Взрыв ядерного заряда в эксперименте Starfish Prime в 1962 году. Взрыв вызвал неожиданно сильный электромагнитный импульс, последствия которого были очевидны даже на расстоянии 1500 километров на Гавайях. | фото: ксерокс через Википедию , CC-BY-ND, Creative Commons
Когда научный эксперимент выходит за рамки ожиданий, он иногда терпит неудачу. Редко, однако, успех столь же разрушителен, как в американской Starfish Prime. В течение 9 июля 1962 года ракета "Тор" поднялась с боеголовкой мощностью около 1,4 мегатонн в тротиловом эквиваленте на высоту 400 километров над поверхностью. Затем, согласно плану, он взорвался в основном чуть выше того места, которое покинул, над атоллом Джонстона, примерно в тысяче километров к западу-юго-западу от Гавайев.
Сегодня нелегальный и сумасшедший эксперимент был вдохновлен предыдущими взрывами в конце 1950-х годов в атмосфере (YUCCA, TEAK, ORANGE, три в рамках проекта ARGUS), которые, согласно подготовительному документу Starfish Prime , были выполнены не очень хорошо, но слишком поспешно, только фрагментарно. Однако результат не только удивил авторов эксперимента. Это было значительно сильнее, чем ожидалось. Взрыв произвел быстро расширяющееся облако ионизированных частиц и электронов, часто с относительно высокими энергиями. Некоторые из них оставались в ловушке в магнитном поле Земли примерно на высоте взрыва.
Несколькими годами ранее это не было практической проблемой, но к 1962 году космическая эра постепенно начала расти. Заряженные частицы, попавшие в магнитную ловушку Земли, повредили три из пяти спутников, которые находились на орбите в то время, где они также выжили неожиданно долго. Некоторые были захвачены только через пять лет, хотя, конечно, общая сумма быстро уменьшалась в течение этого времени.
Поток частиц также повредил транзисторы первого телекоммуникационного спутника Telstar 1, который был запущен на следующий день после ядерного взрыва Starfish Prime. В отличие от большинства современных соединительных спутников, он не «стоял» на геостационарной орбите на 36 000 километров над Землей, а двигался по очень эллиптической орбите до тысячи километров над поверхностью. Это означало не только то, что оно транслировалось с перебоями для этого места на Земле, примерно через 20 минут.
Но прежде всего он двигался на высотах, где вращались взрывчатые частицы. Когда частицы повредили транзисторы Telstar, в электронике постепенно накапливались ошибки. Поэтому спутник не был уничтожен сразу, он постепенно «уходил».
Это может быть полезно для кого-то
Телстар 1 (иллюстративная иллюстрация)
Конечно, неожиданные последствия Starfish Prime не ускользнули от внимания военных планировщиков. Они исследовали потенциал ядерных взрывов на орбите со всех возможных углов. Однако сегодня принято считать, что, помимо нарушения действующих международных договоров, подписанных всеми великими державами, такой шаг не имеет особого смысла.
В настоящий момент, находясь на орбите на орбите, США почти без сомнения имеют большое преимущество перед своими возможными противниками, такими как Китай и Россия. Однако у этих стран также есть свои шпионы, и они не хотели бы потерять их полностью. Взрыв может также вызвать эвакуацию людей на орбиту и лишить возможности летать с экипажами людей, возможно, еще на один год.
Есть одна страна с ядерным оружием и баллистическими ракетами, которая ничего не потеряет на орбите от взрыва: Северная Корея. Таким образом, вооруженные силы США серьезно озабочены планированием нападения корейцев на орбиту и даже разработкой противоракетного оружия.
Как показали экспериментальные взрывы на рубеже 1950-х и 1960-х годов, очевидно, что на орбите можно вызвать «шторм». Однако с 1970-х годов, возможно, стало еще более удивительно очевидным, что «космическая погода», в частности потоки заряженных частиц в магнитном поле Земли, также влияет на наземные передатчики. Как выяснилось, особенно в очень длинном диапазоне волн, количество заряженных частиц значительно зависит. Однако на этот раз измерения проводились не после ядерного взрыва, а в областях, где заряженные частицы на орбите, в основном электроны, движутся в наибольшем количестве: так называемый пояс Ван Аллена.
На самом деле, мы должны назвать ремни. Первый пояс Ван Аллена начинается на высоте около 600 километров, достигая высоты около 6000 километров. Над ним лежит еще один пояс. Как выяснили американские исследования Ван Аллена, который исследовал пояс между 2012 и 2019 годами, над этим поясом время от времени могут возникать новые. Например, в октябре 2013 года третья полоса заряженных частиц сформировалась над Землей в течение нескольких недель .
Ван Аллен поясов вокруг Земли
Наибольший интерес, однако, уделяется внутреннему поясу Ван Аллена, который является не только самым стабильным, но и самым опасным. Он содержит частицы с самыми высокими энергиями, от 10 до 100 мегаэлектрон вольт (МэВ), которые могут нанести вред как электронике, так и здоровью человека в больших дозах. Первый пояс Ван Аллена является одной из причин, по которой станция МКС находится на высоте около 400 километров и не намного выше.
Подводные волны
Очень длинные волны (VDV) от вашего радио вы, вероятно, не знаете. Радиоволны с частотами от 30 до 300 кГц (то есть с длиной волны от 10 до 100 километров) упоминаются. Это не совсем эффективное средство общения; Проще говоря, эти волны могут передавать относительно мало информации, поэтому они используются только для определенных целей. Например, для радионавигации, передачи сигнала времени. И, например, для связи с подводными лодками, потому что они проникают на глубину около 40 метров.
В то же время он лучше подходит для «очистки» орбиты электронов, чем другие радиоволны. Проще говоря, эти волны, особенно передатчики в диапазоне приблизительно 17–23 кГц, с относительно высокой эффективностью «выталкивают» электроны из пояса Ван Аллена ближе к атмосфере, где электроны исчезают во время дальнейших столкновений. В некоторых частях пояса наземное радиовещание оказывает большее влияние на продолжительность «выживания» электронов, чем природные ресурсы. Другими словами, без наземного вещания эти полосы излучения выглядели бы иначе. Так, на протяжении десятилетий люди влияли на «космическую погоду», не зная об этом.
Моделирование того, что происходит на орбите, было усовершенствовано в последние годы, поскольку измерения увеличились. И кажется, что «космическая погода» может быть намного легче контролировать, чем наша земная погода. Из моделей предполагается, что мощности порядка десятков киловатт достаточно для относительно значительного изменения количества электронов в радиационном поясе. (Для сравнения, с точки зрения атмосферы Земли, эти энергии ничтожны: средний ураган имеет выходную мощность около 10 13 киловатт, или более чем в триллион раз выше.) Таким образом, предпринимаются действия.
Зонды миссии Ван Аллена. Это были два идентичных зонда, которые путешествовали с относительно небольшим расстоянием по очень эллиптической орбите, которая вела их через обе полосы Ван Аллена.
Четыре раза по-разному
Эксперты начинают проверять, реально ли на практике "восстановление ремня радиации" (RBR). Дэн Бейкер из Университета Колорадо рассказал журналу Science, что ученые уже предприняли свои первые попытки использовать антенны VDV, используемые ВМС США для связи с подводными лодками. Гигантская "чаша" передатчика Аресибо в Пуэрто-Рико также может быть задействована в программе.
DSX эксперимент
Большие надежды возлагаются на оборудование, размещенное непосредственно на орбите. Например, потому что они достигают того же результата с более низкими энергиями, чем наземные станции. В 2020 году были предприняты первые попытки «отремонтировать радиационный пояс» с помощью оборудования DSX, которое ВВС США отправили в космос в 2019 году на борту Falcon Heavy. По сути, это большая антенна длиной около 80 метров, которая естественно излучает очень длинные волны.
В 2021 году оборудование, разработанное в лабораториях Лос-Аламоса, должно быть выпущено в космос. Это называется экспериментом по взаимодействию с плазменным пучком. В основном это небольшой ускоритель электронов, который затем «запускается» на орбите. Это создает плазменную волну, и приборы на зонде должны контролировать их распространение на орбите. Это также будет генерировать радиоволны, которые затем могут «очистить» орбиту электронов. Насколько эффективным будет процесс, сегодня существуют противоречивые мнения (существуют разные модели взаимодействия возникающей плазмы с окружающей средой), эксперимент должен дать четкий ответ.
Через несколько месяцев должна последовать еще одна попытка, опять же с немного другим подходом. Морская исследовательская лаборатория США запускает эксперимент SMART (космические измерения турбулентности, вызванной ракетой).
Термин турбулентность в названии не относится к турбулентности, которая делает жизнь пассажиров на самолете неприятной, но к нарушениям в окружающей среде, намного менее редким, в ионосфере. Зонд должен выпустить 1.5-килограммовое облако бария на орбиту. Солнечное излучение затем ионизирует атомы бария, создавая облако излучающей плазму.
Неизвестно, превращается ли эксперимент в реальное устройство для защиты от ядерной атаки на орбите или даже от воздействия солнечной бури. Между тем, он должен решить, какой принцип окажется наиболее выгодным - работает ли он.
Следует отметить, что вооруженные силы могут найти другое применение для возможного исхода. Действительно, «исправление» имеет вторичные последствия, предсказывая физические модели. Как и солнечная буря, это может означать нарушение радиосвязи в этом районе. События также генерируют, например, количество оксидов азота, которые могут нарушить озоновый слой. Согласно моделям, количество должно быть небольшим, похожим на количество солнечных штормов, но, конечно, мы пока точно не знаем.
В то же время существует вероятность того, что такая технология может служить для защиты экипажа человека при поездках в более отдаленные уголки Солнечной системы от воздействия солнечных вспышек. Антенна или ускоритель могут образовывать «защитную оболочку» вокруг корабля, которая может эффективно отводить заряженные частицы. Но это пока далекое видение; ядерный взрыв на орбите может произойти намного раньше, чем первый полет экипажа на другую планету.
