Optimal deflection of resonant near-earth objects using the b-plane

A very large number of asteroids populates our Solar System; some of these are classified as Near Earth Objects (NEO), celestial bodies whose orbit lies close to or even intersects our planet’s, a few of which are believed to pose a potential threat for Earth. Their hazardous nature has caught the eye of both the public and the scientific community and the concern has grown over the past decades, followed by a multitude of studies on the different aspects that characterise this problem. The most common solution that has been proposed in order to face a potential impact situation is the deflection of incoming asteroids in such a way that their encounter with the Earth is avoided or modified to an extent that it does not pose a threat. The present dissertation will expand on previous works in this sector, with the aim of defining an optimal deviation strategy with the objective of not only avoiding the incumbent close-encounter, but to also reduce the risk of a future return of the NEO to the Earth. To this purpose, the effect of the deflection will be studied by means of the b-plane, a very powerful reference frame used to characterise an encounter between two celestial bodies, to determine a deflection strategy that will avoid the conditions corresponding to a resonant return of the asteroid to the Earth. The results presented in this work feature an analytical correlation between the deflection action and the resulting displacement along the axes of the b-plane and the description of optimal deflection techniques based on the aforementioned formulas.

Un grande numero di asteroidi popola il nostro sistema solare; alcuni di questi sono classificati come Near-Earth Objects (NEO), ossia corpi celesti la cui orbita giace vicino o addirittura interseca quella del nostro pianeta, alcuni dei quali sono ritenuti potenzialmente pericolosi per la Terra. La natura pericolosa di questi asteroidi ha attirato l’attenzione del pubblico quanto quella della comunità scientifica e la preoccupazione in merito al rischio dovuto ad un potenziale impatto è cresciuta nell’arco degli ultimi decenni, seguita da una moltitudine di studi sui diversi aspetti che caratterizzano questo problema. La soluzione più comunemente proposta per far fronte ad una situazione di questo genere è la deflessione dell’orbita dell’asteroide in rotta di collisione con la Terra, in modo tale da evitare completamente l’incontro tra i due corpi celesti o da modificarlo per renderlo innocuo. La presente tesi continuerà gli studi effettuati in questo settore con lo scopo di definire una strategia di deviazione ottimale mirata non solo ad evitare l’incontro incombente, ma anche a ridurre il rischio di un futuro ritorno del NEO alla Terra. A questo fine, l’effetto della deflessione sarà analizzato nell’ambito del b-plane, un sistema di riferimento particolarmente interessante per analizzare gli incontri tra due corpi celesti, per determinare le caratteristiche di una deflessione che eviti le condizioni corrispondenti ad un ritorno per risonanza dell’asteroide alla Terra. Tra i risultati presentati in questo elaborato sono presenti una correlazione analitica tra l’azione di deflessione e il risultante spostamento lungo gli assi del b-plane e la descrizione di strategie di deflessione ottimali basate su tali formule.