DEFENSE THREA

T REDUCTION AGENCY

9 LIPCA 1962 ROKU

z atolu Johnston Island na

Oceanie Spokojnym wystartowa∏a wyposa˝ona w g∏owic´
termojàdrowà rakieta balistyczna Thor. Wybuch, opatrzony
kryptonimem Starfish Prime, by∏ kolejnym w serii ÊciÊle taj-
nych testów, jakie prowadzono od czterech lat pod egidà De-
partamentu Obrony USA. Niemal ˝adna z osób, które Êledzi-
∏y wznoszàcà si´ wÊród k∏´bów dymu rakiet´, nie zdawa∏a
sobie wówczas sprawy z dalekosi´˝nych skutków przepro-
wadzonej w kosmosie eksplozji o mocy 1.4 MT.

Tymczasem na odleg∏ych o 1300 km Hawajach czekano na

wspania∏e widowisko. Dowiedziawszy si´ w jakiÊ sposób o
kolejnym teÊcie „t´czowej bomby”, co pr´˝niejsze przedsi´bior-
stwa turystyczne zorganizowa∏y na dachach hoteli przyj´cia,
podczas których goÊcie mogli podziwiaç dalekie fajerwerki.
Tego wieczoru g∏owic´ zdetonowano na wysokoÊci 400 km.
Eksplozji towarzyszy∏ niezwykle jaskrawy b∏ysk bia∏ego Êwia-
t∏a, który nagle rozÊwietli∏ niebo i ocean niczym s∏oƒce w po-
∏udnie. Gdy przygas∏, niebo przybra∏o na moment barw´ jas-
nej zieleni.

Mieszkaƒcy Hawajów doÊwiadczyli równie˝ innych, mniej

spektakularnych skutków tego zdarzenia. Na wyspie Oahu
na chwil´ przygas∏o oÊwietlenie uliczne. Lokalne stacje ra-
diowe zamilk∏y; przez jakiÊ czas nie dzia∏a∏a tak˝e ∏àcznoÊç te-
lefoniczna. W innym rejonie Pacyfiku wystàpi∏y pó∏minuto-
we zak∏ócenia systemów komunikacyjnych dzia∏ajàcych na
bardzo wysokich cz´stotliwoÊciach. Naukowcy stwierdzili
póêniej, ˝e eksplozja Starfish Prime by∏a êród∏em silnego elek-
tromagnetycznego impulsu zak∏ócajàcego (EMP – electroma-
gnetic pulse), który rozprzestrzeni∏ si´ na rozleg∏ym obsza-
rze poni˝ej punktu wybuchu.

W ciàgu nast´pnych kilku minut nad horyzontem rozpo-

star∏a si´ krwistoczerwona zorza [ilustracja na sàsiedniej stro-

nie]. Dla naukowców efekt ten nie by∏ zaskoczeniem, gdy˝ po-
dobna chmura na∏adowanych czàstek tworzy∏a si´ w prze-
strzeni wokó∏ziemskiej po ka˝dym z poprzednich wybuchów
jàdrowych na orbicie. Z up∏ywem czasu si∏y ziemskiego pola
magnetycznego przekszta∏ca∏y t´ chmur´ w pierÊcieƒ przy-
pominajàcy naturalne pasy radiacyjne, zwane pasami Van Al-
lena [ilustracja na stronie 75]. Jednak nikt nie oczekiwa∏ tego,
co wydarzy∏o si´ w ciàgu nast´pnych kilku miesi´cy: sztucznie
wytworzone pasy intensywnej radiacji sparali˝owa∏y a˝ siedem
satelitów obiegajàcych Ziemi´ po niskiej orbicie (LEO – low
earth orbit), co stanowi∏o jednà trzecià ich ówczesnej liczby.
W tym samym roku kryzys kubaƒski doprowadzi∏ do uzgodnie-
nia traktatu o zakazie prób jàdrowych w atmosferze, ale zanim
go podpisano, amerykaƒscy wojskowi dokonali jeszcze trzech
podobnych eksplozji. W wojskowej terminologii okreÊlano je
jako HANE (high-altitude nuclear explosions).

Groêne HANE

OD CZASU PIERWSZYCH PRÓB J

ÑDROWYCH

typu HANE opinia pu-

bliczna w stosunkowo niewielkim stopniu informowana by-
∏a o zagro˝eniu, jakie stanowià one dla stale powi´kszajàcej
si´ armady satelitów, bez których trudno dziÊ sobie wyobra-
ziç nawigacj´, telekomunikacj´ czy prognozowanie pogody i
które dla wielu ga∏´zi nauki sta∏y si´ niezastàpionymi narz´-
dziami badawczymi. Wed∏ug danych Satellite Industry Asso-
ciation na niskich orbitach krà˝y wokó∏ Ziemi oko∏o 250 sa-
telitów komercyjnych i wojskowych. Wi´kszoÊç z nich nie ma
˝adnych zabezpieczeƒ przeciwko promieniowaniu, jakie to-
warzyszy wybuchowi jàdrowemu w górnych warstwach at-
mosfery. Rozpowszechnianie si´ technologii, które potencjal-
nie wrogim sobie krajom (a niewykluczone, ˝e i grupom
terrorystycznym) umo˝liwiajà budowanie broni jàdrowej i

72

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

W

y

b

u

c

h

y

j

à

d

r

o

we

w ko

s

m

o

s

i

e

Rozpowszechnienie broni jàdrowej i rakiet balistycznych

zwi´ksza niebezpieczeƒstwo ataków jàdrowych

na krà˝àce wokó∏ Ziemi satelity

Daniel D. Dupont

WYWO¸ANA SZTUCZNIE ZORZA rozÊwietli∏a niebo w kilka
minut po zdetonowaniu bomby wodorowej o mocy 1.4 MT.
Eksplozji dokonano w 1962 roku na wysokoÊci 400 km
nad Oceanem Spokojnym, w ramach testu przeprowadzonego
pod kryptonimem Starfish Prime. Niesamowita czerwona poÊwiata
pochodzi∏a od wzbudzonych atomów atmosferycznego tlenu.

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

73

rakiet balistycznych, rodzi coraz wi´kszy niepokój o bezpie-
czeƒstwo orbitalnych systemów satelitarnych. Jedna niewiel-
ka g∏owica jàdrowa zdetonowana na odpowiedniej wysoko-
Êci nad terytorium Stanów Zjednoczonych „zak∏óci∏aby
powa˝nie nasze sieci telekomunikacyjne i wszelkiego rodza-
ju systemy elektroniczne, co mia∏oby fatalne nast´pstwa dla
spo∏eczeƒstwa amerykaƒskiego, a tak˝e dla innych spo∏ecz-
noÊci” – twierdzi Robert S. Norris, wysokiej rangi naukowiec
uczestniczàcy w programie atomowym realizowanym pod
egidà Natural Resources Defense Council.

Do przeprowadzenia eksplozji typu HANE nie potrzeba

wiele: wystarczy niedu˝a g∏owica jàdrowa i typowa rakieta
balistyczna wraz z wyrzutnià, nie bardziej zaawansowana
technicznie ni˝ SCUD. W obecnej chwili takimi Êrodkami
dysponuje osiem paƒstw: Stany Zjednoczone, Rosja, Chiny,
Wielka Brytania, Francja, Izrael, Indie i Pakistan. Zdaniem nie-
których analityków z Pentagonu bardzo bliski uzyskania po-
dobnych mo˝liwoÊci technicznych jest tak˝e Iran.

W 2001 roku zespó∏ pod przewodnictwem Donalda H.

Rumsfelda (który nie by∏ jeszcze wtedy sekretarzem obrony)
ostrzega∏, ˝e „Stany Zjednoczone sà pierwszorz´dnym kandy-
datem na Pearl Harbor ery kosmicznej”. Zespó∏ Rumsfelda
(Commission to Assess United States National Security Space
Management and Organization) wystosowa∏ nast´pnie we-
zwanie do amerykaƒskich przywódców, aby podj´li jak naj-
szybsze dzia∏ania w celu zabezpieczenia USA przed niespodzie-
wanym atakiem w kosmosie i ograniczenia jego ewentualnych
skutków.

Jakkolwiek Stany Zjednoczone w∏aÊnie instalujà system

obrony strategicznej przeciwko rakietom dalekiego zasi´gu,
to jednak nie zosta∏ on jeszcze nale˝ycie przetestowany i byç
mo˝e nigdy nie zapewni pe∏nej ochrony. Co wi´cej, u˝ycie
pocisku przechwytujàcego przeciwko rakiecie z g∏owicà jàdro-
wà wyposa˝onà w zapalnik zbli˝eniowy mo˝e, jak na ironi´,
doprowadziç do zgubnej eksplozji typu HANE.

Agencja ds. Zmniejszania Zagro˝enia Wrogim Atakiem

(DTRA – Defense Threat Reduction Agency) w Pentagonie
przeprowadzi∏a w 2001 roku symulacje ró˝nych hipotetycz-
nych scenariuszy wykorzystania HANE przeciwko satelitom
kategorii LEO. Ich wyniki by∏y szokujàce. Okaza∏o si´, ˝e jed-
na g∏owica jàdrowa ma∏ej mocy (10–20 kT, czyli mniej wi´cej
taka, jakà zrzucono na Hiroszim´), zdetonowana na wysoko-

Êci od 125 do 300 km nad powierzchnià Ziemi, „mog∏aby na
okres od kilku tygodni do kilku miesi´cy wy∏àczyç z u˝ytku
wszystkie satelity LEO, które nie by∏yby os∏oni´te przed
promieniowaniem powstajàcym w wyniku takiej eksplozji”.
K. Dennis Papadopoulos, specjalista w zakresie fizyki plazmy
z University of Maryland, który prowadzi zlecone przez rzàd
amerykaƒski badania skutków HANE, przedstawia to zagro-
˝enie nieco inaczej: „Przeprowadzona na odpowiedniej wyso-
koÊci eksplozja dziesi´ciokilotonowej g∏owicy jàdrowej spo-
wodowa∏aby w ciàgu miesiàca utrat´ 90% wszystkich satelitów
krà˝àcych wokó∏ Ziemi na niskich orbitach”.

Wed∏ug raportu DTRA po wybuchu HANE maksymalny po-

ziom radiacji w niektórych rejonach niskich orbit podniós∏by
si´ o trzy, cztery rz´dy wielkoÊci. Z przedstawionych w nim
modeli wynika, ˝e podwy˝szone nat´˝enie promieniowania
mog∏oby utrzymywaç si´ nawet przez dwa lata. Ka˝dy sateli-
ta, którego trajektoria przecina∏aby te rejony, kumulowa∏by
efekty napromieniowania szybciej, ni˝ przewidziano w jego
planach konstrukcyjnych, co doprowadzi∏oby do zmniejsze-
nia szybkoÊci prze∏àczania obwodów elektronicznych i pod-
wy˝szenia poboru mocy. Zdaniem autorów raportu w takim
satelicie jako pierwsze najprawdopodobniej zawiod∏yby sys-
temy ∏àcznoÊci lub orientacji przestrzennej. Ostatecznie usta-
∏oby dzia∏anie wszelkich uk∏adów elektroniki czynnej i sate-
lita sta∏by si´ ca∏kowicie niezdatny do wykonywania swoich
zadaƒ. Nawet gdyby któryÊ z niezabezpieczonych przed pro-
mieniowaniem satelitów przetrwa∏ HANE, czas jego u˝ytecz-
nego funkcjonowania uleg∏by radykalnemu skróceniu.

Ma∏o tego – wysoki poziom radiacji uniemo˝liwi∏by wystrze-

lenie satelitów zast´pczych. W raporcie DTRA znalaz∏o si´
te˝ stwierdzenie, ˝e „program lotów za∏ogowych musia∏by
zostaç wstrzymany na co najmniej rok, dopóki poziom promie-
niowania nie obni˝y∏by si´ do bezpiecznych wartoÊci”. W
ostatecznym rachunku usuwanie skutków HANE wiàza∏oby
si´ z kosztami blisko 100 mld dolarów – a szacunki te w naj-
mniejszym nawet stopniu nie uwzgl´dniajà strat, jakie po-
nios∏aby Êwiatowa gospodarka po utracie tak wa˝nych dla niej
Êrodków ∏àcznoÊci i nawigacji. Pomimo tych wyliczeƒ zagro-
˝enie eksplozjami typu HANE „jest ciàgle bagatelizowane”

74

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

DEFENSE THREA

T REDUCTION AGENCY

n

Wystrzelenie i zdetonowanie rakiety z g∏owicà jàdrowà na niskiej

orbicie wokó∏ziemskiej powa˝nie zak∏óci∏oby funkcjonowanie
satelitów telekomunikacyjnych i badawczych, wy∏àczajàc je
z u˝ytku nawet na wiele lat i parali˝ujàc te sektory gospodarki,
które wykorzystujà najnowsze osiàgni´cia techniki.

n

W miar´ rozprzestrzeniania si´ broni jàdrowej oraz technologii bu-

dowy rakiet balistycznych coraz wi´cej paƒstw (a nawet
organizacji pozapaƒstwowych) zyskuje zdolnoÊç
do przeprowadzenia takiej eksplozji. Choç atak tego rodzaju
jest stosunkowo ma∏o prawdopodobny, jego konsekwencje
by∏yby zbyt powa˝ne, aby go nie braç pod uwag´.

n

W razie wybuchu jàdrowego w przestrzeni kosmicznej

odpowiednie manipulowanie falami elektromagnetycznymi
o bardzo niskiej i skrajnie niskiej cz´stotliwoÊci mo˝e zmniejszyç
liczb´ na∏adowanych czàstek wytworzonych przez eksplozj´,
pozwalajàc na wznowienie pracy satelitów.

Przeglàd /

Broƒ jàdrowa na orbicie

W 1958 ROKU STANY ZJEDNOCZONE przeprowadzi∏y prób´ jàdrowà o
kryptonimie Teak, której celem by∏o zbadanie skutków u˝ycia rakiet anty-
balistycznych. Dokonana na wysokoÊci 77 km eksplozja o mocy 3.8 MT
uniemo˝liwi∏a komunikacj´ radiowà w ró˝nych rejonach Pacyfiku, unieru-
chamiajàc lotniska cywilne i wojskowe nawet na odleg∏ych Hawajach.

– przestrzega kongresman Curt Weldon z Pensylwanii, znany
w Komisji Si∏ Zbrojnych Izby Reprezentantów jako wytrwa-
∏y or´downik systemów obrony przed atakiem rakietowym i
jàdrowym.

Niska orbita, wysokie ryzyko

AMERYKA

¡SKIE I RADZIECKIE PRÓBY JÑDROWE

typu HANE, które

przeprowadzono w latach pi´çdziesiàtych i szeÊçdziesiàtych,
sà obecnie jedynymi dost´pnymi do analiz rzeczywistymi
przypadkami takich wybuchów. Wiadomo, ˝e podczas wybu-
chu jàdrowego powstaje ognista kula gwa∏townie ekspandu-
jàcych, goràcych gazów, która nie tylko generuje silnà fal´
uderzeniowà, lecz tak˝e emituje we wszystkich kierunkach
olbrzymie iloÊci energii w postaci promieniowania termicz-
nego, wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich i
gamma, szybkich neutronów oraz zjonizowanych pozosta∏o-
Êci materia∏u, z którego zrobiona by∏a bomba. W pobli˝u
powierzchni atmosfera absorbuje t´ energi´, wskutek cze-
go powietrze rozgrzewa si´ do bardzo wysokiej temperatury
i emituje silne Êwiat∏o widzialne. JednoczeÊnie czàsteczki
powietrza w pewnym stopniu os∏abiajà towarzyszàcy wy-
buchowi impuls elektromagnetyczny. Zniszczenia, do jakich
dochodzi w nast´pstwie wybuchu dokonanego w dolnych
warstwach atmosfery, sà wynikiem dzia∏ania pot´˝nej fali
uderzeniowej, gwa∏townych wiatrów i piekielnego ˝aru.

Wybuchy jàdrowe przeprowadzane na du˝ych wysoko-

Êciach przebiegajà inaczej. W górnych warstwach atmosfery
ognista kula ekspanduje szybciej i dalej ni˝ tu˝ nad powierzch-
nià Ziemi, a emitowane przez nià promieniowanie ma o wie-
le wi´kszy zasi´g.

Wed∏ug Papadopoulosa pot´˝ny impuls elektromagnetycz-

ny spowodowany przez HANE ma kilka sk∏adowych. Oko∏o
0.1% ca∏kowitej energii wybuchu zostaje wyemitowane w cià-
gu pierwszych kilkudziesi´ciu nanosekund w postaci kwantów
promieniowania gamma o energiach od 1 do 3 MeV, które
docierajà do g´stszych warstw atmosfery i zderzajà si´ z czà-
steczkami powietrza. Przekazujàc im swojà energi´, powo-
dujà powstanie du˝ej liczby jonów dodatnich i elektronów
odrzutu (zwanych tak˝e komptonowskimi). Elektrony komp-
tonowskie o energii rz´du megaelektronowoltów zostajà na-
st´pnie zmuszone do ruchu po spiralnych trajektoriach wzd∏u˝
linii ziemskiego pola magnetycznego, w którym doznajà do-
datkowego przyÊpieszenia. Powstajàce przy tym szybkozmien-
ne pràdy i pola elektryczne sà êród∏em silnych fal radiowych
o cz´stotliwoÊci od 15 do 250 MHz. Tego rodzaju z∏o˝ony im-
puls elektromagnetyczny obserwuje si´ na wysokoÊci od 30 do
50 km nad powierzchnià Ziemi.

WielkoÊç obszaru, który jest êród∏em emisji, zale˝y od mo-

cy ∏adunku jàdrowego i wysokoÊci, na jakiej nastàpi∏ wybuch.
W przypadku eksplozji o mocy 1 MT, przeprowadzonej na
wysokoÊci 200 km, ma on Êrednic´ oko∏o 600 km – wyjaÊnia
Papadopoulos. – Powstajàcy na du˝ej wysokoÊci impuls elek-
tromagnetyczny wytwarza ró˝nice potencja∏u elektrycznego,
które przekraczajà 1000 V i w zupe∏noÊci wystarczajà do spa-
rali˝owania wszystkich czu∏ych urzàdzeƒ elektrycznych i elek-
tronicznych, jakie znajdujà si´ na powierzchni Ziemi w polu
bezpoÊredniego widzenia. Natomiast pola generowane przez
impuls elektromagnetyczny na wysokoÊciach orbitalnych sà
stosunkowo s∏abe i na ogó∏ nie powodujà wi´kszych zak∏ó-
ceƒ – dodaje.

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

75

ELEKTRONY WYCHWYCONE z wiatru s∏onecznego (lub wstrzykni´-
te do jonosfery w nast´pstwie wybuchu jàdrowego) poruszajà si´ po
spirali wzd∏u˝ linii pola magnetycznego naszej planety niczym pacior-
ki na drucie, biegajàc tam i z powrotem od jednego bieguna magne-
tycznego do drugiego. Rój elektronów nie jest bezkszta∏tny – mo˝na
w nim wyodr´bniç otaczajàce kul´ ziemskà pierÊcienie radiacyjne
zwane pasami Van Allena.

Pomi´dzy wewn´trznym i zewn´trznym pasem Van Allena znajdu-

je si´ tzw. szczelina – strefa o wzgl´dnie niskiej g´stoÊci czàstek na-
∏adowanych, w której mogà bezpiecznie krà˝yç satelity. Gdy eksplo-
zje jàdrowe „wpompujà” wi´cej elektronów do pasów Van Allena i
doprowadzà do ich przepe∏nienia, w szczelinie tworzà si´ sztuczne
pasy radiacyjne, które mogà zak∏ócaç dzia∏anie uk∏adów elektronicz-
nych w satelitach.

Nat´˝enie pola magnetycznego Ziemi osiàga maksimum w pobli˝u

biegunów magnetycznych. Elektron, który zbli˝a si´ do bieguna, poru-
sza si´ coraz wolniej (wstawka). W koƒcu zatrzymuje si´ w tzw. punk-
cie zwrotnym i odbija si´, by po spirali nawini´tej na lini´ pola podà˝yç
w stron´ drugiego bieguna. WysokoÊç, na jakiej znajduje si´ punkt
zwrotny, zale˝y od wielkoÊci kàta utworzonego przez trajektori´ czàst-
ki i lini´ pola w chwili, gdy czàstka przecina p∏aszczyzn´ równika. Czàst-
ki, dla których kàt ten jest niewielki, majà punkt zwrotny na wysokoÊci
poni˝ej 100 km nad powierzchnià Ziemi, a zatem mogà zderzaç si´
z czàsteczkami gazów atmosferycznych, wywo∏ujàc zorz´ polarnà
(trajektoria poÊrodku). Czàstki, których punkt zwrotny le˝y powy˝ej
100 km, nie majà szans na zderzenie z czàsteczkami atmosferycznymi
i pozostajà uwi´zione w polu magnetycznym naszej planety.

POLE MAGNETYCZNE W OTOCZENIU ZIEMI

ALFRED T

. KAMAJIAN

Trajektoria
elektronu

Punkt

zwrotny

Zorza

polarna

Pas wewn´trzny

Trajektoria

elektronu

50 000 km

Szczelina

Pas zewn´trzny

Sztuczny pas
radiacyjny

Linia pola

magnetycznego

PASY RADIACYJNE
VAN ALLENA

Wewn´trzny pas elektronowy:
600–5000 km

Szczelina (strefa bezpieczna):
6000–12 000 km

Zewn´trzny pas elektronowy:
20 000–50 000 km

W nieopatrzonych klauzulà tajnoÊci dokumentach naukow-

cy pracujàcy dla rzàdu amerykaƒskiego oceniajà, ˝e zazwyczaj
mniej wi´cej 70% ca∏kowitej energii wyzwolonej podczas wybu-
chu jàdrowego przybiera postaç promieniowania rentgenow-
skiego. Promienie Roentgena, jak równie˝ towarzyszàce im pro-
mienie gamma i wysokoenergetyczne neutrony, uderzajà we
wszystko w zasi´gu wzroku, powa˝nie uszkadzajàc pobliskie
satelity. Nat´˝enie wszystkich rodzajów promieniowania male-
je jednak z odleg∏oÊcià od miejsca wybuchu, a zatem w przy-
padku satelitów znajdujàcych si´ w wi´kszych odleg∏oÊciach
od ognistej kuli szkody sà znacznie mniejsze.

„Mi´kkie” (czyli niskoenergetyczne) promieniowanie rent-

genowskie wytworzone przez HANE nie przenika do wn´-
trza satelity ani statku kosmicznego, za to niezwykle silnie
rozgrzewa jego os∏on´ zewn´trznà, co z kolei mo˝e uszko-
dziç znajdujàcà si´ wewnàtrz skomplikowanà aparatur´ elek-

tronicznà. Mi´kkie promieniowanie rentgenowskie uszkadza
te˝ czujniki i przyrzàdy optyczne oraz ogniwa s∏oneczne, któ-
re sà podstawowym êród∏em energii satelitów. W przeciwieƒ-
stwie do niego wysokoenergetyczne promieniowanie rentge-
nowskie powoduje gwa∏towne przemieszczanie si´ elektronów
we wn´trzu satelity, a wytworzone w ten sposób olbrzymie
ró˝nice potencja∏ów i silne pràdy elektryczne niszczà deli-
katne obwody elektroniczne.

W czasie, gdy promieniowanie niszczy satelity, zjonizowa-

ne pozosta∏oÊci bomby oddzia∏ujà z ziemskim polem magne-
tycznym, odpychajàc je na odleg∏oÊç 100–200 km od miejsca
wybuchu – kontynuuje Papadopoulos. Wygenerowany w ten
sposób impuls rozchodzi si´ wokó∏ ca∏ej kuli ziemskiej w po-
staci fal o niskiej cz´stotliwoÊci, które odbijajà si´ tam i z po-
wrotem mi´dzy powierzchnià Ziemi i dolnà granicà jonosfe-
ry. Zwiàzane z nimi pola elektryczne sà raczej s∏abe (ich

76

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

ALFRED T

. KAMAJIAN

TYPOWY PRZEBIEG WYDARZE¡ po zdetonowaniu ∏adunku jàdrowego na
orbicie wyglàda nast´pujàco. W ciàgu pierwszych kilkudziesi´ciu nanose-
kund powstajà kwanty twardego promieniowania gamma, które na wyso-
koÊci 30–40 km zderzajà si´ z neutralnymi czàsteczkami atmosfery (1).
Produktem takich zderzeƒ sà elektrony o wysokich energiach. Te szybko
poruszajàce si´ czàstki generujà pot´˝ny impuls elektromagnetyczny, któ-
ry uszkadza czu∏e uk∏ady elektroniczne w bezpoÊrednim polu widzenia
na powierzchni Ziemi (2).

W kolejnej sekundzie wi´kszoÊç energii wybuchu jest unoszona przez pro-

mieniowanie rentgenowskie (3). Gdy takie promieniowanie dociera do po-
bliskich niezabezpieczonych satelitów, indukuje w nich silne pràdy i du-
˝e ró˝nice potencja∏u, co prowadzi do zniszczenia uk∏adów elektronicznych.

JednoczeÊnie zjonizowane resztki ∏adunku jàdrowego docierajà na

wysokoÊç kilkuset kilometrów, gdzie wskutek oddzia∏ywaƒ z ziemskim
polem magnetycznym generujà zmienne pole elektryczne o niskiej cz´-
stotliwoÊci (4). Pole to ma postaç wolno oscylujàcych fal, które roz-
chodzà si´ wokó∏ kuli ziemskiej, odbijajàc si´ tam i z powrotem mi´-
dzy powierzchnià naszej planety i dolnà granicà jonosfery. Pomimo
niewielkiego nat´˝enia mo˝e ono indukowaç du˝e ró˝nice potencja∏u w
d∏ugich podziemnych i podmorskich kablach przesy∏owych, doprowa-
dzajàc do rozleg∏ych awarii sieci energetycznych.

W ciàgu nast´pnych tygodni i miesi´cy elektrony uwi´zione w ziem-

skim polu magnetycznym zak∏ócajà dzia∏anie uk∏adów elektrycznych i
elektronicznych w napotkanych na swej drodze satelitach.

NAST¢PSTWA EKSPLOZJI JÑDROWEJ NA ORBICIE

Eksplozja
jàdrowa

Promieniowanie gamma

Górne warstwy atmosfery

Promieniowanie
rentgenowskie

Satelita bez os∏ony

Resztki
bomby

Ziemia

Fale
elektromagnetyczne
o niskiej
cz´stotliwoÊci

Awaria sieci
elektrycznej

Padajàcy

promieƒ gamma

Neutralna

czàsteczka

Elektron

o wysokiej

energii

Promieƒ gamma

po rozproszeniu

Impuls

elektromagnetyczny

1

2

3

4

Jonosfera

Pole

magnetyczne

nat´˝enie nie przekracza 1 mV/m), niemniej mogà genero-
waç znaczne ró˝nice potencja∏ów w d∏ugich podziemnych i
podmorskich kablach przesy∏owych, powodujàc rozleg∏e awa-
rie sieci energetycznych i telefonicznych. To w∏aÊnie zjawi-
sko by∏o przyczynà przerw w funkcjonowaniu linii przesy∏o-
wych i sieci telekomunikacyjnych, które wystàpi∏y na
Hawajach po teÊcie Starfish Prime.

Po ustaniu bezpoÊrednich skutków HANE wytworzona przez

nià chmura wysokoenergetycznych elektronów i protonów zo-
staje przyÊpieszona przez ziemskie pole magnetyczne i „wpom-
powana” do magnetosfery, gdzie rozdyma otaczajàce naszà
planet´ naturalne pasy radiacyjne. Na∏adowane czàstki prze-
dostajà si´ równie˝ do obszaru pomi´dzy pasami naturalnymi,
gdzie tworzà sztuczne pasy radiacyjne. Zjawisko to zosta∏o
nazwane imieniem Nicholasa Christofilosa, który przewidzia∏
je w po∏owie lat pi´çdziesiàtych. Seria eksplozji jàdrowych w
górnych warstwach atmosfery, jakà Stany Zjednoczone prze-
prowadzi∏y pod koniec lat pi´çdziesiàtych pod kryptonimem
Projekt Argus, potwierdzi∏a jego hipotez´. W sztucznie wy-
tworzonych pasach radiacyjnych Christofilos widzia∏ poten-
cjalne korzyÊci militarne: uwa˝a∏, ˝e nadajà si´ one do zak∏ó-
cania komunikacji radiowej, a nawet unieszkodliwiania
nadlatujàcych rakiet balistycznych wroga.

Satelity-tarcze

OD WIELU DZIESI

¢CIOLECI

Pentagon pracuje nad zabezpiecze-

niem orbitalnych obiektów militarnych przed skutkami wybu-
chów jàdrowych. Wyjàtkowo wa˝ne satelity wojskowe umiesz-
czane sà na wysokich orbitach, co w znacznym stopniu chroni
je przed atakiem jàdrowym. Ponadto konstruktorzy satelitów
wyposa˝ajà je w dodatkowà ochron´ przed skutkami promie-
niowania. Ma ona postaç zamkni´tych os∏on z materia∏u prze-
wodzàcego, które na zasadzie klatki Faradaya ekranujà umiesz-
czonà w ich wn´trzu delikatnà aparatur´ elektronicznà od
zewn´trznych pól elektrycznych. Âcianki os∏ony sà najcz´Êciej
wykonane z aluminium, a ich gruboÊç wynosi od 1 do 10 mm.
W os∏ony przeciwko impulsom elektromagnetycznym wypo-
sa˝a si´ równie˝ naziemne obiekty militarne, systemy telekomu-
nikacyjne i inne instalacje o zasadniczym znaczeniu.

Ochrona satelitów jest jednak przedsi´wzi´ciem drogim.

Dodatkowa os∏ona to wi´ksze koszty i wi´ksza masa satelity.
Z kolei wi´ksza masa oznacza znacznie wi´ksze wydatki zwià-
zane z wyniesieniem satelity na orbit´. èród∏a zbli˝one do
Departamentu Obrony USA potwierdzajà, ˝e ju˝ w fazie pro-
jektowania uwzgl´dnienie zabezpieczeƒ zwi´ksza o 2–3%
kosztorys, który i bez nich idzie w miliony dolarów. Wed∏ug
niektórych szacunków zastosowanie os∏on i elementów o pod-
wy˝szonej odpornoÊci oraz zwi´kszenie masy satelity powo-
duje wzrost jego ca∏kowitych kosztów o 20–50%. Ponadto
u˝yteczne pasmo cz´stotliwoÊci, w jakim mogà pracowaç
uk∏ady elektroniczne odporne na promieniowanie towarzy-
szàce HANE (które oko∏o stokrotnie przewy˝sza poziom pro-
mieniowania naturalnego) jest mniej wi´cej dziesi´ciokrot-
nie w´˝sze ni˝ w przypadku uk∏adów dost´pnych na rynku, co
zwi´ksza koszty eksploatacji nawet o rzàd wielkoÊci.

Jednak os∏ony nie za∏atwiajà wszystkiego – mówi Papado-

poulos. Zdaniem projektantów najpowa˝niejszym problemem
zwiàzanym z promieniowaniem HANE jest wewn´trzne elek-
tryzowanie si´ dielektryków pod wp∏ywem elektronów o
energiach rz´du megaelektronowoltów. Do takiego destruk-

cyjnego gromadzenia si´ ∏adunku dochodzi, gdy wysokoener-
getyczne czàstki, które przenikn´∏y przez os∏ony zabezpiecza-
jàce i Êcianki satelity, utknà w pó∏przewodnikowym materiale
mikroobwodów elektronicznych lub ogniw s∏onecznych. Nie-
po˝àdane ró˝nice potencja∏u zak∏ócajà przep∏yw sygna∏ów, a na-
wet przepalajà obwody. Gdy gruboÊç os∏ony metalowej przekra-
cza 10 mm, jej w∏aÊciwoÊci ochronne gwa∏townie si´ pogarszajà
– wyjaÊnia – poniewa˝ przy bombardowaniu wysokoenerge-
tycznymi czàstkami powstaje w niej promieniowanie elektro-
magnetyczne zwane promieniowaniem hamowania, które rów-
nie˝ mo˝e wyrzàdziç znaczne szkody.

Mo˝liwe sà inne sposoby ochrony – mówi Larry Longden z fir-

my Maxwell Technologies, która zajmuje si´ zabezpieczaniem
satelitów. Mo˝na na przyk∏ad umieszczaç w satelitach czujniki,
które po wykryciu szkodliwego promieniowania wy∏àcza∏yby
mikroprocesory i uk∏ady elektroniczne, a w∏àcza∏y je, gdy promie-
niowanie spadnie do bezpiecznego poziomu. Jednak˝e pomimo
zwiàzanego z HANE zagro˝enia cywilnych statków orbitalnych
Departamentowi Obrony USA nie uda∏o si´ dotàd namówiç
amerykaƒskich firm produkujàcych satelity do dobrowolnego
wdro˝enia zabezpieczeƒ – twierdzi Barry Watts, pracownik
Center for Strategic and Budgetary Assessments.

Czyszczenie po HANE

GDYBY NIEPRZYJACIEL

zdetonowa∏ ∏adunek jàdrowy na orbicie,

Stany Zjednoczone nie by∏yby w stanie zapobiec d∏ugofalo-
wym skutkom wybuchu. Jednak w przysz∏oÊci b´dzie mo˝na

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

77

DEFENSE THREA

T REDUCTION AGENCY

PODCZAS TESTU O KRYPTONIMIE KINGFISH, przeprowadzonego w
1962 roku, amerykaƒska rakieta typu Thor wynios∏a g∏owic´ jàdrowà
o mocy poni˝ej 1000 kT na wysokoÊç 97 km. Czerwona poÊwiata po-
chodzi od wzbudzonych przez fal´ uderzeniowà atomów tlenu. Struk-
tura widoczna w dolnej cz´Êci zdj´cia jest wynikiem zderzeƒ wysokoener-
getycznych elektronów ze stosunkowo g´stym powietrzem na mniejszych
wysokoÊciach. Wybuch spowodowa∏ trzygodzinnà przerw´ w ∏àcznoÊci
radiowej w rejonie Êrodkowego Pacyfiku.

DANIEL G. DUPONT jest redaktorem naczelnym serwisu interneto-
wego InsideDefense.com i wydawcà serii biuletynów Inside the Pen-
tagon. Publikowa∏ artyku∏y m.in. w Washington Post, Mother Jones,
Government Executive i mediabistro.com; pisze te˝ cz´sto dla Scien-
tific American. Od ponad 11 lat zajmuje si´ problematykà bezpie-
czeƒstwa narodowego oraz zagadnieniami z zakresu nauki i techni-
ki. Urodzi∏ si´ w Nowej Anglii, a obecnie mieszka wraz z ˝onà Mary
i trzema synami w Arlington w stanie Virginia.

O

AUTORZE

wykorzystaç opracowywane w∏aÊnie metody usuwania nie-
po˝àdanych pozosta∏oÊci takich eksplozji. Jedna z nich pole-
ga na wyeliminowaniu szkodliwego promieniowania „szybciej
ni˝ sama przyroda” – mówi Greg Ginet, kierownik progra-
mu w Air Force Research Laboratory. Naukowcy z tego oÊrod-
ka, wraz badaczami finansowanymi przez Agencj´ ds. Rozwo-
ju Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych
(DARPA – Defense Advanced Research Project Agency), pro-
wadzà badania, które majà wykazaç, czy zanikanie szkodliwe-
go promieniowania mo˝na przyÊpieszyç za pomocà fal ra-
diowych o bardzo niskiej cz´stotliwoÊci.

Aby zrozumieç, na czym polega ta metoda – mówi Papa-

dopoulos – mo˝na pos∏u˝yç si´ pewnà analogià. Otaczajàcy
Ziemi´ pas radiacyjny w pewnym sensie przypomina dziura-
we wiadro, do którego „wpompowywane sà” wysokoenerge-
tyczne czàstki na∏adowane, czyli plazma. Tempo wyp∏ywu
czàstek z tego „wiadra” zale˝y od amplitudy, jakà w danym re-
jonie majà fale elektromagnetyczne o bardzo niskiej cz´stotli-
woÊci (od 1 Hz do 20 kHz, tzw. fale VLF – very low frequency).
Aby szybciej usunàç plazm´ z magnetosfery, nale˝y zwi´k-
szyç tempo „wycieku” promieniowania do atmosfery, co od-
powiada poszerzeniu otworu w dnie wiadra.

Zdaniem naukowców mo˝na tego dokonaç za pomocà flo-

tylli specjalnie zaprojektowanych satelitów, które wprowa-

dza∏yby fale typu VLF do pasów radiacyjnych. DARPA i ame-
rykaƒskie si∏y powietrzne prowadzà eksperymenty z nadaj-
nikami VLF w oÊrodku HAARP (High Frequency Active Au-
roral Research Project) w Gakonie na Alasce. HAARP
prowadzi badania jonosfery, a raczej technicznych mo˝liwo-
Êci wp∏ywania na jej stan. OÊrodek ten jest aktualnie rozbu-
dowywany – po cz´Êci po to, by Pentagon móg∏ sprawdziç,
czy mo˝liwe jest obni˝anie liczby na∏adowanych czàstek, ja-
kie znajdujà si´ w ziemskich pasach radiacyjnych.

Naukowcy z HAARP próbujà ustaliç, ile satelitów potrzeba

do zbudowania globalnego systemu ochrony przed zagro˝e-
niem radiacyjnym. Opierajà si´ przy tym na badaniach pro-
wadzonych w Stanford University w latach siedemdziesià-
tych i osiemdziesiàtych, podczas których fale VLF by∏y
wprowadzane do pasów Van Allena za pomocà nadajnika
umieszczonego w pobli˝u bieguna po∏udniowego. Stwierdzo-
no wówczas, ˝e fale te mogà byç w znacznym stopniu wzmac-
niane przez elektrony uwi´zione w pasach radiacyjnych.
Wzmocnienie odbywa si´ kosztem energii swobodnej uwi´zio-
nych czàstek – wyjaÊnia Papadopoulos. – Mamy tu do czynie-
nia ze zjawiskiem typu rezonansowego, analogicznym do te-
go, które zachodzi w laserach na swobodnych elektronach,
gdzie magnes undulacyjny silnie wygina tor ruchu czàstek,
zmuszajàc je do emisji promieniowania synchrotronowego.

78

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

ALFRED T

. KAMAJIAN

¸AGODZENIE SKUTKÓW WYBUCHU NA ORBICIE

PO KOSMICZNEJ EKSPLOZJI jàdrowej powstaje wokó∏ Ziemi pas nisz-
czycielskiej radiacji, który mo˝e utrzymywaç si´ przez wiele lat. Czas
ten zale˝y od tempa, w jakim zawarte w pasie elektrony wydostajà si´
z ziemskiego pola magnetycznego. Wi´kszoÊç uwi´zionych elektronów od-
bija si´ pomi´dzy obszarami po∏o˝onymi wysoko nad biegunami magne-
tycznymi Ziemi, poruszajàc si´ po spiralnych trajektoriach wzd∏u˝ linii
pola magnetycznego (1). Naturalnie wytworzone fale o bardzo niskiej
cz´stotliwoÊci (VLF) i skrajnie niskiej cz´stotliwoÊci (ELF) zderzajà si´
z elektronami w pobli˝u biegunów i odchylajà ich trajektorie, a tym sa-

mym zwi´kszajà prawdopodobieƒstwo, ˝e czàstki te opuszczà pas ra-
diacji i dotrà do powierzchni Ziemi (2). Wykorzystujàc zjawisko rezo-
nansu, mo˝na wzmacniaç fale VLF i ELF, co zwi´ksza tempo ubytku
elektronów. Za pomocà wiàzki fal radiowych o wysokiej cz´stotliwoÊci mo˝-
na modulowaç pràd auroralny (naturalny strumieƒ czàstek na∏adowa-
nych, który p∏ynie w jonosferze na wysokoÊci 100 km nad biegunami),
generujàc w ten sposób fale typu VLF i ELF (3). W przysz∏oÊci skutki
wybuchów jàdrowych na orbicie b´dà przypuszczalnie usuwane za po-
mocà specjalnych satelitów wyposa˝onych w nadajniki VLF i ELF (4).

OBECNIE

W PRZYSZ¸OÂCI

1

4

3

2

Trajektoria
elektronu

Trajektoria
elektronu

Przysz∏y
satelita VLF

Sztucznie wytworzone
fale VLF/ELF

Fale radiowe
o wysokiej cz´stotliwoÊci

Nadajnik radiowy

Wiele
elektronów
ucieka

Pràd auroralny
po modyfikacji

Nieliczne elektrony

odbijajà si´

Wi´kszoÊç elektronów

odbija si´

Pràd auroralny

Linia pola

magnetycznego

Pó∏nocny biegun

magnetyczny

Nieliczne
elektrony
uciekajà

Naturalne fale
VLF/ELF

Proces wzmacniania fal VLF znajduje si´ w centrum uwa-

gi naukowców z HAARP. Mo˝liwoÊç naturalnego wzmacnia-
nia fal wysy∏anych z nadajników satelitarnych oznacza, ˝e do
zbudowania systemu „czyszczàcego” jonosfer´ z pozosta∏o-
Êci po HANE potrzeba znacznie mniej satelitów, ni˝ pierwot-
nie szacowano. Analitycy z Deapartamentu Obrony USA do-
wodzà, ˝e dzi´ki wykorzystaniu tego zjawiska, zamiast ponad
stu satelitów, wystarczy wprowadziç na orbit´ tylko kilka,
dzi´ki czemu koszt budowy systemu mo˝e obni˝yç si´ o mi-
liardy dolarów.

Naukowcy z HAARP wykazali, ˝e za pomocà znajdujàcej si´

w ich oÊrodku instalacji mo˝na generowaç fale typu ELF
(extremely low frequency) i VLF, a tak˝e wydajnie wprowadzaç
je do pasów radiacyjnych [ilustracja na poprzedniej stronie].
Osiàga si´ to przez oddzia∏ywanie na pràd auroralny – stru-
mieƒ plazmy, który p∏ynie poziomo w jonosferze na wysoko-
Êci oko∏o 100 km. Regularne w∏àczanie i wy∏àczanie nadajni-
ka wysokiej cz´stotliwoÊci zmienia temperatur´ plazmy, a
tym samym jej w∏aÊciwoÊci przewodzàce, dzi´ki czemu na
niebie powstaje wirtualna antena nadawcza fal ELF i VLF.
Naukowcy oczekujà, ˝e po rozbudowie instalacja osiàgnie
wystarczajàcà moc, by mo˝na by∏o sprawdziç, czy propono-
wany sposób oddzia∏ywania na jonosfer´ jest rzeczywiÊcie
skuteczny. Wed∏ug Gineta prawdopodobnie ju˝ w obecnym
dziesi´cioleciu uda si´ przeprowadziç rozstrzygajàce ekspe-
rymenty. Od udanego eksperymentu do stworzenia komplet-
nego systemu satelitarnego lub naziemnego musi jednak up∏y-
nàç jeszcze wiele lat.

Czy zagro˝enie jest realne?

DO EKSPLOZJI TYPU HANE

mo˝e doprowadziç wiele wariantów

rozwoju sytuacji geopolitycznej. Studium DTRA k∏adzie nacisk
na mo˝liwoÊç u˝ycia wybuchów tego rodzaju jako „strza∏u
ostrzegawczego”, aby przed przystàpieniem do dzia∏aƒ wojen-
nych daç wyraz swej determinacji i odstraszyç potencjalnego
napastnika. Zespó∏ DTRA przeanalizowa∏ dwa podstawowe
scenariusze, obydwa dotyczàce roku 2010, i przedstawi∏ je w
j´zyku strategów wojskowych. W pierwszym przypadku, w
kulminacyjnym punkcie sporu o Kaszmir, indyjskie wojska
przekraczajà granic´ z Pakistanem. Rzàd pakistaƒski odpowia-
da na t´ eskalacj´ konfliktu, detonujàc g∏owic´ jàdrowà o
mocy 10 kT na wysokoÊci 300 km nad Delhi, dostatecznie
wysoko, aby uniknàç zniszczeƒ na powierzchni Ziemi, a jed-
noczeÊnie na tyle nisko, aby zademonstrowaç swà gotowoÊç
dokonania ataku jàdrowego na terytorium Indii. W drugim
przypadku Korea Pó∏nocna obawia si´ nieprzyjacielskiej
inwazji i jej przywódcy postanawiajà zdetonowaç ∏adunek jà-
drowy wysoko nad w∏asnym terytorium, by daç wyraz nie-
z∏omnej woli narodu koreaƒskiego odparcia wroga. Mimo ˝e
amerykaƒski system obrony przeciwrakietowej wykrywa
i niszczy rakiet´ noÊnà, g∏owica eksploduje na wysokoÊci
oko∏o 150 km.

John Pike z Globalsecurity.org, organizacji zajmujàcej si´

poszukiwaniem nowych rozwiàzaƒ w zakresie bezpieczeƒ-
stwa Êwiatowego, przewiduje scenariusz, w którym Korea
Pó∏nocna postanawia przetestowaç swój Êwie˝o uzyskany ar-
sena∏ jàdrowy w kosmosie. „Zwykle zak∏ada si´, ˝e jeÊli Ko-
rea Pó∏nocna dokona w koƒcu próby jàdrowej, to b´dzie to de-
tonacja podziemna – mówi. – Na miejscu Kim Dzong Ila
postàpi∏bym jednak inaczej”.

Eksperci biorà te˝ pod uwag´ inne warianty rozwoju wy-

padków, w tym takie, w których wybuch jàdrowy nast´puje
nad terytorium Stanów Zjednoczonych. Bardzo niewiele
paƒstw by∏oby w stanie przeprowadziç atak tego typu z w∏a-
snego terytorium, a zatem taka mo˝liwoÊç jest ma∏o praw-
dopodobna. Niemniej prymitywna rakieta z niewielkim ∏adun-
kiem atomowym, wystrzelona z ruchomej platformy morskiej
umieszczonej odpowiednio blisko terytorium USA, mog∏a-
by wyrzàdziç znaczne szkody. Mimo ˝e takie sytuacje mogà
wydawaç si´ nierealne, a oszacowanie prawdopodobieƒstwa
ich wystàpienia jest zadaniem skrajnie trudnym, to ich ewen-
tualne konsekwencje sà tak powa˝ne, ˝e nie mo˝na ich
bagatelizowaç.

Oprócz ogromnych szkód, jakie wyrzàdzi∏aby eksplozja ty-

pu HANE, jest jeszcze kwestia, jak na nià zareagowaç, Atak
jàdrowy na USA czy te˝ któregoÊ z jej sojuszników sprowoko-
wa∏by natychmiastowà odpowiedê militarnà, ale co z HANE?
Weldon od lat zastanawia si´ nad tym pytaniem – nazywa je
„dylematem moralnym” – lecz wcià˝ nie znalaz∏ na nie od-
powiedzi. „Czy zdetonowanie g∏owicy jàdrowej w kosmosie
usprawiedliwia zabijanie ludzi? – pyta. – Czy jest wystarcza-
jàcym powodem do przeprowadzenia odwetu z u˝yciem bro-
ni jàdrowej? Chyba jednak nie”.

n

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

79

DEFENSE THREA

T REDUCTION AGENCY

TEST O KRYPTONIMIE ORANGE, który przeprowadzono w 1958 roku, po-
lega∏ na zdetonowaniu ∏adunku jàdrowego o mocy 3.8 MT na wysokoÊci
43 km. Po wybuchu na obszarze Pacyfiku nie odnotowano istotnych za-
k∏óceƒ w komunikacji radiowej ani w pracy sieci energetycznych.

Earth Magnetism: A Guided Tour through Magnetic Fields. Wallace H.

Campbell; Harcourt/Academic Press, 2001.

Atomic Audit: The Costs and Consequences of U.S. Nuclear Weapons sin-

ce 1940. Red. Stephen I. Schwartz; Brookings Institution Press, 1998.

The Effects of Nuclear Weapons. Samuel Glasstone i Philip J. Dolan;

U.S. Government Printing Office. Dost´pne pod adresem:

http://www.princeton.edu/~globsec/publications/effects/effects.shtml

The Elliott School of International Affairs, Security Space Forum Re-

source Center. Dost´pne pod adresem:

http://www.gwu.edu/~spi/spaceforum/resource.html

The Nuclear Weapon Archive: A Guide to Nuclear Weapons. Dost´pne

pod adresem: http://nuclearweaponarchive.org/

Raport Defense Threat Reduction Agency: „High-Altitude Nuclear Deto-

nations against Low-Earth Satellites” IV/2001. Dost´pny pod adresem:
http://www.fas.org/spp/military/program/asat/haleos.pdf

Raport K. Dennisa Papadopoulosa: „Satellite Threat due to High Alti-

tude Nuclear Detonations.” Dost´pny pod adresem:
http://www.lightwatcher.com/chemtrails/Papadopoulos-chemtrails.pdf

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ