Американские военные подумали, что очистили палубу, когда 9 июля 1962 года они подняли 1,4-мегатонную ядерную бомбу на расстоянии около 400 километров в космос: орбитальные спутники были в безопасности, вне зоны действия взрыва. Но в последующие месяцы испытаний, названных Starfish Prime, спутники начали пропадать один за другим, в том числе первый в мире спутник связи Telstar. Произошли неожиданные последействия: электроны высокой энергии, испускаемые радиоактивными обломками и захваченные магнитным полем Земли, стряхнули электронику спутников и солнечные панели.
Starfish Prime и подобные советские тесты могут быть проигнорированы как несчастья холодной войны, и никогда не повторяться. В конце концов, какая ядерная энергетика захочет загрязнить космос частицами, которые могут погасить свои спутники, критически важные для связи, навигации и наблюдения? Но военные планировщики опасаются, что Северная Корея может быть исключением: у нее есть ядерное оружие, но нет ни одного действующего спутника среди тысяч, находящихся сейчас на орбите. Они тихо называют неожиданный орбитальный взрыв потенциальной «Перл-Харбор из космоса».
И поэтому, без фанфар, специалисты по обороне пытаются придумать лекарство. Три космических эксперимента - один сейчас на орбите, а два готовятся к запуску в 2021 году - направлены на сбор данных о том, как выводить высокоэнергетические электроны из радиационных поясов. Процесс, называемый восстановлением радиационного пояса (RBR), уже происходит естественным образом, когда радиоволны из глубокого космоса или от Земли - например, наша собственная радиосвязь или излучения от молнии - выбивают электроны, попавшие в радиационные пояса Ван Аллена Земли, в верхние атмосфера, где они быстро теряют энергию, часто вызывая полярные сияния.
«Естественные осадки случаются постоянно», - говорит Крейг Роджер, физик космического пространства из Университета Отаго. Но это было бы недостаточно быстрым, чтобы истощить заряженные ядерным излучением пояса, где потоки электронов могут быть в миллионы раз выше, чем в земных поясах Ван Аллена.
Орбитальная платформа RBR, ближе к цели, может быть более эффективной. В июне 2019 года ВВС США запустили то, что считается самой большой неуправляемой структурой, когда-либо летавшей в космосе: дипольную антенну DSX. Основная задача DSX - передавать волны ОНЧ в пояса Ван Аллена и измерять осаждающиеся частицы с помощью бортовых детекторов. «Это новый способ подтягивать пояса и исследовать основные вопросы космической физики», - говорит главный исследователь DSX Джеймс Макколлоу из исследовательской лаборатории ВВС.
Команда ученых из Лос-Аламоса и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА возглавляет второй эксперимент по выпадению ОНЧ. В апреле 2021 года команда планирует запустить зондирующую ракету с экспериментом по взаимодействию плазменных пучков, миниатюрным ускорителем, который будет создавать пучок электронов, который, в свою очередь, будет генерировать волны ОНЧ, способные поглощать частицы. Ривз, который руководит экспериментом, считает, что компактный ускоритель электронов в конечном итоге может стать лучшей метлой, чем гигантская ОНЧ-антенна. «Если мы подтвердим это с помощью этого эксперимента, у нас будет гораздо больше уверенности, что мы сможем увеличить его до более высокой мощности», - говорит он.
Третий эксперимент заставил бы саму атмосферу поднять турбулентные волны, которые притягивали бы электроны. Летом 2021 года военно-морская исследовательская лаборатория планирует начать миссию под названием «Космические измерения турбулентности, вызванные ракетой». Звучащая ракета полетит в ионосферу - атмосферный слой на сотни километров вверх, который заполнен ионами и электронами - и выбрасывает 1,5 килограмма атомов бария. Ионизированный солнечным светом, барий создаст кольцо движущейся плазмы, которая излучает радиоволны: по существу космическая версия магнетрона, гаджет, используемый в микроволновых печах.
Миссии должны помочь показать, какая система RBR является наиболее выполнимой, хотя эксплуатационная система может быть недоступна годами. Какой бы ни была технология, это может привести к риску. Полномасштабная космическая очистка может сбрасывать столько энергии в верхние слои атмосферы, сколько и геомагнитные бури, вызванные случайными извержениями Солнца. Как и они, это может нарушить навигацию и связь для коммерческих авиалайнеров. И это породило бы кучу оксидов азота и оксидов водорода, которые могли бы разрушить озоновый слой стратосферы. «Мы не знаем, насколько велик будет эффект», - говорит Эллисон Джейнс, космический физик из Университета Айовы.
Помимо защиты от ядерного взрыва, технология RBR может иметь гражданский дивиденд, отмечает Джейнс. НАСА и другие космические агентства уже давно борются с защитой астронавтов от поясов Ван Аллена и других источников радиации на их пути в глубокий космос и из него. Сверхвысокочастотные передатчики могут быть использованы для очистки высокоэнергетических электронов непосредственно перед тем, как космический аппарат войдет в опасную зону. «Когда мы станем более активными космическими путешественниками, - говорит она, - это может обеспечить безопасный проход через радиационные пояса.»