A framework for comparing Earth-Moon parking orbits for rapid-response planetary defense

Potentially hazardous objects represent a major natural threat to Earth, especially in late-warning scenarios where the available response time may be too short for an effective deflection. This work investigates a pre-deployed kinetic-impactor architecture in which one or more spacecraft are kept in a standby phase on Earth-Moon parking orbits before a specific threat is identified, enabling rapid departure once an impact scenario is detected. A preliminary end-to-end framework is developed to compare candidate Earth-Moon parking orbits by analyzing long-term stationkeeping, rapid escape with heliocentric interception and asteroid deflection performance. Four representative periodic orbits are considered to test the developed framework: an L1 Lyapunov orbit, two Moon-resonant orbits, and a distant retrograde orbit. Their stationkeeping performance is assessed through Monte Carlo simulations, while their escape capability is evaluated through optimized bi-impulsive escape trajectories patched to outgoing heliocentric conditions toward two fictitious Earth-impacting objects representative of realistic NEOs. The results highlight a trade-off between short-term escape performance and long-term parking-orbit maintenance. Orbits that provide favorable escape geometries are not necessarily the most robust or cost-effective solutions for long standby durations. A final assessment metric is therefore introduced to combine the main performance indicators into a single normalized penalty that depends on the assumed parking duration before the escape. Although the analysis is restricted to a small set of candidate orbits and a limited set of threat scenarios, the proposed workflow demonstrates how Earth-Moon parking orbits can be treated as design variables for rapid-response planetary-defense architectures.

I potentially hazardous objects rappresentano una rilevante minaccia naturale per la Terra, soprattutto negli scenari a breve preavviso, in cui il tempo disponibile per pianificare e realizzare una missione di mitigazione interamente reattiva potrebbe non essere sufficiente. In questo contesto, il presente lavoro analizza un’architettura basata su impattori cinetici pre-posizionati, mantenuti in fase di standby su orbite di parcheggio nel sistema Terra-Luna prima dell’identificazione di una minaccia specifica. Tale configurazione consentirebbe una partenza rapida una volta rilevato un possibile scenario di impatto. A questo scopo, viene sviluppata una procedura metodologica preliminare per confrontare diverse orbite di parcheggio Terra-Luna, integrando in un’unica analisi il costo di mantenimento orbitale a lungo termine e la capacità di escape rapido con il trasferimento eliocentrico verso l’asteroide e l’efficacia della deviazione ottenuta. Il metodo viene applicato a quattro orbite periodiche rappresentative: un’orbita di Lyapunov attorno al punto L1, due orbite risonanti e una orbita distante retrograda. Le prestazioni di mantenimento orbitale sono valutate mediante simulazioni Monte Carlo, mentre la capacità di scappare dal sistema Terra-Luna viene analizzata attraverso traiettorie bi-impulsive ottimizzate e raccordate alle condizioni eliocentriche richieste per intercettare due oggetti fittizi in rotta di impatto con la Terra. I risultati mettono in evidenza un compromesso tra prestazioni di escape nel breve termine e costo di mantenimento dell’orbita di parcheggio nel lungo periodo. Le orbite che offrono geometrie di fuga più favorevoli non risultano necessariamente le più robuste o convenienti per durate di standby prolungate. Per questo motivo, viene introdotta una metrica di valutazione, che combina i principali indicatori di prestazione in un unico punteggio dipendente dalla durata di parcheggio assunta prima dell’escape. Pur essendo limitata a un numero ristretto di orbite candidate e a scenari di minaccia fittizi, l’analisi mostra come le orbite di parcheggio Terra-Luna possano essere considerate variabili di progetto per architetture di difesa planetaria a risposta rapida.