NASA’nın DART görevi için darbe simülasyonları üzerindeki uzay aracı geometrisi etkilerini ortaya çıkarmak

NASA’nın Çift Asteroit Yönlendirme Testi (DART) uzay aracı, 26 Eylül’de asteroit Dimorfos’a çarpacak ve yıllar süren planlamada ilk asteroit sapma testini gerçekleştirecek.

150 metre genişliğindeki Dimorfos, daha büyük bir yoldaş asteroid olan Didymos’un (800 metre) yörüngesinde dönen ikili bir asteroid sisteminin “aycığı”dır. ~600 kg’lık uzay aracının ~6 km/s hızla hareket eden momentumu, Dimorphos’a küçük bir hız değişikliği sunacak ve bu, asteroit sisteminin yörünge periyodundaki bir değişiklik olarak Dünya tabanlı teleskoplardan tespit edilebilecek.

Bu görevin bir parçası olarak, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) araştırmacıları, 2014’ten beri bu gezegen savunma teknolojisi-demo görevine multifizik simülasyon uzmanlığı katkıda bulunuyorlar, olası asteroit hedeflerinin aralığını simüle etmek ve DART uzay aracını aşağıdakilerle modellemek için yeni yöntemler geliştiriyorlar. daha yüksek sadakat

içinde yeni bir kağıt Gezegen Bilimi DergisiLLNL’den Mike Owen liderliğindeki “Kinetik Çarpan Görevlerinde Uzay Aracı Geometri Etkileri”, çoklu fizik simülasyonlarına gerçekçi uzay aracı geometrileri dahil etmenin sonuçlarını araştırıyor.

Daha önce, çoğu darbe modelleyici, DART uzay aracı için küre, küp veya disk gibi idealleştirilmiş formlar olarak değerlendiriyordu. Uzay aracı mühendisleri tarafından sağlanan ayrıntılı, bilgisayar destekli tasarım (CAD) modellerini kullanmak, birçok etki kodu için hazır bir yetenek değildi. Owen, LLNL tabanlı Uyarlanabilir Düzleştirilmiş Parçacık Hidrodinamiği (ASPH) kodu olan Spheral’de süreci kolaylaştırmak için çalıştı ve kendisi için baş geliştirici olarak görev yaptı. ABD’deki ve uluslararası ortak çalışanlar, çalışmanın bir parçası olarak hem ayrıntılı hem de daha basitleştirilmiş uzay aracı geometrileri için kod karşılaştırmaları sağlayarak CAD tabanlı DART geometrilerini uygulamak için çalıştı.

Owen, “Yıllar boyunca birçok araştırmacı, hem sayısal modeller hem de laboratuvar deneyleri kullanarak bir asteroidi yönlendirmek zorunda kalırsak, DART gibi kinetik çarpma tertibatlarının nasıl performans gösterebileceğini incelemek için çok çalıştı” dedi. “Bu araştırmaların neredeyse tamamı, asteroitin kendisinin farklı özelliklerinin sonucu nasıl etkileyebileceğinin etkilerine odaklanıyor, ancak bu senaryolardaki tüm bilinmeyenler arasında muhtemelen en çok bildiğimiz faktör, uzay aracının kendisidir. katı bir küp veya küre gibi basit bir katı geometri.”

Owen, DART görevinde canlı, tam ölçekli bir deneyin yürütüldüğünü söyledi, özellikle uzay aracının tipik basitleştirmelerle karşılaştırıldığında ne kadar farklı göründüğü göz önüne alındığında, fırlatılan gerçek uzay aracı geometrisinin ne kadar önemli olabileceğine bakmanın mantıklı olduğunu söyledi.

“Bu gerçekçi modellerin kurulması ve çalıştırılması çok zor ve bu sorunu çözebilmek için modelleme araçlarımızda yeni yetenekler geliştirmemiz gerekti” diye ekledi.

Otomat boyutunda bir merkezi gövdeden (1,8 x 1,9 x 2,3 m) ve iki 8,5 m’lik güneş panelinden oluşan DART uzay aracının geometrisi, aynı kütlede katı bir alüminyum küreden çok daha büyük bir “ayak izi” yaratır. . Bu, kraterleşme sürecini ve nihayetinde asteroide verilen momentumu etkiler ve onu ~%25 oranında düşürür. Bu ölçülebilir bir etki olsa da, asteroit hedef özelliklerindeki belirsizlikler, sapma etkinliğinde daha da büyük değişiklikler üretebilir.

Ancak, tam CAD geometrisinin modellenmesi tipik olarak daha iyi çözünürlük gerektirir ve hesaplama açısından pahalı olabilir. Owen ayrıca simüle edilmesi daha kolay olan ama aynı zamanda gerçek DART uzay aracı gibi davranan bir “orta yol” bulmak için farklı kalınlıktaki silindirleri ve soruna üç küre yaklaşımlarını araştırdı. Üç küreli bir model, tam uzay aracı geometrisinin kullanılmasının etkisinin çoğunu açıklayabildi. Bu üç küreli basitleştirme, farklı kodlar ve kullanıcılar arasında DART etkisinin daha birçok modelinin doğru bir şekilde çalıştırılmasını sağlar.

LLNL’nin gezegen savunma projesi lideri Megan Bruck Syal, “DART’ın idealize edilmiş bir küresel temsilinin sapmayı olduğundan fazla tahmin etmesi sezgisel görünse de, bu etkiyi ölçmek önceki yaklaşımların sınırlamalarını anlamak için önemliydi” dedi. “Bu çalışmayı gerçekleştirmek, DART deneyine hazırlıklı olmanın önemli bir bileşeniydi ve hem LLNL hem de diğer etki modelleme grupları için en iyi uygulamaları yeniden tanımladı.”