разбор

США давно обвиняют Россию в размещении на орбите ядерного оружия. Но как доказать, что кто-то готовится устроить в космосе взрыв? Ученый из MIT предложил способ, как найти бомбу в космическом пространстве

Источник: Meduza

Ядерные взрывы в космосе, которые США устраивали в 1960-е, породили на Земле фантастически красивые полярные сияния и перебои с электроэнергией. Если такой же эксперимент на орбите провести сегодня, мы надолго останемся без навигации, связи и прогноза погоды. Космос сейчас плотно заселен спутниками, которые не выдержат электромагнитный импульс и потоки частиц от ядерного взрыва. Но власти США всерьез опасаются, что российские военные рассматривают вариант такого удара по орбитальным группировкам (которые дают преимущество украинской армии), — и даже запускают на орбиту аппараты для испытания компонентов будущей «ядерной мины». Насколько реальна эта угроза? И вывели ли военные оружие на орбиту? На эти вопросы попытался ответить американский физик Арег Данагулян.

Проблема поиска ядерного оружия: почему найти бомбу на Земле очень сложно?

Никто не сможет взорвать ядерную бомбу незаметно — даже если заберется для этого в самый далекий и глухой уголок земного шара. Глобальная сеть мониторинговых станций Организации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний — радиометрических, инфразвуковых, сейсмических — тотчас же «услышит» такое событие. А когда на Земле их не происходит, эти же станции успешно отслеживают в атмосфере взрывы космических тел, таких как Челябинский метеороид.

Обнаружить готовую к применению ядерную боеголовку или ее компоненты намного сложнее. Да, оружейный уран и плутоний радиоактивны — то есть являются источниками нейтронов и гамма-излучения. Но уровень этой активности очень невысок. Уже на дистанции 10–20 метров (в зависимости от того, плутониевая это бомба или урановая), исходящий от ядерного устройства, он практически не отличается от природного фона. Бытовой дозиметр в поисках боеголовки поможет мало, поскольку «чувствует» только общий фон, не различая гамма-лучи и поток нейтронов, и может быть легко сбит с толку другими источниками радиации, например, гранитом.

Поэтому для контроля ядерного оружия приходится создавать сложные специализированные детекторы. Они способны с высокой точностью строить спектры гамма-излучения и определять энергии и поток нейтронов, чтобы по этим признакам определять, действительно ли это боеголовка на базе урана или плутония или какой-то другой источник радиации.

Однако и они не всегда спасают: в 2002 году журналисты из ABC News смогли провезти через таможню Нью-Йоркского порта макеты элементов ядерной бомбы из низкообогащенного урана (излучение которого соответствовало высокообогащенному), спрятанные в морских контейнерах. Ручные детекторы радиации не помогли таможенникам их отыскать.

Более надежный способ — активные детекторы, которые сами испускают поток нейтронов или гамма-излучения. Нейтроны «раскалывают» ядра урана или плутония и порождают новые нейтроны, что выдает присутствие высокообогащенного урана. Иначе говоря, если при облучении объекта нейтронами он генерирует мощный «ответный» поток нейтронов, это означает, что перед нами ядерное устройство.

Если с обнаружением бомбы на Земле есть проблемы, то в космосе это сделать еще сложнее?

Да. Статья IV Договора о космосе запрещает выводить ядерное оружие в космическое пространство или устанавливать его на небесных телах. Но проконтролировать его соблюдение значительно сложнее, чем Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний.

Если задача обнаружения бомбы требует сложной техники даже в случае, когда та находится практически под носом — в нескольких десятках метров, — то понять, не находится ли оружие на борту спутника, который отдален на сотни, а то и тысячи километров, намного труднее. Причем не только из-за расстояния — слабое излучение ядерной боеголовки легко перекрывается космическим радиационным фоном.

Этой проблемой сегодня занимаются многие эксперты. Например, физик и специалист по методам контроля ядерного оружия Арег Данагулян из Массачусетского технологического института (MIT). В интервью подкасту журнала Nature он заявил, что в ситуации, когда уровень взаимной подозрительности между ядерными державами очень высок и обвинения в «военном освоении» космоса звучат все чаще, США нуждаются в надежных методах детектирования оружия на борту космических аппаратов.

В теории, объяснил он, вы можете отправить к подозрительному космическому объекту маленький спутник-инспектор, который при приближении посветил бы на него потоком частиц или излучения, чтобы запустить процесс, способный показать, есть ли на борту ядерное оружие. «Но это довольно враждебное действие. Другая сторона может подумать, что вы пытаетесь уничтожить их спутник», — отметил Данагулян.

Выход он видит в том, чтобы использовать для такого зондирования природные процессы, которые существуют сами по себе. То есть ловить вторичные частицы, которые возникают в ядерном устройстве под действием потока природных частиц извне. В этом случае страна, запустившая подозрительный объект, не сможет никого обвинить в атаке.

В качестве такого внешнего потока ученый предлагает использовать естественные протоны с энергиями более 750 мегаэлектронвольт.

У этих протонов непростая биография. Космические частицы высоких энергий из-за пределов Солнечной системы, так называемые галактические космические лучи, сталкиваясь с атомами в верхних слоях атмосферы, порождают широкие атмосферные ливни, состоящие из множества разнообразных частиц — мезонов, мюонов, нейтронов. Большая их часть летит вниз к Земле, но часть направляется вверх и попадает в радиационные пояса, где нейтроны распадаются на протоны и электроны.

Если такой протон с энергией около гигаэлектронвольта встретится с ядром тяжелого элемента, например, урана или плутония, то произойдет реакция спалляции, скалывания, в результате которой от ядра отделяется сразу множество протонов и нейтронов. Протоны, поскольку у них есть электрический заряд, тормозятся в веществе, а нейтроны летят дальше. Физики используют этот процесс в своих установках, чтобы генерировать мощные потоки нейтронов.

«Один протон с подходящей энергией может породить в зависимости от условий от десяти до 14 нейтронов», — говорит Данагулян.

Таким образом, чтобы понять, есть ли на борту подозрительного аппарата ядерная боеголовка, достаточно определить, идет ли от него характерный поток нейтронов.

Предложение Данагуляна: как устроен естественный ядерный инспектор?

По расчетам американского ученого, спутник-детектор может быть относительно небольшим аппаратом-кубсатом формата 9U (то есть состоять из девяти «кубиков» с гранью 10 сантиметров).

Непосредственно детектор представляет собой две панели 30 на 30 сантиметров, разделенные пространством высотой 10 сантиметров. Панели сделаны из пластикового сцинтиллятора — так называют любое вещество, которое генерирует вспышку света при попадании в него частиц с достаточно высокой энергией. Сверху и снизу сцинтиллятор покрыт пластинами монокристаллического алмаза. Алмаз, напротив, реагирует почти исключительно на заряженные частицы: они ионизируют атомы углерода; в пленке возникают дырки и свободные электроны; начинает течь электрический ток, который и выдает прилет заряженной частицы.

Такая конфигурация позволяет автоматически отличать заряженные частицы от нейтральных: если срабатывает только сцинтиллятор, значит, в детектор попал нейтрон, а если и сцинтиллятор и алмазная пластина — значит, частица, попавшая в детектор, была заряжена, и эти данные отбрасываются.

Две пластины со сцинтиллятором, разнесенные на дистанцию 10 сантиметров, позволяют определить направление, откуда прилетел нейтрон, и таким образом отличать частицы, прилетевшие от «подозреваемого», от посторонних частиц.

По расчетам, чтобы сделать вывод о том, есть ли на борту спутника термоядерное устройство или нет, инспектор Данагуляна должен находиться на дистанции в четыре километра от «подозреваемого» примерно в течении недели и анализировать поток нейтронов от него. Если удастся приблизиться на один километр, то необходимое время наблюдения сократится до часа.

При этом желательно, чтобы инспектор был в точности между «подозреваемым» и Землей — тогда будет проще всего вычесть из данных детектора поток нейтронов от земной атмосферы.

Все расчеты о радиационной обстановке на орбите и возможности детектирования нейтронов Данагулян делал на основе данных об орбите российского аппарата «Космос-2553»: американские власти заявляли, что на его борту тестируются элементы космического ядерного оружия.

Как отреагирует на такую инспекцию «подозреваемый» аппарат?

Ядерный инспектор должен уметь совершать тонкие маневры, маневрировать, догонять потенциальных клиентов и устойчиво и долго держаться на близком по орбитальным меркам расстоянии.

Данагулян приводит целый список случаев, когда спутники одной страны сближались с аппаратами другой, в частности, преследование российскими «Лучами» европейских спутников, о котором писала «Медуза». По его словам, такие маневры в прошлом не приводили к серьезным политическим кризисам.

Вместе с тем, деятельность спутников-инспекторов не раз провоцировала резкие заявления и обвинения в милитаризации космоса в адрес России со стороны США.

Кроме того, «подозреваемый» совершенно необязательно будет ждать, пока инспектор соберет достаточно количество нейтронов, и может попытаться уйти от него. Такие гонки на околоземной орбите уже происходили.