מחקר שפורסם ב־Nature מציע להשתמש בלוויין זעיר כדי לזהות נייטרונים הנוצרים כאשר פרוטונים עתירי אנרגיה פוגעים בחומר גרעיני. לפי החישובים, מעקב ממרחק ארבעה קילומטרים במשך כשבוע עשוי להספיק – אך בשלב זה מדובר בבדיקת היתכנות בלבד
אמנת החלל החיצון אוסרת מאז 1967 להציב במסלול סביב כדור הארץ נשק גרעיני או כלי נשק אחרים להשמדה המונית. ואולם, כמעט שישה עשורים לאחר כניסתה לתוקף, עדיין אין מנגנון טכנולוגי מוסכם שבאמצעותו אפשר לבדוק אם לוויין חשוד אכן נושא נשק כזה. מחקר שפורסם בכתב העת Nature מציע להפוך את הקרינה הטבעית המקיפה את כדור הארץ לכלי פיקוח.
את הרעיון פיתח פרופ' חבר ארג דנאגוליאן (Areg Danagoulian) מהמחלקה למדע ולהנדסה גרעינית ב־MIT. במקום לשגר קרינה באופן פעיל לעבר הלוויין החשוד, המערכת המוצעת מנצלת פרוטונים עתירי אנרגיה הלכודים בחגורת הקרינה הפנימית של ואן אלן. כאשר פרוטונים אלה פוגעים בכמות גדולה של אורניום, הם עשויים לגרום לפליטת נייטרונים בתהליך המכונה ספלאציה. זיהוי הנייטרונים עשוי להסגיר את נוכחותו של מתקן תרמו־גרעיני.
האמנה אוסרת – אך אינה מספקת דרך לבדוק
המחקר פורסם על רקע חששות שהשמיעו גורמים אמריקניים באשר ללוויין הרוסי קוסמוס 2553, ששוגר בפברואר 2022 למסלול בגובה של כ־2,000 קילומטרים. רוסיה טוענת כי מדובר בלוויין לחישה מרחוק ולמעקב, ואילו ארצות הברית העלתה את האפשרות שהוא משמש לבחינת רכיבים של מערכת אנטי־לוויינית בעלת מטען גרעיני. המחקר אינו מוכיח דבר בנוגע ללוויין הרוסי, אלא משתמש במסלולו כתרחיש לדוגמה לצורך החישובים. ([arXiv][3])
פיצוץ גרעיני במסלול נמוך לא יפגע רק בלוויין מסוים. הוא עלול לשחרר מספר עצום של אלקטרונים עתירי אנרגיה, שיילכדו בשדה המגנטי של כדור הארץ ויפגעו בהדרגה באלקטרוניקה של לוויינים רבים. התוצאה האפשרית היא שיבוש של מערכות תקשורת, ניווט לווייני, אינטרנט, תצפיות מטאורולוגיות ושירותים נוספים שעליהם נשענת התשתית המודרנית. ניסוי גרעיני אמריקני שנערך בגובה רב בשנת 1962 כבר המחיש כיצד קרינה שנלכדה סביב כדור הארץ יכולה להשבית לוויינים. ([MIT News][4])
לוויין מפקח בגודל קיובסאט
דנאגוליאן מציע להציב גלאי נייטרונים על לוויין זעיר מסוג 9U CubeSat. לוויין כזה יורכב מתשע יחידות קיובסאט בסיסיות, ויוכל לנוע במסלול קרוב ללוויין שאותו מבקשים לבדוק. החיישנים יצטרכו להבחין בין הנייטרונים המגיעים מן העצם החשוד לבין הרקע העז של פרוטונים, אלקטרונים וחלקיקים אחרים המצויים בחגורות הקרינה.
המערכת המוצעת נשענת על שני עקרונות: סינון של חלקיקים טעונים וזיהוי כיוון הגעתם של הנייטרונים. אם עודף הנייטרונים מגיע שוב ושוב מכיוונו של הלוויין החשוד, הדבר עשוי להעיד כי הפרוטונים הטבעיים פוגעים בכמות גדולה וחריגה של חומר גרעיני בתוכו. היתרון הוא שאין צורך להקרין את הלוויין מבחוץ או לגעת בו – חגורת ואן אלן עצמה מספקת את הפרוטונים הדרושים לבדיקה.
לפי החישובים, גלאי יחיד בגודל 9U עשוי לזהות מתקן תרמו־גרעיני ברמת ביטחון של יותר מ־99% לאחר כשבוע של תצפית ממרחק ארבעה קילומטרים. התקרבות למרחק של כקילומטר עשויה לקצר את זמן הבדיקה לכשעה, ואילו שימוש בכמה לווייני בדיקה עשוי להאיץ עוד יותר את האיסוף.
מהיתכנות פיזיקלית למערכת מבצעית
למרות המספרים המרשימים, אין עדיין לוויין כזה ואין ניסוי שהוכיח את פעולתו בחלל. המחקר מבוסס על מודלים וחישובים ממוחשבים, ומטרתו להראות שהרעיון אפשרי מבחינה פיזיקלית. דנאגוליאן מדגיש כי יש צורך במחקר הנדסי ובניסויי אבטיפוס לפני שיהיה אפשר לקבוע אם המערכת מעשית.
בין הבעיות שעדיין דורשות פתרון נמצאות עמידות החיישנים והאלקטרוניקה בסביבת הקרינה הקשה, תנודות הטמפרטורה, פעילות הציוד בריק והיכולת להתקרב ללוויין זר ולשמור על מרחק יציב ממנו. גם הרכבו המדויק של המתקן הגרעיני עשוי להשפיע על עוצמת האות ועל הזמן הדרוש לזיהוי.
לצד הקשיים הטכנולוגיים קיימות שאלות מדיניות. מדינות עלולות לראות בהתקרבות לוויין מפקח ללוויין שלהן פעולה עוינת או ניסיון ריגול. לכן מערכת כזו תדרוש לא רק חיישנים ומנגנוני ניווט, אלא גם כללים בינלאומיים שיגדירו מתי מותר לבצע בדיקה, מי יפעיל את הלוויינים וכיצד ישותפו הממצאים.
דנאגוליאן מקווה כי פרסום הרעיון בספרות המדעית הפתוחה יעודד מעבדות לאומיות וחוקרים עצמאיים לבחון אותו. לדבריו, עצם קיומה של יכולת אימות עשוי להרתיע מדינות מהפרת האמנה, משום שהן יֵדעו כי יהיה קשה יותר להסתיר נשק גרעיני במסלול. הוא סיכם זאת במשפט: "אפשר לזייף מודיעין, אבל אי אפשר לזייף פיזיקה".
המחקר אינו פותר את בעיית חימוש החלל, אך הוא מציע שינוי חשוב בגישה: שימוש בסביבה הטבעית הקשה של החלל – שנחשבת בדרך כלל למכשול בפני גלאים – כמקור הקרינה שיסייע לבדוק מה מסתתר בתוך לוויין.
—
מקור ומאמר מקורי
- המחקר בכתב העת Nature: Verification of the Outer Space Treaty with cosmic protons
- גרסת המחקר הפתוחה ב־arXiv
- הודעת MIT על המחקר
שאלות ותשובות
כיצד אפשר לזהות נשק גרעיני בתוך לוויין סגור? פרוטונים עתירי אנרגיה המצויים בחגורות ואן אלן עשויים לפגוע בחומר הגרעיני ולגרום לפליטת נייטרונים. גלאי הנמצא בלוויין סמוך ינסה לזהות את האות הזה.
האם המערכת כבר נבנתה? לא. מדובר בבדיקת היתכנות המבוססת על חישובים והדמיות. נדרשים עדיין אבטיפוס, ניסויים ובדיקות בתנאי חלל.
כמה זמן נדרש כדי לזהות נשק? לפי החישובים, מעקב ממרחק ארבעה קילומטרים עשוי להימשך כשבוע. ממרחק של קילומטר זמן הזיהוי עשוי להתקצר לכשעה.
מדוע נשק גרעיני בחלל מסוכן ללוויינים רבים? פיצוץ כזה עלול ליצור אוכלוסייה גדולה של חלקיקים טעונים שיילכדו בשדה המגנטי של כדור הארץ ויפגעו באלקטרוניקה של לוויינים רבים לאורך זמן.
עוד בנושא באתר הידען
- הדרקון והחלל: על לוחמת חלל בסין
- החלל כזירת קרב
- מלחמת הכוכבים השנייה
- שוגרו לווייני RBSP שימדדו את חגורות הקרינה
- אוניברסיטת תל אביב מקימה מרכז לטכנולוגיית לוויינים זעירים
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
