二重小惑星リダイレクトテスト(DART)ミッションの予測

キネティックインパクタの結果に対する衝突とターゲットパラメータの影響:二重小惑星リダイレクトテスト(DART)ミッションの予測
2022年9月14日提出
二重小惑星リダイレクションテスト(DART)宇宙船は、惑星防衛のためのキネティックインパクタ技術のテストとして、2022年9月26日に小惑星ディモルフォスに衝突します。運動的インパクタに続くたわみの効率は、衝撃幾何学的形状や特定のターゲット材料特性などの要因に依存する運動量増強係数 β を使用して表すことができます。現在、ディモルフォスとその物質特性については、クレーター形成、エジェクタ分布、ベータなどの偏向効率観測値の結果に不確実性をもたらすものはほとんど知られていません。DARTインパクトモデリングワーキンググループ(IWG)は、インパクトシミュレーションを使用してDARTインパクトの結果をよりよく理解する責任があります。また、衝突前のシミュレーション研究は、さまざまな特性と衝撃シナリオが運動的影響後の運動量強化にどのように影響するかについてもかなりの洞察を提供します。この洞察は、DARTの影響を予測するための基礎を提供し、遭遇後の結果の解釈方法の最初の理解を提供します。DARTの影響に続いて、これらの研究から得られた知識は、DARTの衝突から生じるDimorphosと βの潜在的な材料特性の推定値の提供を含む、衝撃条件を再現する最初のシミュレーションに情報を提供します。このホワイトペーパーでは、DARTの影響に備えてIWGのシミュレーションと実験から学んだことを大まかにまとめています。不明ではあるが、Dimorphosの合理的な潜在的材料特性の推定値は、強度レジームにおける最終メンバーの症例に応じて、 βの1〜5の予測を提供する。


図 1. 一時的なクレーター サイズ (上、左)、噴出物の一般的な挙動
質量（下、左）、噴出物速度（上、右）、および噴出角度（下、
右) 材料特性が変化するため。これらのグラフは不可知論的であることに注意してください
重力と強度の体制、および動的対静的材料
定性的な傾向を示し、事前の条件を想定することにより、プロパティ
結束/内部摩擦/重力は、後期段階で役割を果たすことができます。
最終的なクレーターの直径。関係が示されていない場合、シミュレーションは検証されていません
具体的なやり取りを詳しく。排出速度の影響が示されています
三角形の使用: X 軸のプロパティの値 (多孔性、凝集性など) が増加するにつれて、三角形は噴出物速度が傾向があるかどうかを示します。
増加 (上の三角形の底) または減少 (下の三角形の底)。
説明は、追加情報を提供します。 ※内臓の効果
噴出物角度の摩擦は、特定の材料と衝撃後によって異なります
条件。


図 2. さまざまなターゲット材料特性の一般的な影響
（有能で粒子状）勢いの増強。 からの距離
中央の横軸 (破線) は相対的な等級を示すためのものです
効果の。


図 3. 材料凝集力 (Yi0) と材料空隙率 (φ) の影響
運動量増強係数 (β)。 (左) シミュレーション結果
βに対する気孔率と降伏強度の体系的な影響（
ラドゥカンらからの許可。 2019) (右) Spheral シミュレーションの結果、
これにより、空隙率と歩留まりとは無関係に追加のパラメーターを変更できました
力。 一度に複数のパラメーターが変化した場合 (現実的な
材料）、当面の傾向はそれほど簡単には特定できませんでした。 詳細については
気孔率の影響については、セクション 3.5 を参照してください。


図 4. ターゲットに応じて、DART のような影響を与えた後の結果の形態
凝集性 (および固定 40% の気孔率)。 Raducan et al., (2019) および
Raducan と Jutzi (2022)。


図 5. 傾斜角を大きくした場合の影響を示す CTH シミュレーション
超高速衝突後の噴出物の方向。 との衝突角度として
面法線の増加 (つまり、ますます斜めの影響) に対して、
噴出物と発射体 (灰色の物質) の運動量は下方に運ばれ、
場合によっては、たわみに寄与しませんでした。


図 6. 軌道方向の運動量の増加 (衝突に平行)
運動量ベクトル) (β) は衝突角度 (平面から測定) の影響を受けました。
これは、インパクト時のローカル ターゲット サーフェスに接しています)。 球面シミュレーション
は、衝突角度が表面付近の構造よりもβに大きな影響を与えることを示唆しました
そしてボルダーの実現。

5 ダーツの結論と予測
Hera ミッションは、DART の影響の詳細な測定値を提供します。
クレーターの特性と運動量の移動の観点からの結果だけでなく、
の応答に最も大きな影響を与える Dimorphos の特性
オブジェクトに衝撃を与えます (Michel et al. 2022)。特に低周波は
Juventas Cubesat に搭載されたレーダー JuRA は、最初の測定値を提供します。
小惑星の表面下および内部の特性。これは、DART および
LICIACubeが撮影する衝撃直後の瞬間。測定
ターゲットの物理的および組成的特性の
Hera willによるDART衝突クレーターの高解像度画像と測定
影響の確固たる検証を可能にする十分な情報を提供する
小惑星規模のシミュレーション。このような検証は非常に重要です
動的衝撃たわみの数値予測の信頼性を高める
AIDA の協力によって得られた知識を他の
シナリオ。
AIDA/DART IWG は、さまざまな衝突条件の影響を評価しました
クレーター形成、噴出物特性、および運動量に関するターゲット特性
DARTの影響に備えて（たわみ速度を含む）強化。
これらの研究は、今後何が期待できるかについての重要な情報を提供しました。
さまざまな潜在的な小惑星の状態に対する動的インパクター。に続いて
DART の影響、これらの研究から得られた知識は、
衝撃中の状態を再現する最初の衝撃後のシミュレーション、
ディモルフォスの潜在的な材料特性の見積もりを提供することを含む
そして、DARTの影響による勢い増強要因。
これらの研究から得られるいくつかの重要なポイントと重要な考慮事項は次のとおりです。
次のように：
• 数値シミュレーションは、
ダーツインパクト後の勢いアップ。期間変更は
地上での観測によって測定される、およびたわみ速度（で
軌道速度方向) を推定することができます。影響
シミュレーションは、材料特性と影響を評価するために使用されます
観察された変化を引き起こす可能性が最も高いパラメータ。から
これらの観察結果から、β の推定値が提供されます。
• たわみ速度は、数値シミュレーションによって直接計算されます。
このパラメータは、観測された期間の変化と最も簡単に比較できます。あ
衝撃シミュレーションの利点は、3-
衝撃プロセスの次元的性質、および面外効果
面外を含め、衝突による結果を識別することができます
たわみ速度と噴出物。衝撃シミュレーションは次の目的で使用されます
Rivkin らの β の定義で特定のオフセット (ε) を識別します。
(2022)。
• 物質特性は、クレーターのサイズ、噴出物プロセス、および
DART の衝突に続くたわみ速度と運動量の増加。数値研究は、その気孔率と凝集性を示唆しています
材料は、最大の効果を持つ 2 つの材料特性です。
β とたわみ速度について。
• 噴出物の質量と速度のプロファイルは、数値によって予測できます。
シミュレーションに基づいて、DART の影響に従って推定されます。
観察された効果。噴出角度と噴出物速度も敏感です
材料特性、したがってLICIAcube画像、衝撃との比較
シミュレーション、潜在的な強度に制約を設定するために使用されます
Dimorphos の気孔率の値。
• DART が球状インパクターであると仮定したシミュレーション (同等の
衝突時の予想される宇宙船の質量に対する質量) 過大評価
運動量増加 β が 5 ～ 20%、クレーター サイズが 79 ～ 147% 増加
複雑な宇宙船全体のシミュレーションに。単純化されたインパクター
3 球体の幾何学は、β と
計算効率を維持しながらクレーターサイズ。
• 材料特性の複数の組み合わせ (強度など)
パラメータおよび/または空隙率/サブサーフェス構造) は、同様の結果をもたらす可能性があります。
β値。直接観察と組み合わせた衝撃シミュレーションは、
ディモルフォスの資料の合理的な見積もりを特定するために使用されます
観測値と一致するたわみ速度を提供する特性
期間変更。これらのデータは、
DART 観測によって生成された形状モデルは、
DART の影響による運動量の増加の見積もり。
• 衝撃実験からの結果の外挿は、での β を示唆しています。
DART の場合は、少なくとも 3、おそらくそれ以上です。しかし、それは重要です
これらの実験には完全な複雑さは含まれていないことに注意してください
したがって、β を過大評価する可能性もあります。
• 衝突地点の地域の地質 (例えば、岩の存在、
ローカル チルト) は、クレーターの形成とたわみのプロセスに影響を与えます。
DART からの画像は、
追随を可能にする衝突現場およびその付近の状況
これらの不確実性を適切に説明するためのシミュレーション。
• DART の影響により、Dimorphos が破滅的に混乱することはありません。の中に
完全に無力なターゲット (非現実的) のエンド メンバー、DART
まだ準壊滅的な状態にあります。ただし、DART が影響する場合
重力体制で発生する場合、そのような可能性があります
より大きなクレーターが形成され、ディモルフォスの再形成につながる可能性があります。の
この体制では、クレーターの成長のほとんどは重力によって制御される可能性があります
非常に遅い段階まで、弱い抵抗（結束、内部
摩擦）掘削を停止します。
• 不明ですが、合理的な潜在的な材料特性の推定
Dimorphos の運動量伝達効率の予測を提供します
1-5、強度レジームのエンドメンバーのケースに応じて。