使用核爆炸使小行星偏转:不同的中子能量增强小行星偏转

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和空军技术学院(AFIT)合作开展了一项研究，研究核装置爆炸产生的中子能量如何影响小行星的偏转。

科学家与两种不同中子能源的由此产生的小行星偏转，代表裂变和融合中子，允许并排比较。目标是了解从核爆炸中释放的中子能量更好地偏转小行星，以及为什么，潜在地铺平优化的偏转性能。

这幅作品在《宇航学报由Lansing Horan IV领导，作为他在AFIT的核工程硕士项目期间与LLNL的行星防御和武器输出小组合作的一部分。来自LLNL的合著者包括来自LLNL武器与复杂整合主管部门的Megan Bruck Syal和Joseph Wasem，来自AFIT的合著者包括Darren Holland和major . James Bevins。

霍兰说，研究小组专注于核爆炸的中子辐射，因为中子比x射线更有穿透力。

“这意味着中子产率可能热量热量的小行星表面材料，因此对于偏转小行星比X射线产率更有效，”他说。

不同能量的中子可以通过不同的相互作用机制与同一物质相互作用。通过改变沉积能量的分布和强度，由此产生的小行星偏转也会受到影响。

研究表明，能量沉积剖面——映射了小行星曲面上和下面的空间位置，能量在那里以不同的分布沉积——在这项工作中比较的两种中子能量之间可能有很大的不同。当沉积的能量在小行星上的分布不同时，这意味着熔化/蒸发的吹离碎片的数量和速度会发生变化，这最终决定了小行星最终的速度变化。

击败小行星

霍兰说，对付小行星有两个基本选择:破坏或偏转。

破坏是一种将如此多的能量传递给小行星的方法，它会被猛烈地粉碎成许多以极端速度移动的碎片。

“过去的工作发现，超过99.5％的原始小行星的质量会错过地球，”他说。“如果小行星冲击前的警告时间是短的和/或小行星相对较小的警告时间，则可能考虑这种中断路径。”

偏转是较为温和的方法，它包括给予小行星更少的能量，保持物体的完整性，并以稍微改变的速度将其推到稍微不同的轨道上。

霍兰说:“随着时间的推移，在撞击发生前的许多年里，即使是极小的速度变化也会增加与地球的距离。”“如果我们有足够的预警时间来实施这种反应，偏转通常可能是更安全、更‘优雅’的选择。”这就是为什么我们的工作重点是偏转。”

将能量沉积与小行星反应联系起来

这项工作分两个主要阶段进行，包括中子能量沉积和小行星偏转响应。

对于能量沉积阶段，使用洛斯阿拉莫斯国家实验室的蒙特卡罗n粒子(MCNP)辐射输运程序模拟了本研究中比较的所有不同案例研究。MCNP模拟了一个向300米的SiO发射中子的对峙爆炸₂（氧化硅）球形小行星。小行星分为数百个同心球，包封锥体以形成成千上万的细胞，并且针对每个单独的细胞进行能量沉积，以便在整个小行星中产生能量沉积轮廓或能量的空间分布。

对于小行星偏转阶段，LLNL的2D和3D任意拉格朗日 - 欧拉（ALE3D）流体动力学代码用于模拟小行星材料对所考虑的能量沉积的响应。将MCNP产生的能量沉积轮廓导入并映射到ARE3D小行星中，以便初始化模拟。获得所得到的偏转速度变化，用于各种中子产量和中子能量的配置，允许中子能量对所得偏转的影响进行量化。

一小步的偏斜

霍兰表示，这项工作是核偏转模拟的一小步。

“一个最终目标是确定最佳中子能量谱，中子能量输出的扩散，以最大化的方式沉积它们的能量，以最大化所产生的速度变化或偏转。”“本文揭示了特定的中子能量输出会影响小行星偏转性能，为何发生这种情况，以朝向更大目标的踏脚石。”

霍兰表示，该研究表明精确和准确性在能量沉积中，数据是很重要的。“如果能量沉积输入不正确，我们不应该对小行星偏转输出有太多信心，”他说。“我们现在知道，能量沉积剖面对于巨大的产量是最重要的，它将被用来使大型小行星偏转。”

他说，如果有一个计划来减缓一个大的小行星来袭，应该考虑能量沉积的空间剖面，以正确模拟预期的小行星速度变化。

“另一方面，能量耦合效率一直是需要考虑的重要因素，即使是针对小型小行星的低产量，”他说。“我们发现，能量沉积的大小是最有力地预测小行星总体偏转的因素，对最终速度变化的影响比对空间分布的影响更大。”

为规划小行星缓减任务，必须考虑到这些能量参数，才能进行正确的模拟和预期。

“我们进一步研究和了解所有小行星缓解技术，以便最大化工具包中的工具，”Horan说。“在某些情况下，使用核装置偏转小行星将具有与非核替代品的几个优势。事实上，如果警告时间短且/或事件小行星大，核爆炸可能是我们唯一的偏转和/或中断的实用选择。“

参考：“中子能源对小行星偏转性能的影响”，兰辛S. Horan IV，Darren E. Holland，Megan Bruck Seral，James E. Bevins和Joseph V.Misem，2021年3月4日，《宇航学报。
DOI: 10.1016 / j.actaastro.2021.02.028