Как найти ядерную бомбу в космосе: физики предложили детектор на спутнике

Договор о космосе 1967 года запретил ядерное оружие на орбите, но у сторон так и не появилось способа проверить его соблюдение. Новый метод использует протоны радиационных поясов Земли и обещает обнаружить боеголовку с расстояния 4 километров.

Когда США и Советский Союз подписали Договор о космосе в 1967 году, обе страны согласились не размещать ядерное оружие и другие виды оружия массового уничтожения на орбите вокруг Земли. В частности, статья IV договора была призвана не допустить распространения гонки ядерных вооружений холодной войны в космос — цель, которую разделяли обе сверхдержавы.

Проблема — тогда и сейчас — в том, что ни у одной из сторон никогда не было надежного способа подтвердить, что другая держит слово.

После почти 60 лет неопределенности недавнее технико-экономическое исследование физика из MIT Арега Данагуляна предлагает возможное решение: спутниковый датчик, который мог бы искать признаки ядерного материала на борту другого космического аппарата, используя высокоэнергетические протоны, захваченные магнитным полем Земли, в качестве зонда. Характерным признаком боеголовки в космосе стал бы мощный всплеск нейтронов, которые, как ожидают ученые, рождаются, когда эти высокоэнергетические протоны взаимодействуют с радиоактивными элементами, например ураном, внутри боеголовки. Детектор размером примерно с энциклопедию, оснащенный специализированными датчиками, мог бы идентифицировать нейтроны, исходящие из направления возможной боеголовки, с расстояния около 2,5 мили (4 километров) примерно через неделю наблюдений, согласно расчетам исследования. При меньшем расстоянии обнаружение могло бы произойти гораздо быстрее.

Последствия космического ядерного взрыва ужасны. Но станет ли система обнаружения преградой для ядерной детонации в космосе, зависит от нескольких факторов — некоторые технические, но многие нет, рассказали эксперты Live Science.

Что делает ядерный взрыв в космосе

На Земле испытания ядерного оружия оставляют явные признаки — сейсмические волны, радиоактивные осадки, интенсивные вспышки света и тепла, — которые ученые десятилетиями учились обнаруживать. Однако боеголовку можно спрятать внутри обычного на вид спутника, потенциально на десятилетия, и снаружи ничто ее не выдаст. Если такое оружие взорвется, оно может одним взрывом уничтожить тысячи коммерческих, научных и военных спутников, замусорив орбиту опасными обломками.

Большую часть истории Договора о космосе отсутствие механизма проверки было скорее теоретическим пробелом, чем срочной проблемой — отчасти потому, что мир уже видел, что делает ядерный взрыв на орбите, и в основном избегал его повторения.

Самый яркий пример — Starfish Prime, один из дюжины высотных ядерных испытаний, проведенных США в 1958–1962 годах. 9 июля 1962 года США взорвали боеголовку мощностью 1,45 мегатонны примерно в 250 милях (400 километрах) над Тихим океаном.

Взрыв на несколько часов нарушил радиосвязь, вызвал искусственные полярные сияния, видимые с Гавайев, и в итоге повредил или уничтожил восемь из 24 спутников, находившихся тогда на орбите, — включая Telstar 1 и британский Ariel 1. Радиация от взрыва оставалась на орбите около пяти лет, делая части ближнего космоса опасными для космических аппаратов. Согласно рассказам очевидцев того времени, радиация также вывела из строя около 300 уличных фонарей в Гонолулу и включила сигнализацию по всему Оаху.

Советский Союз провел собственную серию высотных ядерных испытаний, известную как проект К, в 1961–1962 годах. Эти взрывы также вызвали разрушительные последствия на земле, включая сбои в электроснабжении и связи на территории нынешнего Казахстана.

«Это был один из первых случаев, когда мы начали понимать, каким образом космическая среда и земная среда связаны друг с другом», — рассказал Live Science Джон Барентайн, астроном, изучавший экологические последствия космической деятельности эпохи холодной войны.

Дипломатические вопросы

Очевидно, что последствия ядерного взрыва в космосе значительны, и новая работа решает давнюю проблему, предлагая способ обнаружения оружия в космосе.

Но сработает ли обнаружение на практике? Чтобы спутник оказался достаточно близко для наблюдения за другим — и оставался там неделю, — потребуется держать спутники ближе, чем обычно, говорят эксперты. Это может вызвать подозрения в шпионаже или атаке.

«Операторы спутников очень нервничают, — сказал Live Science Томас Гонсалес Робертс, доцент Технологического института Джорджии, изучающий, как космические державы взаимодействуют с управлением космическим пространством. — Если чужой спутник проводит слишком много времени рядом с вашим, вы можете подумать, что за вами шпионят».

Любая такая работоспособная система потребовала бы сотрудничества страны, чей спутник проверяют, а это поднимает отдельный набор вопросов о международных нормах — когда и как такие проверки могут проводиться, считает Брайан Уиден, директор по гражданской и коммерческой политике Центра космической политики и стратегии Aerospace Corp.

«По моему опыту, политические проблемы всегда сложнее технических», — сказал Уиден Live Science.

Решение в поисках проблемы?

Есть и вопрос: не является ли это решением в поисках проблемы? Несмотря на ранние испытания, преднамеренное ядерное поражение спутников оставалось редкостью по веской причине, сказал Робертс. У нападающего может быть одна цель, но «вы поразите не только эту цель, и у вас ограниченный контроль над тем, какие спутники пострадают».

Это создает стратегическую проблему для любой космической державы: любое государство, способное уничтожить чужие спутники ядерным оружием, «также имеет и собственный относительно большой флот», — сказал Робертс, — а значит, атакующий, скорее всего, повредит и свои аппараты.

«Примеров ядерного ущерба в космосе очень мало, потому что это настолько очевидно плохая идея, — сказал Робертс. — Это оружие, честно говоря, не предназначено для использования».

Ставки выше, чем когда-либо

В теории рациональные игроки должны избегать запуска или подрыва ядерного оружия в космосе. Ни одна страна не взрывала ядерное оружие на орбите с 1960-х годов, и до сих пор неясно, сколько ядерных боеголовок, если они есть, сейчас скрыто в космосе.

Но эту возможность стало труднее игнорировать в 2024 году, когда американские официальные лица заявили, что у них есть доказательства разработки Россией ядерного противоспутникового оружия, — утверждение, которое Москва отрицает. Предполагаемый аппарат, по данным СМИ, — российский военный радиолокационный спутник «Космос-2553», который в 2022 году был выведен на орбиту с повышенной радиацией, которой избегает большинство других связных аппаратов, заявила Мэллори Стюарт из Госдепартамента США в интервью 2024 года.

Россия заявляла, что миссия предназначена для ускоренного тестирования того, как бортовая электроника выдерживает радиацию, но американские официальные лица заявили, что уровень радиации на этой высоте недостаточно высок для таких испытаний. Позже спутник наблюдался кувыркающимся и совершающим беспорядочные маневры. Такое поведение усилило подозрения, что аппарат мог маневрировать к целевому спутнику, чтобы взорваться как ядерное оружие, учитывая «продемонстрированную готовность России наносить удары по американским и союзным объектам на орбите», заявили представители Космического командования США, согласно сообщению The Guardian.

Ставки сейчас выше, чем десятилетия назад. Все три эксперта, опрошенные для этой статьи, согласились: космический ядерный взрыв сегодня был бы катастрофическим — во многом из-за загруженности орбиты. В 1962 году на орбите было 24 спутника, управлявшиеся двумя странами (США и СССР). По данным трекера, который ведет астроном Джонатан Макдауэлл, сегодня в космосе отслеживается более 48 000 объектов, запущенных более чем 190 странами; вместе они обеспечивают связь, навигацию, прогноз погоды, наблюдение Земли и военные системы, на которых держится мир.

Даже спутники вне радиуса взрыва могут быть повреждены ядерным взрывом на орбите. Современные спутники строятся из готовой недорогой электроники, чтобы успевать за коммерческим спросом, и они «вероятно, не защищены от той радиации, которую вы получили бы от ядерного взрыва в космосе», — сказал Уиден. «Думаю, это самая большая проблема».

Исследование федерального правительства показало, что один высотный ядерный взрыв может повысить радиацию на низкой околоземной орбите настолько, что в течение недель или месяцев выведет из строя почти все незащищенные спутники, с прямым финансовым ущербом, приближающимся к $500 миллиардов, и общим экономическим воздействием, потенциально превышающим $3 триллиона. Потенциальные потери только выросли по мере взрывного роста числа спутников и усиления зависимости мира от них. В то же время снижение стоимости запусков снизило барьер входа в космонавтику, открыв орбиту для негосударственных игроков без собственных крупных спутниковых флотов. Такая динамика делает более привлекательной эксплуатацию глубокой экономической и военной зависимости великих держав от космоса, сказал Робертс.

«Это наиболее привлекательно для государства-изгоя, такого как Северная Корея, — добавил он. — Это не привлекательно для космической державы, такой как Россия. Это не значит, что они этого не сделают; просто у такого типа атаки огромное количество минусов».

В конечном счете, окажутся ли методы обнаружения космического ядерного оружия, подобные предложенным в исследовании MIT, полезными, — это вопрос политики, сказал Уиден.

Внедрение такой системы обнаружения «поднимет целую кучу новых дискуссий об орбитальных инспекциях и международных нормах вокруг этого», — сказал Уиден.

Невидимый арсенал: почему проверка в космосе так трудна

Договор о космосе — редкий пример соглашения, которое соблюдается без механизма контроля. Но именно отсутствие проверки делает его уязвимым.

Спутники не подлежат досмотру. Нет ни инспекторов, ни системы оповещения. Боеголовка может годами вращаться вокруг Земли, маскируясь под обычный аппарат, и никто не узнает.

Метод Данагуляна элегантен: вместо того чтобы заглядывать внутрь спутника, он использует естественный фон радиационных поясов Земли. Протоны, захваченные магнитным полем, пронизывают космос. Когда они ударяют в уран или плутоний, рождаются нейтроны — сигнатура, которую трудно скрыть.

Но даже идеальный детектор не решает политическую проблему. Чтобы приблизиться к чужому спутнику на 4 километра и наблюдать неделю, нужно согласие его владельца. А владелец, у которого есть что скрывать, никогда не согласится.

Парадокс проверки: страна, которая не нарушает договор, не возражает против инспекций. Страна, которая нарушает, — именно та, которую нужно проверить. И она скажет «нет».

Поэтому техническое решение — лишь первый шаг. Настоящая битва будет за нормы и правила. И она, как всегда, окажется сложнее физики.

Источники: исследование Арега Данагуляна (MIT), комментарии Джона Барентайна, Томаса Гонсалеса Робертса и Брайана Уидена, данные The Guardian.