter) är tillräcklig marginal med en väl bestämd bana för NEO. Under långa varningstider (i storleksordningen fyra decennier) kunde man spendera något mindre än ett decennium för att designa, bygga och starta rymdfarkosten och resa till NEO, sedan tillbringa ett decennium som kastas, följt av något mer än två decennier av

övervakning, för alla NEO upp till cirka 100 meter i diameter. Om man lanserade efterföljande gravitationstraktorer (för att övervinna bränsle- och livstidsbegränsningar) skulle man kunna trycka i hela 30 år och höja den begränsande storleken med en faktor 1,5 till 2. Vissa NEO, förmodligen färre än 10 procent, har banor som kan passera genom små områden i rymden nära jorden, kallade nyckelhål, där jord- och rsquos-gravitationsdrag förändrar NEO & rsquos-banan precis tillräckligt för att NEO träffar jorden på ett framtida tillvägagångssätt. Att ändra en NEOs bana för att missa ett av dessa nyckelhål kan åstadkommas för större föremål, eftersom den nödvändiga omloppsförändringen är mycket mindre. På grund av det stora utbudet av nyckelhålsstorlekar (hundratals meter till hundratals kilometer i diameter) är det orealistiskt att uppskatta att begränsa storleken på NEO i denna nisch.

Tillämpning av långsamma push-pull-lindringstekniker

Om inte en mycket lång varningstid innan påverkan är tillgänglig är den praktiska tillämpningen av långsam push-pull-teknik begränsad till NEO: er som förutses passera genom ett nyckelhål och till små NEO: er nära gränsen för vilken civilt försvar enbart kan vara tillräckligt. Som med alla försök att avleda en NEO innebär långa varningstider vanligtvis stor osäkerhet i om NEO är på väg att påverka, och å ena sidan kan långa varningstider leda till politisk obeslutsamhet å andra sidan, vara idealiska för att förfina resultatet efter en större förändring i omloppsbana med någon annan metod, och de är väl lämpade för att förhindra att en NEO passerar genom ett nyckelhål. Den välkända asteroiden Apophis är ett av föremålen som passerar nära ett nyckelhål och kan vara ett lämpligt mål för en långsam push eller pull & mdash till exempel med en gravitationstraktor. Sannolikheten för att Apophis kommer att påverka jorden är dock nu så låg att det inte verkar behöva mildras just nu.

Att hitta: Slow-push-pull-tekniker är de mest noggrant kontrollerbara och är tillräckliga för att ändra banor av små NEO (tiotals meter till ungefär 100 meter i diameter) med årtionden av förvarning och för något större NEO (hundratals meter i diameter) i de få fall där NEO skulle passera genom ett nyckelhål som skulle sätta det på en slagbana. Av de långsamma push-pull-teknikerna är gravitationstraktorn verkar vara den mest oberoende av variationer i egenskaperna hos NEO och överlägset närmast teknisk beredskap.

KINETISKA KONSEKVENSMETODER

Beskrivning av kinetisk påverkan och dess användning

Kinetisk stötdämpning använder en eller flera mycket höga hastighetseffekter (vanligtvis mer än cirka 5 km / s) av en stor rymdfarkost (& ldquoimpactor & rdquo) i ett farligt föremål. Dessa stötar skulle förändra hastigheten på det farliga föremålet med en liten mängd, vilket skulle resultera i en ny bana för det farliga föremålet som skulle få det att missa jorden. Metoden är relativt enkel och effektiv för NEO: er med diametrar upp till ungefär en halv kilometer, och den ligger väl inom nuvarande kapacitet med tanke på blygsam hårdvara och kontrollutveckling. Denna metod skulle sannolikt vara den valda metoden för att mildra farliga föremål i storleksintervallet som just anges när det finns flera år eller mer varningstid.

I detta tillvägagångssätt kan antingen rymdfarkosten & ldquorun in i & rdquo det farliga föremålet, eller så kan det farliga föremålet springa in i rymdfarkosten endast den relativa hastigheten för stöten är relevant. Den uppnåbara relativa hastigheten varierar avsevärt med detaljerna i NEO & rsquos-banan, men till skillnad från variationen i andra parametrar som påverkar denna och andra metoder kommer banan för någon speciell NEO att vara känd med tillräcklig noggrannhet för att olika rymdfarkostbanor kan studeras med en för att uppnå maximal relativ hastighet i bästa riktning vid mötet (se även den senare diskussionen om banor). NASA & rsquos Deep Impact-uppdrag 2006 visade denna princip, men med en mindre slagkropp på en större kropp (6 kilometer i diameter). Denna påverkan var vid 10 km / s och kommittén kommer att anta detta värde för att uppskatta effektiviteten, men det noteras att för nuvarande kapaciteter kommer intervallet av relativa hastigheter på grund av olika banor i NEO sannolikt att vara någonstans från några till några få tiotals kilometer per sekund.

Det finns en fysisk parameter som är viktig och effektiviteten i att överföra rymdfarkosten & rsquos rörelse till NEO: s rörelse, vanligtvis betecknad med &beta. Om slagkroppen helt enkelt absorberas av NEO, är momentum av

slagkroppen överförs till NEO, vilket resulterar i en förändring av hastigheten för NEO som är den relativa hastigheten för de två dividerat med förhållandet mellan NEO-massa och slagkroppsmassa. Effekten förbättras om materialet matas ut från NEO, vilket vanligtvis är fallet med &beta sannolikt att vara mellan 1 och 10. (För material som matas ut framåt, som i ett & ldquopathological & rdquo-fall, &beta kan vara mindre än enhet.) Värdet av &beta kommer sannolikt att öka med relativ hastighet, men denna effekt har inte studerats i detalj. Kommittén noterar att värdet av &beta kommer sannolikt att korreleras med densiteten hos NEO, vara låg (1-2) för mycket porösa NEO och hög (5 eller ännu högre) för hårda, steniga NEO, på grund av variationen med material som nämns ovan. Effektiviteten med att ändra en NEO & rsquos-bana beror inte bara på &beta men också på NEO-formen (som påverkar utkastets riktning) och på rymdskeppets & rsquos-rörelsens riktning i förhållande till NEO & rsquos-rörelsen. Som visas senare i detta kapitel är avlyssningsbanor ofta sådana att minskningen av den effektiva förändringen till banan inte är stor, men varje givet fall måste analyseras i detalj.

Den momentana hastighetsförändringen av en NEO från en kinetisk påverkan ges således av

var m och M är slagkroppens massor och NEO, U är deras relativa hastighet och faktorn &beta är större än eller lika med enhet (Melosh et al., 1994). Denna ekvation kan användas för att bestämma massan m av en slagkropp som krävs för att ändra hastigheten på en NEO med 1 cm / s som en funktion av en NEO & rsquos diameter och den relativa hastigheten, som visas i figur 5.1. Denna plot använder uppskattningarna för &beta (1 till 5) som en funktion av slaghastigheten enligt Holsapple (2009). Den erforderliga massan ökar när tiden till jordavlyssning minskar.

Som ett extremt exempel, om &beta faktorn var så mycket som 10, med hjälp av en enda 10 ton rymdfarkost som slog vid 50 km / s, kunde en 700 meter diameter NEO med densitet 3 g / cm 3 avböjas med 1 cm / s. I så fall kan det vara möjligt att avböja även en kaross med en diameter på 1 kilometer med tre stötar. För jämförelse med långsamma push-pull-metoder är en impulsiv förändring på 1 cm / s jämförbar med att förskjuta objektet med 15 000 kilometer 10 år i framtiden. Men för ett mer konservativt exempel som överensstämmer med en mer porös NEO-kropp, om &beta faktor är bara enhet, massdensiteten är 1,5 g / cm 3 och vid en mycket lägre slaghastighet på 5 km / s kan en massa på 10 ton förändra banan för endast en 180 meter diameter NEO tillräckligt för att undvika kollision i i alla fall 10 sådana stötar skulle krävas för ett objekt med en diameter på 400 meter. Olika uppdragsdesigner kan handla rymdfarkostmassa, slaghastighet och tiden från avlyssning till tidpunkten för kollision med jorden om ingen mildring ingripit.

För att fånga upp en viss NEO krävs exakt information om sin omloppsbana, vilket sätter gränser för uppdragsdesign. Dessa gränser illustreras i tabell 5.3, som visar kroppsstorlekarna för NEOs vars omloppshastigheter kan ändras med 1 cm / s. Tabellen tar sex representativa fall genom att anta en nyttolastmassa på 5 ton (nu) eller 50 ton (framtida) med tre olika avlyssningshastigheter: 5, 10 och 20 km / s. Dessa fall korsas med två typer av NEO-kompositioner: (1) en något porös kropp med en densitet av 1,9 g / cm3 och (2) en stenig kropp med en densitet av 3,0 g / cm3.

Sammanfattning

Metoden för kinetisk påverkan är relativt robust och skulle vara möjlig att använda med måttlig teknisk utveckling. En stor osäkerhet är att värdet av &beta är relativt okänd, även om den har en fast nedre gräns för enhet, tillämplig för mycket porösa NEO: er från vilka lite eller inget material skulle matas ut. Ett uppdrag baserat på Europeiska rymdorganisationen & rsquos (ESA & rsquos) Don Quijote-konceptet skulle minska osäkerheterna, särskilt för höghastighetshastigheter och mycket porösa kroppar, för vilka osäkerheten är störst.

Dessutom måste viktiga frågor tas upp om förmågan att träffa en liten NEO med hög relativ hastighet. Dessa överväganden kan begränsa avlyssningshastigheterna vid vilka kinetiska effekter kan vara effektiva. Möjligheten till en oavsiktlig störning av NEO och följderna av detta behöver också undersökas ytterligare. Detta behov behandlas vidare i kapitel 6.

Med samma varningstid på 40 år som diskuterats för gravitationstraktorn skulle man kunna lansera en serie av kanske tio 10-ton slagkroppar för att avleda, 30 år före kollision, NEO med diametrar i storleksordningen & frac34 kilometer, och med diametrar ännu större än 1 kilometer när det gäller NEO med mycket låg densitet. Under en 10-årig varningstid och ett kraschprogram för att starta 10 rymdfarkoster på exempelvis 4 eller 5 år kan det vara möjligt att förhindra en kollision med

FIGUR 5.1 Den uppskattade massan (kg) som krävs för att ändra banan för ett nära jordobjekt (NEO) per enhet av erforderlig hastighetsförändring (cm / s) med hjälp av en direkt kollision, som en funktion av kollisionshastigheten och för olika storlek kroppar. Exempelvis kräver en hastighetsökning på 1 cm / s av en kroppskropp på 200 meter med densitet 3 g / cm 3 som påverkas vid 20 km / s en slagmassa på 10 3 kg eller 1 ton. En förändringshastighet på 0,1 cm / s skulle kräva en slagkropp på 0,1 ton. Anledningen till att den porösa kroppen med lägre densitet kräver mindre slagmassa vid låg slaghastighet är att den har mindre massa än en icke-porös kropp med samma diameter. Men vid högre slaghastigheter har den porösa kroppen inte den stora momentumultiplikation som den steniga kroppen har, så den icke-porösa steniga kroppen kräver mindre slagmassa. Denna plot använder uppskattningarna för &beta (1 till 5) som en funktion av slaghastigheten enligt Holsapple (2009).

TABELL 5.3 Storlekar på jordnära föremål (NEOs diameter i meter) vars banhastighet kan ändras med 1 centimeter per sekund (cm / s) med en enda inverkan

NEO-diameter om densitet = 1,9 g / cm 3

NEO-diameter om densitet = 3,0 g / cm 3

OBS: 1 cm / s är ordningen på hastighetsförändringen som krävs för att förskjuta en NEO längs dess bana med 15 000 kilometer på 10 år. Dessa tabellvärden är baserade på mycket begränsad data om faktorens värde &beta och använda skalningsteorin i Holsapple (2009) för att extrapolera till de större hastigheterna. Nyttolasten på 5 ton är möjlig nu och 50 ton nyttolast är baserade på det planerade Ares-lastfordonet.Uppnåbara avlyssningshastigheter beror på NEO: s omloppsparametrar och kan begränsas av inriktnings- och avlyssningsfunktioner.

a & frac12-kilometerdiameter NEO med tyngdkraftstraktorn nya, tunga lyftkastare som Ares lastraketer kan tillåta att leverera 5 gånger mer massiva slagkroppar. Flera slagkraftverk ger robusthet mot slumpmässiga fel och möjligheten att finjustera resultaten genom att variera antalet stötar. Till och med en enda slagkropp som kan startas inom 6 månader efter upptäckten kan förändra banan för en 100 meter diameter NEO, storleken som är nära den övre gränsen för endast användning av civilt försvar, med en varningstid på endast 1 till 2 år.

Hitta: Kinetiska impaktorer är tillräckliga för att förhindra påverkan på jorden av medelstora NEO: er (många hundratals meter till 1 kilometer i diameter) med årtionden av förvarning. Konceptet har varit demonstreras i rymden, men resultatet är känsligt för egenskaperna hos NEO och kräver ytterligare studier.

KÄRNMETODER

Kärnkraftssprängämnen utgör en mogen teknik med väl karakteriserade resultat. De utgör den överlägset mest effektiva energitransportmetoden och bör ses som ett alternativ för NEO-begränsning. Kärnkraftssprängämnen ger det enda alternativet för stora NEO: er (& gt500 meter i diameter) när tiden för påverkan är kort (år till månader), eller när andra metoder har misslyckats och tiden tar slut. Den omfattande testhistoriken för kärnsprängämnen visar en bevisad förmåga att tillhandahålla en skräddarsydd effekt (den önskade blandningen av röntgenstrålar, neutroner eller gammastrålar) och pålitliga utbyten från cirka 100 ton till många megatons TNT-ekvivalent energi (se bilaga E) . Tillsammans med denna testhistoria finns ett överflöd av data om effekterna av yt- och underjordiska sprängningar, inklusive chockgenerering och kraterering.

Olika metoder har föreslagits för att använda kärnkraftsexplosioner för att minska eller eliminera ett NEO-hot för en given massa av NEO, varningstiden är ett primärt kriterium för att välja bland dem. Med årtionden av varning, krävs den ändrade hastigheten (& DeltaV) från explosionen är millimeter till en centimeter per sekund och kan mötas för NEO flera kilometer i diameter. Detta värdeintervall är mycket mindre än 25 till 50 cm / s utrymningshastighet från måttliga till stora kroppar (500 till 1000 meter i diameter), så det är rimligt att anta att en så liten & DeltaV skulle inte leda till mål- och rsquos-fragmentering eller till överdriven utkastning (dvs. skräp som kastas bort från objektet). Denna förväntan uppfylls i hydrodynamiska simuleringar som presenteras här och visar att kärnkraftsexplosioner kan ge & DeltaV från 0,7 till 2,4 cm / s, för nyttolastmassor mindre än 1 ton (inklusive kärnanordning och rsquosäkring och miljökokong). I modeller av NEO: er med ytdensiteter som i markbundna miljöer, förblir nästan 98 procent av en kropp bunden som ett enda objekt genom endast sin egen svaga tyngdkraft. Den lilla mängden utskjutning expanderar under årtiondena för att bilda ett stort moln av skräp med låg densitet, vilket minskar sitt hot med en annan faktor på 10 4 till 105. Mängden av utkastet beror på ytporositeten. Som i fallet med kinetiska stötar kommer en avledande yta med låg densitet att minska mängden utkast och därmed minska & DeltaV.

Alternativt, när tiden till den beräknade påverkan är kort (dvs. år snarare än årtionden), kan det vara omöjligt att tillämpa en tillräcklig & DeltaV utan fragmentering, men den begränsande faktorn är montering och lansering. En kärnkraftsförpackning med en ny säkring (dvs. en säkring som inte är avsedd för markanvändning) och en ny behållare kräver en cylinder som är ungefär 1 meter lång och 35 centimeter i diameter, med en massa under 220 kg. Det längsta ledtidsobjektet för att integrera en sådan anordning i ett raketsystem är utvecklingen av en container för att leverera anordningen och ett smältningssystem som kan fungera med de tidsbegränsningar som krävs av rymdskeppshastigheterna nära kollision med NEO. Specifikationerna för en kärnkraftsbuss kan vara desamma som för en kinetisk impaktoruppdrag, men det skulle vara mycket utmanande att konstruera och integrera med boosterraketen och kärnkraftspaketet på under ett år. Denna & ldquolatency tid & rdquo mellan beslutet att agera och lanseringen kan minskas dramatiskt (kanske så mycket som 100 gånger) genom att designa och testa dessa kritiska komponenter i förväg för att upptäcka en farlig NEO.

Modeller och osäkerheter

Kärnkraftsutgångar bestäms väl från tester. Precis som med kinetiska impaktorer ligger den största osäkerheten i deras användning i NEO-svaret och osäkerheten relaterar särskilt till den nuvarande förståelsen för stötdämpning genom material med låg densitet och det stora utbudet av NEO-strukturer och beteende vid påverkan som kan påträffas. Tänk på som exempel: Asteroid Itokawa verkar som många asteroider bestå av skräp svagt

bunden samman av tyngdkraften. Det befanns ha en bulkdensitet på cirka 2 g / cm ^ (Abe et al., 2006), det vill säga en porositet nära 40 procent. Vissa asteroider, såsom Eros, har densiteter nära den för fasta ämnen men är troligen kraftigt brutna (Britt et al., 2002). Men & ldquo2001 0E84& rdquo är en stor kropp (cirka 1 kilometer i diameter) som roterar så snabbt att den måste vara mycket stark och därför inte är mycket porös & ldquo (6187) 1986 DA & rdquo är i grunden ett fast järn NEO. 1 Alla andra kända snabbspinnande kroppar är små (& lt200 meter i diameter). Det finns också objekt med låg densitet, som Asteroid Mathilde, på vilka observerade kratrar antyder en mycket porös yta med större effektiv stötdämpning. Bulkdensiteten för kometkärnor är sannolikt mindre än 1 g / cm3.

NEO har ett brett utbud av former, storlekar och densiteter. Bulkdensiteten för de asteroider som det är känd för är jämförbar med den för material som används i kärneffektsimuleringar (t.ex. grus & asymp 1,5 g / cm 3 och grus med sand & asymp 1,9 g / cm 3). De sofistikerade datorsimuleringarna som diskuteras här användes för att modellera en av många möjliga strukturer, en struktur på 1 kilometer med en hög densitetskärna på 2,63 g / cm 3 omgiven av ett 250 meter tjockt ytskikt på 1,91 g / cm 3.

Experimentella resultat indikerar att hög porositet signifikant kan minska chockstyrkan och rebounden av chockat material (Holsapple, 2004). Impulsen från en given energi kopplad till en porös yta är lägre än för en icke-porös fast substans och utkastet reduceras. En komplett och adekvat krossmodell är nödvändig för att bestämma chockeffekterna på en porös kropp. Avledande ytor med hög porositet leder till kvantitativt lika osäkerhet för både kärnkraftssprängämnen och kinetiska impaktorer, och ett slagkraftsuppdrag att studera asteroidstrukturen skulle ge användbar data för båda tillvägagångssätten.

Den begränsade uppsättningen villkor som studerats i simuleringen som beskrivs nedan börjar undersöka osäkerheter i viktiga fysiska egenskaper för att leda till en förståelse för tillämpningen av kärnkraftsexplosioner på förändring av NEO-omlopp. De är inte uttömmande och det finns mycket mer att lära sig om effekterna av form, snurr och struktur. Med undantag för NEO: er som är 10 kilometer i diameter eller större är det i allmänhet troligt att kärnkraftssprängämnen kan ge en mer än tillräckligt stor & DeltaV, med liten materiell förlust och med i princip ingen risk för fragmentering.

Decennier att gå & mdashStandoff Burst

I kärnkraftsavbrottsscenariot används den korta energisprängningen från ett kärnkraftssprängämne för att kraftigt värma upp ett tunt lager av en NEO & rsquos-yta. När detta skikt accelererar bort från NEO, ryggar NEO & rsquos huvudkropp i motsatt riktning och, om denna & ldquoback-reaktion & rdquo av NEO är tillräckligt stor, ändras NEO & rsquos-vägen för att undvika kollision med jorden. En kärnkraftsexplosion i rymden utstrålar det mesta av sin energi som röntgenstrålar och gammastrålar eller som snabba neutroner. Andelen röntgenstrålar till neutroner är en funktion av de kärnreaktioner som dominerar i explosionen. För ett givet utbyte producerar fusionsreaktioner fler neutroner än klyvningssprängämnen. Neutroner erbjuder en fördel för standoff-scenariot eftersom de tränger in cirka 1000 gånger djupare in i NEO & rsquos-ytan än röntgenstrålar och därmed kan värma upp en större volym material, vilket ger en starkare impuls eftersom mer massa matas ut över flyghastigheten. Neutronpenetrering är också nästan oberoende av NEO & rsquos-kompositionen för atomer mellan kol och järn i det periodiska systemet. Stora mängder väte i ytan (såsom i kometer eller asteroider med hydratiserade mineraler) begränsar starkare neutronpenetrering.

Området på NEO & rsquos-ytan som värms upp av en avstängd kärnexplosion beror på avståndet mellan asteroiden och detonationspunkten penetrationsdjupet beror på avståndet mellan ytan och detonationspunkten. Således värmer detonation nära ytan endast ett litet område nära explosionen, medan mer avlägsna explosioner sprider sin energi över ett större område av asteroiden. Neutronerna tränger djupast in vertikalt under explosionen och på grund av det ökade avståndet tränger de mindre djupt in på andra ställen.

En detaljerad simulering av energiska neutroner som inträffade på granit (Bedrossian, 2004) visade att mer än 70 procent av incidentenergin deponerades i graniten (effektiv deposition). Mer än 30 procent av händelsenergin deponerades på ett djup av cirka 15 centimeter. Den energi som krävs för att omvandla sten till het (mer än 10 000 kelvin) plasma är hög: 10 kilot TNT omvandlar cirka 4000 ton ytmaterial till plasma som expanderar med mer än 2 km / s (Dearborn, 2004). Den höga effektiviteten av avsättningen och relativt djup penetration av neutroner minskar det nödvändiga neutronutbytet till nära 100 kiloton TNT-ekvivalent. Hög fusion

& ldquo2001 0E84 & rdquo och & ldquo (6187) 1986 DA & rdquo är katalogidentifieringar för vissa asteroider som ännu inte har fått namnet.

apparater testades i Plowshares-programmet (en aktivitet som undersökte möjligheten att använda kärnkraftssprängämnen för industriella applikationer) och kärnprovet från Sedan 1962 i Sedan var mer än 70 procent fusion (se DOE, 2000). Om tillräcklig varningstid är tillgänglig kan den till stor del fusionsenheten väljas från testade konstruktioner och byggas med moderna säkerhets- och säkerhetsfunktioner.

Att förstå effekten av en avstannad kärnkraftsexplosion och dess & DeltaV kapacitet, en medlem av Mitigation Panel (David S.P. Dearborn, Lawrence Livermore National Laboratory) simulerade effekten av en kärnkraftsavstängning på homogena 1 km diameter NEO med densiteter mellan 1,91 och 1,31 g / cm 3. I dessa numeriska modeller av en avstängning spricker cirka 150 meter över NEO & rsquos-ytan, cirka 40 sekunder efter sprängningen varierade NEO & rsquos hastighetsförändring från 2,2 till 2,4 cm / s. Cirka 97,5 procent av varje NEO förblev intakt (NEO hölls ihop endast av tyngdkraften och mdashit hade ingen draghållfasthet), medan cirka 2,5 procent av dess massa kastades ut med högre hastighet än flykt genom rebound till chockvågen som passerade genom kroppen i reaktion på utstötningen av uppvärmt material. Högre porositet hos NEO kommer att sprida mer energi, vilket resulterar i mindre utkast och mindre hastighetsförändring. Minimihastighetsändringen för en mycket porös NEO styrs av mängden helt förångat material. I dessa modeller detta minimum & DeltaV är ungefär 0,8 cm / s för en explosion med en stark neutroneffekt. Detta arbete är preliminärt och resultaten ger bara skalan för vad som kan göras. NEO finns i många fler storlekar, former och strukturer än vad kommittén kan inkludera i denna simulering.

En avstängningsbrist anses vanligtvis vara den föredragna metoden bland kärnkraftsalternativen. En tydlig fördel är att det inte finns något behov av att manövrera för en låg tillvägagångssätt som kan krävas för en yt- eller grunt underyteleverans. Neutronutgång associerad med höga fusion-till-fission-förhållanden har många fördelar inklusive djupare neutronpenetrering (mer impuls), hög kopplingseffektivitet och en okänslighet för NEO-komposition.

Decennier att gå & mdashSmall Surface Burst

Ahrens och Harris (1992, 1994) föreslog att man använder en ytaexplosion eller ytan nära kärnan. NASA & rsquos 2006-studien föreslog en detonation av en eller flera kärnsprängämnen i subkiloton på en NEO & rsquos-yta (NASA PA & ampE, 2006). I detta tillvägagångssätt måste sprängämnets utbyte vara stabilt och väl bestämt. Vid 100 kiloton är effekten av 0,5 kilotons osäkerhet försumbar, men inte när hela utbytet är 0,5 kiloton. Testbasen garanterar en effektiv avkastning med försumbar osäkerhet mellan 100 ton och 1 kiloton, men inte för mindre utbyten. Kommittén konstaterar att ett möte för att implantera sprängämnen kan vara mycket svårare än att leverera ett större explosivt paket strax ovanför ytan.

Som framgår av figur 5.2 ger avkastningen mellan 100 och 500 ton betydande hastighetssteg till en NEO-kropp med endast blygsamma mängder utkast (stora mängder skulle vara oönskade). Det mesta av det utkastade materialet har hastigheter över 10 m / s och bör spridas över många jordstrålar på bara ett år eller två. Skräp som förutspås från dessa modeller förökades inte längs provbanorna, men det är troligt att fraktionen av utkastet som förblir på en hotande bana år senare inte är mer än 10 & minus4. Som med avstängningssimuleringarna kommer sannolikt framtida modellering av en mer avledande yta med mycket hög porositet att leda till lägre & DeltaV och mindre utkast.

Att leverera ett kärnkraftssprängämne till det djup som används i simuleringen skulle kunna uppnås med den nuvarande jordgenomträngningstekniken, men det skulle kräva en inflygningshastighet som motsvarar den för ett möteuppdrag. Flyby-hastigheter kan användas med en säkring som avfyrar vid kontakt med målet och med en något högre avkastning explosiv än för möte. De nödvändiga beräkningarna för detta tillvägagångssätt är enkla, men nuvarande säkringar måste uppgraderas för att fungera vid högre hastigheter.

Slutsatser

Kärnkraftssprängämnen kan ge ett avsevärt skydd mot en potentiell NEO-påverkan. Det här kan vara det enda aktuella sättet att förhindra en påverkan av ett stort farligt föremål (& 500 meter i diameter) med en varningstid under ett decennium eller av ett större objekt (& GT1 kilometer i diameter) med en varningstid på flera decennier. Med årtionden av varning för sådana stora föremål använder det föredragna tillvägagångssättet en avstängd sprängning. Neutronutgång har vissa fördelar (Dearborn, 2004), eftersom energikopplingen är relativt okänslig för NEOs ytkomposition och densitet. Simuleringarna visar att hastigheten ändras (& DeltaV) i storleksordningen 2 cm / s kan uppnås med

BILD 5.2 Hastighetsförändringen (blå) och utkastad massa (röd) för ett jordnära objekt på 1 kilometer (NEO) kontra energi som deponerats på kroppen, mätt i kiloton motsvarande TNT.

gravitationsbindning bibehåller mestadels NEO som en enda kropp. Cirka 2 procent av kroppsmassan matas ut och utvecklas till en så låg densitet att det sannolikt inte utgör något hot mot jorden. Sprängämnen med mycket lågt utbyte visade också stora löften om hastighetsförändringar i storleksordningen 1 cm / s. När NEO-storleken minskar och det erforderliga utbytet av kärnexplosivet sjunker under det testade regimet, som sträcker sig ner till cirka 0,1 kiloton, måste den kinetiska påverkansmetoden användas.

Även om kärnkraftsalternativet ger en avsevärd minskningspotential kommer de testade gränserna för kärnkraftssprängämnen att vara otillräckliga för NEO över en viss storlek. Enheter i kärnlagret har motsvarande energiutsläpp av megaton TNT, men NEO som är större i diameter än cirka 10 kilometer kommer sannolikt att kräva större explosiva energier, ett system för vilket enheter inte har testats eller simulerats. Modellering av chockförlusten av mycket porösa material verkar vara den primära osäkerheten för både slagkrafter och avbrott. Denna osäkerhet gäller särskilt för NEO: er med aggregat med mycket låg densitet som endast kan existera i miljöer med låg tyngdkraft. För närvarande har simuleringarna inte undersökt effekterna av utbudet av strukturer, former och rotationstillstånd, men med stöd från Defense Threat Reduction Agency för att utvidga de nuvarande studierna skulle dessa simuleringar kunna göras. För närvarande håller USA och flera andra nationer kärnlager och infrastrukturen för att bygga dem för nationella försvar. Ansträngningarna för att minska dessa lager fortsätter, men det verkar troligt att de kommer att finnas i några decennier. När försvarsproblem inte längre gäller kan de inblandade regeringarna antingen acceptera den längre svarstiden för ett Manhattan-projektliknande arbete eller besluta om adekvata skyddsåtgärder kan utvecklas så att någon enhet kan upprätthålla ett litet antal kärnkraftsexplosiva paket för att låta mänskligheten motverka en NEO som till exempel kan orsaka massutrotning.

Hitta: Annat än en stor flottil (100 eller mer) av massiva rymdfarkoster som skickas som slagkrafts, kärnkraft explosioner är det enda aktuella, praktiska sättet att ändra omloppsbana för stora NEO: er (större diameter) än cirka 1 kilometer). Kärnkraftsexplosioner kvarstår också som en reservstrategi för något mindre objekt om andra metoder har misslyckats. De kan vara den enda metoden för att hantera mindre objekt vid varning tiden är kort, men ytterligare forskning är nödvändig för sådana fall.

LEVERATION AV BETALNINGAR TILL NÄRAJORDSFÖRETAG

Ett viktigt inslag i alla omfattande begränsningsstrategier är förmågan att leverera en nyttolast till en farlig NEO, antingen med hjälp av ett möte (t.ex. för karakterisering, för att fästa en exakt spårningsenhet eller för att tillämpa en långsam push-pull-teknik på NEO) eller en höghastighetsinriktning (t.ex. för att leverera en kinetisk slagkropp eller för att leverera ett kärnkraftsexplosivt paket för att ändra omloppsbanan). När en NEO har identifierats som farlig och tiden för påverkan har bestämts, blir frågan: Är det tekniskt möjligt att agera och lyckas förhindra en påverkan på jorden inom den tillgängliga tiden? Kommittén noterar att tiden för att utforma, bygga och starta ett uppdrag är vanligtvis en stor bråkdel (mer än hälften) av ett decennium, men den här tiden kan förkortas med ett nödvändigtvis dyrt & ldquocrash-program. & Rdquo Den del som är svårare att kontrollera är tiden från lansering till ankomst till NEO, vilket beror på NEO & rsquos-banan. Ett andra nyckelelement, lika viktigt för att mildra antingen av en gravitationstraktor eller av en kinetisk slagkropp, är mängden massa som kan levereras till NEO. Detta avsnitt behandlar frågorna om massleverans till en NEO och tiden för att nå NEO efter lanseringen. Diskussionen om att utveckla kraschprogram lämnas åt arenan för allmän ordning.

NEO som grupp har ett mycket brett spektrum av omloppsegenskaper, från nästan cirkulära banor med omloppsperioder på ungefär ett år, till mycket långsträckta banor med perioder från mindre än ett år till årtionden om diskussionen ignorerar de långvariga kometerna, och till mycket längre perioder om de ingår.En fullständig statistisk beskrivning av tiden för att nå en NEO med en bana var som helst inom denna fördelning ligger utanför denna studie, så här beaktas endast ett mycket litet antal exempel. Den statistiska fördelningen av banorna hos NEO har studerats av Chesley och Spahr (2004), medan Perozzi et al. (2002) har beaktat banor till NEO såväl som den levererade massan. Varje optimering av banan till en given NEO beror på målet, liksom på detaljerna i den individuella banan. Tidigare statistiska studier kommer att ge en start på detta problem, men en detaljerad studie av möjliga banor till någon specifik NEO kommer att behövas.

Varningstiden & mdashlängden tid från beslutet att förhindra en påverkan till den förutspådda tiden för påverkan & mdash är en nyckelparameter. För korta varningstider, exempelvis ett decennium, kan höghastighetsavlyssningar vara det enda möjliga valet. Under längre varningstider, på många årtionden, kunde man välja mellan en höghastighetsavlyssning och ett möte, beroende på NEO: s storlek och fysiska natur.

Nyckelparametrarna för en lansering är massan som kan startas för att fly Earth & rsquos gravitation och sedan den extra hastighet som måste tillhandahållas för att placera rymdfarkosten på en bana till NEO av intresse. Den förstnämnda bestäms helt av tillgängliga lanseringsfordon, medan den senare bestäms av detaljerna om NEO: s omlopp. (Observera också att massan av bränslet som krävs för att ge jordutflyttningshastigheten och denna extra hastighet kommer att gå på bekostnad av nyttolastmassan.) Den extra hastigheten som måste tillhandahållas kännetecknas vanligtvis av en parameter som kallas C3, som är ett mått på denna extra framdrivningsenergi som behövs för att ändra rymdfarkosten och rsquos-banan. Denna kvantitet kan sträcka sig från nästan noll till mycket tiotals kilometer per sekund i kvadrat för realistiska uppdrag. Värden på hundratals kilometer per sekund i kvadrat kan krävas för vissa banor, men för traditionella vetenskapliga uppdrag anses dessa inte vara genomförbara. Användningen av framdrivning i rymden, såsom motorer som vanligtvis kallas solelektrisk framdrivning eller kärnelektrisk framdrivning, kan avsevärt minska den mängd bränsle som rymdfarkosten behöver vid uppskjutningen men med en kostnad i tid för att använda framdrivning i rymden.

Tabell 5.4 listar den maximala nyttolasten i ton som kan bäras av olika för närvarande tillgängliga lanseringsfordon, samt en uppskattning av motsvarande kapacitet för Ares V-bärraketen, som utvecklas och kan vara tillgänglig för användning inom en snar framtid. Förmågan hos dessa lanseringsfordon ligger långt över den kapacitet som Perozzi et al antog för nästan ett decennium sedan. (2002). Tabellen innehåller i de två första raderna data hämtade från publicerad litteratur som ger en utgångspunkt, men som i sig inte är direkt relevanta. Värdena i tabellen är för de maximala nyttolasten som kan levereras till en jordbana (LEO, till exempel den internationella rymdstationens bana) och till en högre omlopp som vanligtvis används som ett mellansteg innan man går till interplanetär utrymme, den geostationära överföringsbanan (GTO). Den tredje raden listar massan som kan startas för att undkomma jorden och rsquos gravitation, och i den sista raden visar massan som kan lanseras till en relativt lättuppnåelig men realistisk bana som avlyssnar en NEO.

Skillnaderna i tabell 5.4 mellan motsvarande poster i de två sista raderna & mdasha-faktorn i två & mdashshow att även för NEO i banor som är lättast att nå är straffet på nyttolastmassa svår. För banor som är svårare att nå,

TABELL 5.4 Nyttolastkapacitet (i ton) av nuvarande och planerade startfordon

OBS: LEO, omloppsbana GTO, geostationär överföringsbana C3, se bilaga E i denna rapport.

nyttolastmassan sjunker snabbt till noll på grund av den massa som behövs för kemisk framdrivning. Ett alternativ är att använda så kallade elektriska framdrivningssystem, som i princip kan användas i alla led utanför LEO men i praktiken har använts främst bortom flykt från jorden. De minskar bränslebehovet avsevärt och ökar därmed nyttolasten som kan levereras. Den tillgängliga elektriska kraften, oavsett om den genereras från sol- eller kärnkällor, är dock inte stor med nuvarande teknik, så de elektriska framdrivningssystemen tar lång tid att flytta rymdfarkosten till önskad hastighet och därmed avsevärt öka tiden för att nå en NEO. Ny teknik som är under diskussion och utveckling kan förbättra situationen, men det kommer alltid att finnas en kompromiss mellan transittid och lanseringsmassa. I praktiken har elektrisk framdrivning huvudsakligen använts för mötesuppdrag, för vilka den kan ge både initial acceleration och efterföljande retardation till mötet.

Kommittén presenterar några provbanor för att illustrera vad som är möjligt med idag & rsquos startbilar & mdashthat är, exklusive Ares V. Två olika banor för att nå var och en av två NEO-banor övervägs. Den första NEO-banan är som för Apophis, men för enkelhets skull börjar NEO från en annan position i banan än Apophis är just nu. Den andra NEO-banan (& ldquoNEO # 2 & rdquo) valdes att vara mer långsträckt än den första. De två olika banorna för varje bana valdes för att ungefär maximera tiden mellan rymdfarkostens möte med NEO och den förutsagda effekten av NEO på jorden, för de två fallen, var och en av hög- och låghastighetsankomsten till NEO. Höghastighetsankomsten motsvarar till exempel att maximera den relativa hastigheten för NEO och rymdfarkoster vid möten för kinetisk påverkan, och låghastighetsankomsten motsvarar att minimera denna relativa hastighet för att tillåta möte för leverans av en underjordisk kärnanordning. (Formella optimeringsberäkningar genomfördes emellertid inte.) Banorna som visas i figur 5.3 och tabell 5.5 innebär lanseringar ungefär ett decennium före den förutspådda påverkan. Beslutet att agera skulle naturligtvis behöva tas mycket tidigare för att kunna designa, bygga och starta rymdfarkosten. Observera den mycket mindre massa som kan levereras för ett möteuppdrag.

Dessa banor, som alla är möjliga att uppnå med nuvarande teknik, antar att de skjuts upp på en Atlas V-raket med ett enda övre steg för att placera rymdfarkosten på avlyssningsbanan. Det är uppenbart att mycket större massor (& ldquopayloads & rdquo) kan levereras till en höghastighetsavlyssning än till ett möte, och svårigheten att komma till ett mål beror i detalj inte bara på formen av NEO & rsquos-banan utan också på var NEO är sin bana vid en viss tidpunkt. Rendezvousbanorna kräver ett ytterligare framdrivningssystem för snabb retardation när rymdfarkosten närmar sig NEO. Avlyssningsbanorna gör alla en vinkel på mindre än 30 ° mot banan vid avlyssning, så att en slagkropp skulle leverera en stor del av sitt moment i gynnsam riktning, parallellt med eller precis motsatt NEO & rsquos-rörelsen. Banorna för möte blir väldigt olika om man använder framdrivning i rymden, vilket möjliggör nästan noll rendezvoushastigheter och tillåter massiva nyttolaster men på bekostnad av mycket längre flygtider än i de fall som visas här. Nya framdrivningssystem i rymden som har övervägs och / eller är under utveckling kan avsevärt förbättra situationen genom att förkorta flygtiden. Längre varningstider erbjuder flera andra möjligheter, inklusive tyngdkraftsassister från planeter.

De mest utmanande banorna är de till långa kometer, till stor del på grund av den troliga korta tiden från upptäckten till deras inverkan på jorden i kombination med deras mycket långsträckta banor. I allmänhet skulle dessa kometer kräva ett rymdfarkost som är redo att lanseras när beslutet fattas att agera. Kometerpåverkan på jorden kan inträffa antingen när kometen är inkommande eller när den är utgående. Figur 5.4 och tabell 5.6 presenterar avlyssningsbanor som antar start på en Delta IV-tung raket med ett enda övre steg och en 0,5 ton nyttolast. Denna nyttolast är tillräcklig för ett kärnkraftspaket men ganska liten för en kinetisk slagkropp. Banorna utformades för att maximera tiden mellan avlyssning och förutsagd NEO-påverkan på jorden.

BILD 5.3 Provbanor för en rymdfarkost visas i rött. Solen är i mitten av varje diagram, och avståndet från solen ökar till 1,5 AU vid kanten av de övre panelerna och till 2 AU vid kanten av de nedre panelerna. Earth & rsquos omlopp visas i blått, med startpunkten visas av en liten cirkel. Nära jorden objekt & rsquos (NEO & rsquos) omlopp i varje fall visas i svart, med en liten asterisk vid avlyssningspunkten. Varje panel motsvarar den angivna kolumnen i Tabell 5.5: Panel 1, Apophis-Like HighSpeed ​​Panel 2, Apophis-Like Rendezvous Panel 3, NEO # 2, High-Speed ​​Panel 4, NEO # 2, Rendezvous.

Dessa banor till en komet är exempel på ett relativt enkelt fall, eftersom de antar att kometen & rsquos omlopp ligger i samma plan som jorden & rsquos omlopp. Andra banor är svårare att nå. Det viktigaste är dock att avlyssningsbanor med rimliga flygtider är möjliga. En nästa generations lanseringsfordon, som Ares V, skulle göra kinetiska stötar möjliga för vissa långvariga kometer.

Sammanfattningsvis möjliggör nuvarande teknik leverans av nyttolaster i syfte att mildra NEO i ett stort antal banor. Men i fall av kortvarning (under, säg, ett decennium), är det troligt att nyttolasten är mycket begränsad i massa men ofta kan det vara tillräckligt för att leverera en kärnanordning. Utvecklingen av nästa generation tunga

TABELL 5.5 Värden för nyckelparametrar för provbanor med kemisk framdrivning

Lansering till jordpåverkan (år)

OBS: C3, se bilaga E i denna rapport.

a Den stora skillnaden i detta bidrag och de andra för C3 illustrerar den stora känsligheten för C3-kraven för rymdfarkostens lanseringsdatum.

BILD 5.4 Avlyssna banor för en farlig, långvarig komet. Den vänstra panelen visar kometen & rsquos omlopp och de två ställen där den avlyssnar jorden & rsquos omlopp. De nästa två panelerna visar avlyssningsbanorna som motsvarar de två raderna i tabell 5.6. I andra avseenden liknar panelerna de i Figur 5.3.

TABELL 5.6 Parametervärden för att leverera en 500 kg nyttolast till en långvarig komet

a Relativ hastighet för rymdfarkoster och komet vid kollision.

b Tid från rymdskeppslansering till förutspådd jordpåverkan av kometen.

c Tid från rymdskeppslansering till kometavlyssning.

d Ankomsttid för rymdfarkoster till kometen före jordens förutspådda påverkan av kometen.

lyftbilar kommer att förbättra situationen avsevärt. Utvecklingen av avancerade motorer för framdrivning i rymden kommer att avsevärt förbättra förmågan att leverera rendezvous nyttolaster (för karaktärisering, att fungera som gravitationstraktorer eller för att placera ytsprängämnen) när varningstiden är i årtionden.

Hitta: För ett brett spektrum av påverkningsscenarier finns lanseringsförmåga för att leverera en lämplig nyttolast till mildra effekterna av en NEO-påverkan. För vissa scenarier, särskilt kortvarningsscenarier, capaförmågan är otillräcklig. Utvecklingen av planerade tunga lyftfordon, såsom Ares lastfordon,

bör möjliggöra användning av en mängd olika metoder för NEO upp till två gånger större än vad som är möjligt med nuvarande lanseringsfordon.

STÖRNING

Både den kinetiska påverkan och de nukleära detonationsreduceringsmetoderna kan inkludera större förändringar i hastigheten för NEO än de som diskuterats ovan, särskilt för mindre objekt i dessa fall, men dessa metoder levererar så mycket energi att det finns en sannolikhet att helt störa NEO (dvs. fragmentera det). Störning har i stor utsträckning föreslagits för att mildra alternativet, men störningar kan förvärra situationen. Specifikt, om det farliga föremålet bryter ner i ett litet antal stora fragment med endast en mycket liten spridning i hastighet, kan de multipla stötar på jorden orsaka mycket mer skada än en enda större påverkan. Således är störning eller fragmentering en förnuftig strategi endast om det kan visas att faran verkligen minskar. När det gäller en mycket stor slagkropp (t.ex. en 10 km diameter, civilisationsförstörande NEO) som upptäcktes utan många år av varning, kan adekvat orbitalförändring inte vara möjlig, vilket lämnar störningar som det enda alternativet för att mildra. Detta alternativ skulle troligen kräva ett system i beredskapsläge hela tiden och ett beslut att störa fattades långt innan sannolikheten för påverkan var hög. Även i denna situation skulle man från tidigare studier vilja vara säker på att störningar både skulle lyckas och minska risken.

Många studier av katastrofala störningar av asteroider, genomförda för att öka förståelsen för utvecklingen av asteroidbältet, har visat att den energi som krävs för katastrofstörning per massaenhet av en asteroid har ett minimum för kroppar med några få diametrar hundra meter (t.ex. Holsapple, 2002). Dessa beräkningar antar naturligtvis fysiska egenskaper för asteroiderna, och dessa egenskaper är inte kända i något speciellt fall. Tidiga laboratorieexperiment och efterföljande grundläggande fysiska och numeriska simuleringar (Housen och Holsapple, 1990 Michel et al., 2004) visar att när en asteroid störs katastrofalt, återstår bara ett stort fragment och storleken på det fragmentet krymper med ökande energi hos påverkan. Vidare antyder energiorgument att de flesta av de andra fragmenten sprids med hastigheter som är jämförbara med eller större än utsläppshastigheten från den ursprungliga kroppen, det vill säga & GT1 meter per sekund under en kilometerstor NEO. I den utsträckning dessa beräkningar och laboratorieexperiment är relevanta föreslår de att störningar kan lämna ett mycket mindre föremål på en kollisionsbana, med de flesta andra bitar som sprider sig över ett tvärsnitt som är mycket större än jorden inom mindre än ett år.

Således kan störningar vara en användbar lindringsteknik. Osäkerheterna i NEO-strukturen är dock tillräckligt stora för att denna kommitté inte nu har tillräckligt stort förtroende för störningsstrategin för att rekommendera den som en giltig teknik för att mildra just nu. Ytterligare forskning, inklusive en serie oberoende beräkningar och laboratorieexperiment, men särskilt inklusive experiment på riktiga kometer och asteroider, kan visa att störningar är tillräckligt förståda för att användas som en lindringsteknik.

För att undvika störningar har både kinetisk påverkan och kärnkraftsdetoneringsmetoder för omloppsförändringar dramatiskt nytta av att använda flera händelser. (De tillåter också ändring av större banor för större NEO, men störning är sällan ett problem i så fall.) Denna strategi möjliggör också justering av den totala effekten när det farliga objektet & rsquos-svaret på en händelse inte är exakt förutsägbart i förväg.

SAMMANFATTNING

Figur 5.5 sammanfattar intervallet för parameterutrymme där var och en av de fyra typerna av lindring kan betraktas som primär, och betonar den fortfarande betydande osäkerheten i gränserna mellan de olika regimerna. Andra parametrar (densitet hos NEO, detaljer om NEO & rsquos-omlopp, sannolikhet för inverkan vid en given varningstid etc.) spelar alla en roll i osäkerheten. Vidare borde civilförsvaret spela en roll i alla regimer, och man kan välja att tillämpa flera metoder i ett visst fall och därigenom suddas ut skillnaderna ytterligare. Mot den vänstra kanten av figuren, som representerar korta varningstider, skulle man troligen kunna utföra annat än civilt försvar, såvida inte störningar visades vara tillförlitliga mot figurens högra kant, vilket representerar långa varningstider, osäkerheten i förutsägelse kan avskräcka från handling. Mot den högra halvan av figuren skulle det ofta finnas tid att utforma, bygga och starta ett mildrande uppdrag. Mot den vänstra halvan kan man behöva ett uppdrag redo att

FIGUR 5.5 Ungefärlig översikt över regimerna för primär tillämpbarhet för de fyra typerna av mildring (se text för de många försiktighetsåtgärder som är associerade med denna figur). Bild med tillstånd av Tim Warchocki.

lansering vid upptäckt av en farlig NEO. Det krävs betydande forskningsinsatser för att säkerställa framgång i stora delar av figuren.

Detta kapitel har tagit hänsyn till både mängden sannolika mildrande åtgärder som är tillgängliga för samhället och de omständigheter under vilka var och en kan användas på lämpligt sätt, om än med fuzzy gränser. Det finns dock också frågor relaterade till tillförlitlighet och robusthet som måste övervägas. I synnerhet om insatser behövs är insatserna mycket högre än för ett typiskt vetenskapligt uppdrag till rymden, och säker framgång är avgörande. Den allmänna principen om & ldquoDo no harm & rdquo är också avgörande. Säker framgång inkluderar att vara säker på att mildringen inte ökar risken. Denna försäkran är särskilt viktig när man måste inleda ett uppdrag att ändra en NEO: s bana innan sannolikheten för påverkan närmar sig enhet, vilket ofta kommer att vara fallet, eftersom en omloppsförändring då i princip kan avleda ett nästan missat objekt på en slagbana. Principen är lika viktig i den mycket mindre sannolika omständigheten för en senupptäckt, stor NEO för vilken energin som behövs för den nödvändiga omloppsförändringen närmar sig den energi som behövs för störningar.

Detta behov av säker framgång innebär att, om tiden tillåter, ett karaktäriseringsuppdrag före lindring är mycket önskvärt. Effektiviteten hos omloppsförändring i de flesta tillvägagångssätt, med undantag för gravitationstraktorn, är mycket känslig för vissa fysiska egenskaper hos NEO, särskilt porositeten och densiteten i de yttre tiotals meter, som inte kan bestämmas från fjärranalys. Ett in situ karakteriseringsuppdrag, om det är korrekt utformat, kan mäta de viktigaste fysiska egenskaperna som behövs för tillförlitlig kontroll av omloppsförändring. På samma sätt finns det ett behov av verifiering av omloppsförändringen. För de flesta långsamma tekniker är verifieringen enkel, eftersom det finns ett rymdfarkost nära NEO under hela tiden. Om det fanns ett förhandskarakteriseringsuppdrag kan det uppdraget också konfigureras för verifiering. Även om det inte fanns tid för ett karaktäriseringsuppdrag kan det finnas tid att starta

ett verifieringsuppdrag som har ett möte med NEO före förändringen i sin omlopp för att mäta denna förändring bör denna strategi genomföras när det är möjligt.

Kommittén konstaterar också att det troligtvis behövs civilförsvar i Allt mildringsscenarier, inte bara i de situationer för vilka det är det mest kostnadseffektiva tillvägagångssättet. En aspekt av civilförsvaret är att utbilda allmänheten om farans karaktär och hur individer ska reagera. Allmän information om faran är avgörande. För de påverkan som orsakar mycket lokal skada på marken kan det ändå ha perifera effekter på klimatet, troligen små och korta men tillräckligt viktiga för att allmänheten behöver förstå dem. Det kan också finnas effekter på infrastruktur, som på kommunikation, som sträcker sig långt utanför området för direkta skador. Att hantera dessa frågor är en del av beredskapen för civilförsvaret.

Med den nuvarande osäkerheten om både egenskaperna hos själva NEO: erna och effektiviteten av en interaktion med en NEO för kinetisk och kärnkraftsförändring, och även ur den allmänna synvinkeln om framgång, är funktionell redundans avgörande. I stället för att ändra en NEOs bana med en enda kinetisk slagkropp, ger en serie slagkroppar som sprids något i tiden mycket mer tillförlitlighet, och i vissa situationer kan det till och med möjliggöra bedömning av effekten av den första slagkroppen innan den andra anlände. Beroende på detaljerna i den specifika banan kan det vara önskvärt och möjligt att avleda senare slagkroppar, men tillämpningen av detta koncept kräver ytterligare studier. Alternativt, så länge det finns en kärnkraftsförmåga, kan man överväga att förbereda ett kärnkraftsuppdrag som en säkerhetskopia för ett sena steg för en kinetisk impaktor som kanske, även med mycket låg sannolikhet, misslyckas. På samma sätt kan en kinetisk slagkropp vara en reserv för en tyngdkraftstraktor med chansen att tyngdkraftstraktorn plötsligt kan få ett bränsleläckage eller något annat fel efter en lång men ofullständig period av & ldquopulling & rdquo NEO.

En strategi för kärnkraftssprängning, dock genomförd, kommer sannolikt att väcka stor allmänhetens oro. Om en NEO med massiv död och förstörelse upptäcktes med säkerhet att vara på en kollisionsväg med jorden och om det inte fanns något annat sätt att stoppa den, skulle förmodligen alla farhågor om kärnkraftsstrategin åsidosättas. Men i de tidiga planerna för att mildra planeringen kan allmänhetens oro hämma utvecklingen. Detta är främst en allmän policy snarare än en teknisk fråga, och ligger därför utanför ramen för denna kommitté & rsquos uppgift. På samma sätt, som nämnts ovan i avsnittet om & ldquoNuclear Methods, & rdquo är frågan om man ska behålla ett kärnkraftslager för NEO-begränsningsändamål inte en teknisk fråga. I denna rapport har kommittén antagit att det finns en kärnkraftslager och en kärnkraftsutvecklingsförmåga för andra ändamål.

Den kanske viktigaste slutsatsen som kan dras är den stora osäkerheten i effektiviteten hos lindringsteknikerna på grund av deras beroende av de fysiska egenskaperna hos NEO som inte är kända, och på grund av svårigheten att skala några laboratorieexperiment till denna regim. Vid denna tidpunkt är det inte ens möjligt att på ett tillförlitligt sätt fastställa gränserna för de olika metodernas tillämplighet. I ett senare kapitel behandlar kommittén organisatoriska aspekter av beslutsprocessen, men den saknar fortfarande information för att styra den processen. Varje process måste göra en detaljerad studie av var gränserna ska dras och vilken ytterligare information som behövs. Ett tillämpat forskningsprogram, som uttryckligen riktar sig till NEO-risken, skulle kunna minska osäkerheten avsevärt. På den lägsta meningsfulla nivån för att undersöka avböjningsfrågorna skulle detta program innehålla både numeriska simuleringar av flera grupper och laboratorieexperiment.

En mycket större ansträngning för att ta itu med NEO-riskerna kommer sannolikt att inkludera aktiviteter i rymden. Det mest betydelsefulla steget i detta område verkar vara ett kinetiskt slaguppdrag i mycket större skala än Deep Impact-uppdraget, där man använder en mycket större slagkropp på ett mycket mindre mål, med ett annat rymdfarkost som har ett möte med målet långt innan att påverka för att karakterisera målet och dess omlopp mycket exakt. Denna karaktäriserande rymdfarkost skulle förbli med målet tills långt efter kollisionen för att exakt bestämma förändringen i dess omloppsbana till följd av kollisionen. Don Quijote-uppdraget som studerades av ESA men som inte längre övervägs aktivt skulle ha tagit upp de flesta av dessa mål. Förslag har gjorts för att använda rymdskeppet som rendezvous som en gravitationstraktor efter det primära uppdraget, men med tanke på de olika designhänsynen är det ännu inte klart om detta är ett bra tillvägagångssätt eller inte. En demonstrationsflygning av en gravitationstraktor verkar vara det näst viktigaste steget, eftersom mindre kunskap om NEO-beteende behövs för implementering. Både den kinetiska påverkan och gravitationstraktorns tillvägagångssätt kräver betydande ingenjörsstudier, men mer grundläggande kunskaper behövs för den kinetiska impaktorn.

I fall av sen upptäckt av en farlig NEO kan förändringen i NEO & rsquos-banan som måste göras för att den ska missa jorden vara så stor att den erforderliga slagkraften är jämförbar med eller större än energin för att störa


NASA har godkänt ett rymdteleskop som ska skanna himlen för farliga jordnära asteroider

Många av hoten som mänskligheten står inför kommer från oss själva. Om vi ​​listade dem inkluderade vi tribalism, girighet och det faktum att vi utvecklade primater, och våra hjärnor har mycket gemensamt med djurhjärnor. Våra animaliska hjärnor utsätter oss för många av samma destruktiva känslor och impulser som djur är föremål för. Vi kriger och blir inblandade i konflikter mellan generationerna. Det finns folkmord, pogromer, dömda båtlaster av migranter och hemska mashups av alla tre.

Men inte alla hot som vi står inför är lika svåråtkomliga som våra interna. Vissa hot är externa, och vi kan utnyttja vår teknik och vår kunskap om naturen i kampen mot dem. Exempel: asteroider.

NASA kan inte göra mycket åt våra egna destruktiva impulser, men de kan definitivt skydda oss från asteroider och kometer som utgör ett hot. Dessa objekt kallas jordnära objekt eller NEO. 2005 godkände den amerikanska kongressen NASA Authorization Act of 2005.

Bland sina krav förpliktar det NASA att höja sitt spel när det gäller att upptäcka NEO. Den säger delvis att NASA ska & # 8220 & # 8230detektera, spåra, katalogisera och karakterisera de fysiska egenskaperna hos objekt nära jorden som är lika med eller större än 140 meter & # 8230 & # 8221.Det uppmanar också NASA att genomföra ett kartläggningsprogram som kommer att & # 8220 & # 8230 uppnå 90 procent färdigställande av sin objektkatalog nära jorden (baserat på statistiskt förutsagda populationer av objekt nära jorden) inom 15 år efter ikraftträdandet av denna lag. & # 8221

NASA & # 8217: s gjorde framsteg inom detta område, och hittills har hittat cirka 40% av föremål som är lika med eller större än 40 meter. Och de är på väg att få ett nytt verktyg som hjälper till att slutföra sin undersökning. Det heter NEO Surveyor och det är ett infrarött rymdteleskop som är utformat för att hitta, spåra och karakterisera NEO. University of Arizona kommer att leda detta nya uppdrag, med Amy Mainzer som ansvarig. Mainzer är expert på infraröd astronomi och professor vid University of Arizona & # 8217 s Lunar and Planetary Laboratory.

& # 8220Även asteroider som är så mörka som en bit kol kommer inte att kunna gömma sig från våra infraröda ögon. & # 8221

Professor Amy Mainzer, University of Arizona.

NASA har godkänt endast den preliminära designfasen i detta skede, så många detaljer kan ändras fram till nu och när rymdfarkosten är planerad att distribueras någon gång 2026. Men här är det vi vet hittills.

Rymdfarkosten kommer att utföra sin undersökning i infraröd. Jordbaserade teleskop har hittat de flesta NEO som hittills har katalogiserats, men det är extremt svårt att hitta de återstående i synligt ljus. Enligt ett pressmeddelande skulle det ta årtionden att göra det. Att söka efter dem i det infraröda kommer att bli mycket effektivare, men det kan inte göras från jorden. Det krävs ett rymdfarkost för att göra det.

Infraröd observation är avgörande för uppdraget på grund av vad som händer med NEO när de närmar sig det inre solsystemet. De värms upp av solen, och den värmen är vad NEO Surveyor kommer att upptäcka. Även den svartaste, mest icke-reflekterande av asteroider kommer att vara synlig i infraröd. I ett pressmeddelande sa Mainzer att & # 8220Jordnära asteroider och kometer värms upp av solen, och de avger värme som NEO Surveyor-uppdraget kommer att kunna ta upp. Även asteroider så mörka som en bit kol kommer inte att kunna gömma sig från våra infraröda ögon. & # 8221

En konstnärs illustration av NEO Surveyor, ett rymdteleskop som är utformat för att upptäcka och katalogisera NEO. Bildkredit: NASA / JPL

Konstnärens illustration ovan ger oss en uppfattning om hur NEO kommer att se ut för NEO Surveyor. Deras svaga värmesignaturer kommer att visas som en streck med prickar som visas i rött i denna bild, för vår bekvämlighet. Således verkar de skilja sig från bakgrundsstjärnor, som är blåkodade i den här bilden. Jakt på NEO i infraröd kommer också att tillåta forskare att inte bara bestämma objektenas position och bana utan också deras storlek. Och det är deras storlek som avgör hur förödande de kan vara om de träffar jorden.

& # 8220Impakt energi beror starkt på hur stor en enskild asteroid är, så de infraröda observationerna från NEO Surveyor kommer att utöka vår förmåga att förutsäga beteendet hos några av jordens grannar som kan vara på en bana för att besöka oss , & # 8221 Mainzer sa.

NEO Surveyor kommer att bygga vidare på framgången för den närmaste jordens infraröda sensorn (NEOWISE.) NEOWISE var en föregångare till NEO Surveyor. Det var en fyra månaders förlängning av uppdraget till WISE-uppdraget, som genomfördes när uppdraget slutade svalna. Professor Mainzer är NEOWISEs ledande forskare.

Den här bilden visar asteroider och kometer som observerats av NASA: s uppdrag från Near-Earth Object Wide-field Survey Explorer (NEOWISE). Upphovsman: NASA / JPL-Caltech / UCLA / JHU

University of Arizona kommer att tillhandahålla övergripande uppdragshantering, inklusive att designa och bygga själva de infraröda detektorerna. Universitetet kommer också att övervaka uppdraget och hantera utredningen och teamets övergripande verksamhet. U of A har en framgångsrik meritlista i detta avseende, inklusive deras deltagande i OSIRIS-REx-uppdraget och deras ledning av HiRISE-kameran (High-Resolution Imaging Science Experiment) på Mars Reconnaissance Orbiter (MRO.)

”Universitetets ledande roller inom infraröd astronomi och asteroidvetenskap gör det unikt lämpligt för att leda nästa generations infraröda himmelundersökning”, säger Elizabeth & # 8220Betsy & # 8221 Cantwell, senior vice president för forskning och innovation vid University of Arizona.

Professor Mainzer och hennes team kommer att tillhandahålla åtta infraröda detektorer för rymdfarkosten & # 8217 s kamera. Var och en av de åtta ger 4 megapixlar upplösning. Det är tillräckligt med upplösningskraft för att låta NEO Surveyor upptäcka de små fläckarna med infrarött ljus som kommer från NEO. Som en del av sin roll testar de olika infraröda detektorenheter och väljer de bästa åtta för teleskopet.

Liksom sin storebror, James Webb Space Telescope (JWST), som också är ett infrarött & # 8216skop, kommer NEO Surveyor att använda en värmesköld för att skydda den från solens hetta. För att infraröda detektorer ska fungera väl måste de fungera vid en kylig temperatur. Skölden kommer att hantera solens värme när rymdskeppet på 6 meter följer en omloppsbana som tar den utanför Månens omlopp. Observatoriet kommer kontinuerligt att skanna himlen. I synnerhet kommer det noggrant att observera områden nära solen, där asteroider på potentiella jordbundna banor har sitt ursprung.

Det är naturligtvis inte tillräckligt att bara hitta dem. En av de främsta idéerna bakom NEO Surveyor är förvarning. & # 8220Med NEO Surveyor vill vi upptäcka potentiellt farliga NEO: er när de är år till årtionden borta från möjlig påverkan, & rdquo; Mainzer sa. & # 8220Hela idén är att ge så mycket tid som möjligt för att utveckla mildrande ansträngningar som gör det möjligt för oss att driva dem ur vägen. & # 8221 NASA: s redan arbetar med potentiella lindringsinsatser för farliga asteroider, särskilt med sin dubbla asteroid omdirigering Uppdrag eller DART-uppdrag. DART testar en kinetisk slagkropp som ett sätt att omdirigera farliga asteroider bort från jorden.

NASA kan inte rädda oss från oss själva. Men de kan kanske skydda oss från naturen. Vem vet? Kanske kommer deras ansträngningar att ge mänskligheten den tid vi behöver för att ordna oss här nere på jorden. Som Steven Pinker klargör i sin bok & # 8220The Better Angels of Our Nature: Why Violence has Declined, & # 8221 mänskligheten för färre och färre krig, och de som vi driver blir allt mindre och mer inneslutna.

Det skulle vara synd om en asteroid slutade mänskligheten och till och med livet på jorden medan vi fortfarande kämpade för att bli tillförlitligt fredliga. Om NASA kan spela sin roll kanske vi klarar det.


Titta på videon: Neonwallet - Обзор и использование кошелька для хранения NEO. (Maj 2022).