Недавно годовщина космических испытаний ядерного оружия. 9 июля 1962 года США провели операцию «Морская звезда» — высотный взрыв ядерной бомбы. Мощность взрыва составила 1,4 тонны, высота взрыва — около 400 километров, место взрыва — недалеко от острова Джонстон в Тихом океане.
Свечение наблюдалось с самолетов-разведчиков
В чем актуальность этой темы?
Ее актуальность обусловлена резкими изменениями военно-политической ситуации, произошедшими за последние несколько десятилетий. Мир стал более нестабильным.
Несколько месяцев назад российские и французские СМИ, в том числе. Публикуя интервью с высокопоставленными политиками, они обсуждали сценарии потенциального обмена ядерными ударами между Францией и Россией.
Украина сняла многие ядерные табу. К ним относятся систематические атаки на атомные электростанции, атаки на радары системы раннего предупреждения о ядерном нападении и т д
В США серьезно обсуждается необходимость передачи ядерного оружия (ЯО) Германии и Японии.
Израиль – страна с катастрофической стратегической ситуацией и обладающая ядерным оружием. Очевидно, что у Ирана есть ядерное оружие. И Пакистан. Саудовская Аравия однажды заплатила за ядерную программу Пакистана в обмен на обещание передать ядерные боеголовки по первому требованию и т д
Вообще говоря, есть много людей, которые могут проводить космические ядерные взрывы по совершенно разным причинам.
Стоит отметить, что эту тему начали обсуждать и такие издания, как Scientific American. Повторюсь, прочитайте эту публикацию, чтобы понять, о чем сегодня нужно говорить в приличном околонаучном обществе.
Так что же произойдет, если или, скорее, когда в космосе произойдет ядерный взрыв?
Очевидно, что те спутники, которые находятся ближе к взрыву, будут уничтожены. Но что происходит с остальными из нас? Давайте разберемся в этом.
Вокруг этой темы ходит много мифов, как о надкритичности, так и о взрывобезопасности. Поэтому, пытаясь что-то понять, мы опираемся на неоспоримые факты.
Очевидно, что динамика плазмы высотного ядерного взрыва представляет собой весьма сложную нелинейную нелокальную задачу. Ее невозможно решить теоретически. Ни один неядерный эксперимент не сможет полностью смоделировать происходящее.
Первый факт. За последние шестьдесят лет в космосе не проводилось ни одного испытания ядерного оружия.
Второй факт. За период испытаний получить полные научные данные не удалось. В то время спутников было очень мало. А используемое оборудование не позволяет в полной мере измерить изучаемые эффекты. Конечно, полученные тогда научные данные не были полностью опубликованы.
Например, вот экспериментальная статья 2006 года. Экспериментальный — потому что только тогда научные данные с разных спутников смогут быть правильно рассчитаны и синхронизированы, что позволит более точно, чем раньше, описать некоторые последствия взрыва.
сборник отчетов Американского симпозиума по морским звездам, переведенный на русский язык и опубликованный в 1964 году - https://elib.biblioatom.ru/text/operatsiya-mornaya-zvezda_1964/p0/
Выступающие неоднократно подчеркивали, что сенсорная аппаратура несовершенна и многие параметры измеряются косвенно и весьма приблизительны. Например, через скорость деградации солнечных батарей.
Третий факт. Многие спутники были повреждены последствиями ядерных взрывов.
Например, навигационный спутник ВМС США Transit 4B. Причем взрыв произошел 9 июля, а 2 августа спутник перестал работать. Важно отметить, что на спутнике установлен ядерный источник энергии SNAP 3, а это означает, что оборудование спутника рассчитано на устойчивость к радиации.
Навигационный спутник ВМС США Transit 4B
Таким образом формируются искусственные радиационные пояса. Их воздействие на спутники продолжалось месяцами. Некоторые из них отключены.
Вопрос в том, где именно расположены эти радиационные пояса. Я не могу найти четкого ответа на этот вопрос. Будем считать, что я плохо выгляжу, но думаю, есть и другие причины – см факт номер два. Итак, начнем с другой стороны.
Южно-Атлантическая магнитная аномалия — ближайшая к поверхности Земли область внутреннего радиационного пояса высотой до 200 километров. Это увеличивает поток заряженных частиц в регионе и подвергает спутники, включая Международную космическую станцию, более высокому, чем обычно, уровню ионизирующей радиации.
Как морские звезды влияют на поток заряженных частиц в этой аномалии?
Я не нашел ответа на этот вопрос.
Однако есть статистика, показывающая, что в обычных условиях работа спутниковой электроники в этом районе нарушается.
Изображение из книги «Воздействие радиации на материалы космических аппаратов», Новиков Л.С., 2010.
Вышеупомянутый случай представляет собой одиночный сбой в динамической памяти спутника. (Пробег – 700 км). Ниже приведен поток протонов из радиационных поясов.
Так мы выяснили, что если произойдет космический ядерный взрыв, то из-за существования южноатлантической магнитной аномалии многие даже низкоорбитальные спутники проведут часть своего времени в искусственном радиационном поясе.
Каковы негативные последствия пребывания там? Каковы повреждающие факторы?
Во-первых, это то, что спутник расположен в радиационных поясах.
Еще раз упомяну НИИЯФ МГУ. Книга Новикова Льва Симоновича "Взаимодействие космических аппаратов с окружающей плазмой.
Спутник пролетел над аномалией в Южной Атлантике за считанные минуты. Этого достаточно, чтобы привести его заряд в равновесие с окружающей плазмой.
В то же время большинство низкоорбитальных спутников не предназначены для работы в таких условиях. Они должны работать в плазме с температурой порядка 1000 К и дебаевской длиной порядка сантиметров.
Обратите внимание: Это трудно оставить без внимания: президент сокращает космический бюджет России в ожидании лучших результатов.
Внезапно они оказались в плазме с температурой, достигающей десятков кэВ. Корпуса спутников не являются воздухонепроницаемыми, и широко используются непроводящие материалы. Это означает – привет дифференциальная электрификация – то, что когда одна часть спутника имеет один потенциал, а другая часть — другой, это означает, что произойдет сбой.Кроме того, существует значительный поток заряженных частиц с энергиями в диапазоне МэВ. Это означает, что сбои могут возникать не только между отдельными элементами спутника. А еще внутри есть непроводящие компоненты. Их результаты называются графиками Лихтенберга — см изображение ниже.
Второй поражающий фактор – это заряженные частицы высоких энергий.
Этот фактор в основном влияет на электронные продукты.
В статье Википедии о Южно-Атлантической магнитной аномалии перечислено множество сенсационных фактов о сбоях электроники космических кораблей, вызванных этим фактором.
Самое интересное, что написали об использовании обычных ПК на космическом корабле. Это интересно, поскольку подобное гражданское электронное оборудование часто устанавливается на низкоорбитальных спутниках. Кроме того, активно развивается тенденция размещения вычислительных мощностей на спутниках для обработки информации непосредственно на орбите.
Текст, относящийся к бортовым компьютерам шаттла, больше не доступен на сайте НАСА. Но копия сохранилась в Интернет-архиве. В приведенном ниже отрывке объясняется, почему старый, медленный GPC шаттла (на фото) нельзя заменить новым ноутбуком.
гель-проникающая хроматография
_________
В ноутбуках ThinkPad 760XD произошло два или три изменения памяти из-за радиации во время полетов шаттла на Международную космическую станцию. Для миссии космического телескопа «Хаббл» НАСА это число увеличивается до 30. Причина в том, что орбита Хаббла находится примерно в 150 милях над космической станцией, где радиационная защита от магнитного поля Земли не так сильна.
Разработчики также обнаружили, что ноутбуки выходили из строя, когда космический челнок проходил через аномалию в Южной Атлантике».
_________
Обычный компьютер в Шаттле
И все это внутри космического корабля. Спутниковая электроника защищена гораздо хуже.
Оптика
Конечно, частицы высокой энергии повлияют не только на компьютеры, но и на матрицы фотоаппаратов и так далее. Мало того, что на картинке появятся «искры», так и постепенно деградирует матрица.
Помимо матриц, ионизирующее излучение может повредить оптику – последствия затемнения и помутнения стекол, а также снижения прозрачности. В книге LS приведены значения критических доз для некоторых материалов. Новиков «Воздействие радиации на материалы космических аппаратов".
Солнечные панели
Да, современные солнечные элементы более устойчивы к радиации, чем старые кремниевые элементы. Вопрос в том, насколько выше. По данным, приведенным Новиковым в той же книге, предельно допустимая доза современных солнечных батарей примерно на порядок выше (чуть меньше порядка, в 5-8 раз). То есть, если от взрыва 60 лет назад спутники перестали работать через 20 дней, то те же спутники сегодня перестанут работать через 200 дней (если радиационные пояса просуществуют так долго). Но теперь спутники другие. Опять же, существует фактор коммерческого интереса: почему спутники требуют дополнительных ресурсов? Сколько энергии может потерять спутник на своих солнечных батареях и продолжать работать? Тогда кто сказал, что будет только один взрыв?
Аналогичным образом, производительность спутников дистанционного зондирования во многом ограничена способностью и скоростью передачи информации на Землю. Меньше энергии означает меньше времени передачи.
Если спутник сам рассчитывает изображение, то возникают синергетические эффекты – деградация оптической системы, ошибки вычислений, снижение вычислительной энергии, снижение энергии на передачу информации. Насколько менее эффективной была бы такая система?
Так что же происходит после ядерного взрыва в космосе?
Исходя из написанного выше, можно предположить, что сценарий развития событий следующий.
Спутники, находящиеся вблизи ядерного взрыва, будут уничтожены немедленно.
Через несколько дней некоторые спутники, проходящие через искусственные радиационные пояса, выйдут из строя. Причина неудачи в том, что они не могут противостоять высокотемпературной плазме.
Спутники, тщательно разработанные в соответствии со спецификациями. Электрофизики продолжат работу. Но их солнечные элементы, электроника и оптические системы будут деградировать из-за потока энергичных частиц. Если спутнику не удастся выйти на орбиту, эти факторы сделают его бесполезным в течение десятков дней. Если бы оно было более успешным, активная жизнь спутника сократилась бы.
Какие стратегии защиты вы можете принять?
Первое очевидное, что нужно сделать, — это построить «танк» — космический корабль — для защиты его от негативных элементов.
Вторая очевидная стратегия — запускать спутники как можно ниже. Да, он долго не проживет. Но ни один из этих «дешевых» спутников не живет долго. На сверхнизкой орбите влияние негативных факторов слабее. И вы сможете лучше увидеть Землю.
Не поэтому ли Запад в последнее время активно разрабатывает спутники #VLEO?
Третья стратегия — использование более высоких орбит. Их спутники должны работать в среде, которая уже содержит негативные последствия ядерных взрывов в космосе. Поэтому для многих орбит различие внешних условий после ядерного взрыва будет не качественным, а количественным.
Несмотря на это, стоимость использования космического пространства резко возрастает.
А затраты будут только возрастать, потому что существует лишь вероятность того, что кто-то будет использовать космический ядерный взрыв в каких-то целях — слишком велико произведение вероятности возникновения события и его ущерба военным и другим критически важным системам.
источник: https://t.me/IngeniumNotes
Телеграмма о космическом ядерном взрыве (ссылка) Длинное сообщение 3Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Как повлияет на спутники космический ядерный взрыв.