Planetary defence and simple kinetic deflection strategy: a case study on Asteroid 2024 YR4

Estimates suggest there are approximately 20,000 ± 2,000 Near-Earth Objects (NEOs) with diameters ranging from 140 m to 1 km, classified as Potentially Hazardous Asteroids (PHA). To date, only about 38% of this population has been identified and confirmed to pose no risk of collision with Earth. The vast majority of the remaining objects pose a significant threat to planetary defense due to their potential collision risk. Orbital analyses conducted in the early months of 2025 indicated that the 2024 YR4 asteroid has a level 3 probability of colliding with Earth on December 22, 2032, according to the Torino Scale, and -1.25 according to the Palermo Scale. Subsequent observational data revealed that the object does not pose any threat according to NASA’s risk criteria. Current orbital solutions indicate that there is approximately a 4% probability of the asteroid colliding with the Moon on the same date, and that the resulting ejecta cloud could pose a secondary risk to artificial satellites in Earth orbit. The 2024 YR4 case exemplifies a short-warning, high-probability NEO scenario, necessitating rigorous mitigation performance and feasibility assessment. The Simple Kinetic Impactor method was selected for this small-to-mid size ( 60 m) asteroid based on high Technology Readiness Level (TRL) and low operational complexity. The deflection vector at the Target Close Approach (TCA) was determined through numerical trajectory propagation, ensuring dynamically consistent initial conditions. A Genetic Algorithm (GA)-based global optimization maximized the projection of the deflection vector onto the near-contact plane, leveraging GA’s ability to approximate global optima for multimodal objectives without derivative information. GA-derived candidates subsequently served as starting points for fmincon-based local optimization, forming a hybrid GA–fmincon approach that enhanced sensitivity, convergence stability, and numerical accuracy. This methodology improves the operational reliability of the Simple Kinetic Impactor provides precise deflection estimates for high-probability impact scenarios. The main contributions of this work are the application of numerical propagation for TCA deflection computation and the implementation of a GA–fmincon hybrid optimization framework for asteroid mitigation design.

Le stime suggeriscono che esistono circa 20.000 ± 2.000 Oggetti Vicini alla Terra (NEO) con diametri tra 140 m e 1 km, classificati come Asteroidi Potenzialmente Pericolosi (PHA). Ad oggi, solo circa il 38% è stato identificato e confermato come non rischioso per una collisione con la Terra. La maggior parte degli oggetti rimanenti rappresenta una minaccia significativa per la difesa planetaria. Analisi orbitali nei primi mesi del 2025 hanno indicato che l’asteroide 2024 YR4 presenta un livello 3 di probabilità di collisione con la Terra il 22 dicembre 2032, secondo la Scala di Torino, e -1,25 secondo la Scala di Palermo. Dati successivi hanno rivelato che l’oggetto non rappresenta minaccia secondo i criteri NASA. Le soluzioni orbitali attuali indicano circa il 4% di probabilità di collisione con la Luna, e la nube di ejecta risultante potrebbe rischiare satelliti in orbita terrestre. Il caso 2024 YR4 esemplifica uno scenario di NEO ad alta probabilità e breve preavviso, richiedendo valutazioni rigorose di fattibilità e prestazioni di mitigazione. Il metodo Simple Kinetic Impactor è stato selezionato per questo asteroide ( 60 m) per l’elevato Livello di Prontezza Tecnologica (TRL) e la bassa complessità operativa. Il vettore di deviazione al Target Close Approach (TCA) è stato determinato tramite propagazione numerica della traiettoria, garantendo condizioni iniziali consistenti. Un’ottimizzazione globale basata su Algoritmo Genetico (GA) ha massimizzato la proiezione del vettore di deviazione sul piano di quasi contatto. I candidati derivati dal GA hanno poi servito come punti di partenza per un’ottimizzazione locale fmincon, formando un approccio ibrido GA–fmincon che migliora sensibilità, stabilità della convergenza e precisione numerica. Questa metodologia migliora l’affidabilità operativa del Simple Kinetic Impactor e fornisce stime precise di deviazione per scenari ad alta probabilità di impatto. I principali contributi sono l’applicazione della propagazione numerica per il calcolo della deviazione al TCA e l’implementazione di un framework ibrido GA–fmincon per la mitigazione degli asteroidi.