Содержание
Операция К: СССР взорвал два ядерных заряда в космосе 60 лет назад
Это был редкий для тех лет случай, когда в космической гонке СССР выступил в роли догоняющего. Ведь первые в мире испытания ядерного оружия в космосе США провели еще летом 1958 года.
Тогда СССР не успел ответить на этот вызов по двум причинам. Первая: об американских экспериментах стало известно только в 1959 году. И вторая: между СССР и США именно в 1958 году (поздней осенью) был установлен мораторий на ядерные испытания. К которому, кстати, пригласили присоединиться и другие страны. Американцы провели пуски ядерных ракет раньше, чем мораторий вступил в действие. А именно, после серии испытаний в верхних слоях атмосферы, 27 августа 1958 года ракета Х-17А, запущенная с военного корабля в южной части Атлантики, доставила ядерный заряд на высоту 161 километр, где он и был успешно подорван. 30 августа произвели аналогичный взрыв в космосе уже на высоте 292 километра. А третий космический взрыв в рамках программы «Аргус» на еще более высокой орбите был произведен 6 сентября 1958 года.
Результаты этих взрывов привели к созданию искусственных радиационных поясов в околоземном пространстве, которые были измерены спутником Explorer IV.
Как уже говорилось, СССР из-за моратория не мог подготовить и провести аналогичные испытания. Но срыв переговоров в Женеве после полета американского разведывательного самолета U-2 над территорией СССР, а также ядерные испытания, начатые Францией в 1960 году, заставили советское руководство отказаться от дальнейшего соблюдения моратория.
27 октября 1961 года две ракеты Р-12, запущенные с полигона Капустин Яр, вывели в космос ядерные заряды, один из которых подорвали на высоте 150 километров, а второй — на 300-километровой высоте. Обе ракеты также имели специальные контейнеры с измерительной аппаратурой. Они отделились до взрыва и отлетели на некоторое расстояние от эпицентра.
Целью операции К (первый ее этап носил шифр К-1, К-2 и К-3 провели чуть позже) была проверка воздействия космических ядерных взрывов на приборы обнаружения ракетного нападения советской системы противоракетной обороны (ПРО).
Для этого на наземных полигонах, расположенных под точками взрыва, было установлено соответствующее оборудование. Кроме боевых ракет, через определенное время вслед за ними запускались и ракеты контрольные. Приборы слежения ПРО были нацелены именно на них, чтобы определить — влияют ли ядерные взрывы на точность обнаружения летящей ракеты.
Кроме того, при проведении этапов К-2 и К-3, помимо боевых и контрольных ракет, стартовали еще и геодезические, созданные на базе Р-5. Руководил всеми испытаниями крупный специалист в области радиофизики и радиотехники академик Александр Щукин. За взрывами в космосе следили 20 советских наземных станций, также велась специальная съемка сверхскоростными кинокамерами. Хотя испытания производились в дневное время, вспышки в космосе были отлично видны с земли и невооруженным глазом. Но только ученые, специалисты и военные, стоявшие на полигонах и аэродромах, знали, что происходит. Остальные жители СССР оставались в неведении, ибо все было засекречено.
В выводах по итогам испытаний было отмечено, что на расстоянии до 1000 километров от эпицентра взрывов фиксировались сильные радиопомехи, выходили из строя подземные силовые кабели, телефонные станции, понесли ущерб линии ЛЭП, а электромагнитный импульс привел к коротким замыканиям различных приборов, их возгоранию и даже к пожарам на некоторых объектах.
Воздействие ядерных взрывов на околоземное пространство исследовалось советскими спутниками «Космос-3», «Космос-5» и «Космос-7».
Операция К была завершена 1 ноября 1962 года этапом К-5, который заключался тоже в подрыве ядерного устройства, но уже не в космосе, а в мезосфере (около 60 километров над поверхностью Земли).
Карта показывает траекторию полётов (в виде синей полосы) ракет Р-12 с ядерными зарядами во время операции «К». Фото: U.S. Central Intelligence Agency / wikimedia.org
ИНСТИТУТ ДИНАМИКИ ГЕОСФЕР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИДГ РАН)
Был получен уникальный экспериментальный материал как по физическим процессам, сопровождающим ядерные взрывы на разных высотах, так и по эффективности поражающего действия высотных и космических ядерных взрывов в интересах разработки систем противоракетной обороны.
Cильная зависимость физических процессов и поражающих факторов от высоты взрыва по причине значительных, иногда на несколько порядков, изменений состояния атмосферы (давления, температуры, концентрации молекул, атомов, ионов, электронов, длин свободного пробега) потребовала развития различных комплексных моделей для описания и расчетов физических процессов при взрывах в космосе, в верхней и средней атмосфере.
Последовательные фотографии свечения воздуха, разогретого ударной волной при взрыве К1
Был зарегистрирован ряд новых геофизических эффектов, оказавшихся впечатляющими по масштабам возмущения окружающей среды:
— образование вокруг Земли устойчивого радиационного пояса из-за захвата геомагнитным полем заряженных частиц;
— зарегистрированы крупномасштабные свечения атмосферы и сильнейшие полярные сия- ния, возбужденные потоками электронов и их высыпаниями вдоль магнитных силовых линий;
— расширение плазмы ядерного взрыва в геомагнитном поле вызвало глобальные магнито- гидродинамические колебания в окружающем пространстве;
— зарегистрировано излучение высокоамплитудного электромагнитного импульса и акустико- гравитационных волн глобального характера;
— обнаружены длительные нарушения радиосвязи из-за изменений структуры и электропроводности ионосферы.
При проведении измерений при высотных ЯВ четко обозначаются две зоны:
Ближняя зона, где основным разрушающим фактором применительно к расположенной в этой зоне преграде (например, головной части баллистической ракеты) является рентгеновское излучение и проникающая радиация.
Мощный поток рентгеновского излучения порождается сильно нагретым веществом боеприпаса. Взаимодействуя с преградой, это излучение поглощается в тонком поверхностном слое вещества, сильно нагревает его и вызывает взрывообразный разлет испаряющегося слоя. При этом на преграду кратковременно действует давление, которое вызывает в материале преграды мощную ударную волну. Импульс давления при определенной величине разрушает конструкцию преграды, а ударная волна вызывает откол внутренних слоев металла.
Проникающая радиация взрыва представляет собой поток нейтронов и гамма-квантов. Воздействуя на вещество заряда и элементы системы автоматики преграды, проникающая радиация при определенных величинах потоков излучения может вывести из строя ядерный боеприпас в целом.
Дальняя зона, в которой, кроме разрушающего действия, проявляются геофизические факторы воздействия взрыва на окружающую среду.
Было установлено, что высотные и космические ядерные взрывы сопровождаются интенсивным электромагнитным излучением (ЭМИ) радиодиапазона. Причем, амплитуда сигнала при одинаковых значениях мощности и расстоянии до эпицентра взрыва была в несколько раз больше, чем при низких воздушных взрывах соответствующей мощности. Было показано, что регистрация электромагнитного излучения может быть осуществлена на значительных расстояниях от места взрыва (до 6000 км).
Были выполнены:
— регистрация формы, измерение интенсивности и спектральной плотности ЭМИ на различных расстояниях от эпицентра взрыва;
— исследования, связанные с анализом физической природы радиоизлучения;
— определение воздействия ЭМИ на линии связи;
— исследования, связанные с разработкой метода местоопределения эпицентра ядерного взрыва.
Банк экспериментальных результатов, полученный в процессе геофизических исследований при проведении высотных ядерных взрывов, является уникальной коллекций востребованных данных.
Зарегистрированные при высотных и космических ядерных взрывах многочисленные геофизические эффекты стимулировали широкий круг фундаментальных геофизических исследований, продолжающихся и в настоящее время.
Эксперт по космическому мусору: Когда космический корабль взорвется, ответы могут быть в обломках, оставленных позади
ЗАПАДНЫЙ ЛАФАЙЕТ, Индиана — Большая часть космического мусора, вращающегося вокруг Земли, не убирается сама по себе — или рассказать вам, как он туда попал.
Кэролин Фрю из Университета Пердью и ее команда исследуют, почему космический корабль превращается в космический мусор. Их выводы открывают способы предотвращения распада космического корабля на тысячи осколков, которые представляют угрозу для космических станций и спутников.
С 1957 года произошло более 570 случаев фрагментации космических аппаратов на орбите Земли из-за их взрыва, детонации или столкновения друг с другом.
Компании начали тестировать технологии, которые могут помочь навести порядок, но не всегда ясно, как вообще происходит фрагментация космического корабля.
Команда Фрю провела чрезвычайно сложную математику, необходимую для получения ответов.
«Мне нравятся суровые, сложные проблемы, у которых нет очевидных решений», — сказал Фрю, доцент Школы аэронавтики и астронавтики Purdue. «Поскольку космические объекты находятся слишком далеко, чтобы легко проводить эксперименты над ними или с ними, мы просто наблюдаем за этими объектами в телескоп. Но даже тогда у нас не так много данных об объектах, так как они не всегда видны или слишком малы для обнаружения. Вопрос в том, что я еще могу узнать об этом объекте с теми небольшими данными, которые я могу собрать?»
Разгадка тайны взрыва космического корабля
Одними из главных виновников космического мусора в результате фрагментации являются верхние ступени ракет. Верхняя ступень, которая сгорает последней в миссии, имеет тенденцию оставаться в космосе после вывода спутников на орбиту. Космическим кораблям США рекомендуется сходить с орбиты в течение 25 лет после завершения миссии, но не все это соблюдают.
Космический корабль может разбиться на сотни частей, многие из которых размером в четверть дюйма или меньше. На высоте около 22 000 миль над Землей Фрю и ее сотрудники отслеживают осколки размером более шести дюймов. Проблема в скорости: космический мусор имеет тенденцию лететь быстрее, чем пуля из пистолета (более 15 000 миль в час). Эта скорость делает даже более мелкие частицы более опасными, когда они сталкиваются с другими объектами.
Исследователи Purdue и их сотрудники определяют причины взрыва космического корабля, выполняя вычисления и обрабатывая имеющиеся данные об обломках этого космического корабля. (Кэролин Фрю, Университет Пердью/Томас Шильдкнехт, Астрономический институт Бернского университета)
Скачать изображение
Чем больше исследователи узнают о том, как фрагментируются космические корабли, тем очевиднее становится, насколько сложна лежащая в их основе проблема, а, следовательно, и математика, пытающаяся ее описать.
В сотрудничестве с Бернским университетом в Швейцарии команда Фрю обнаружила, что идентичные верхние ступени, по-видимому, фрагментированы по разным причинам.
В их исследовании изучались данные телескопа о трех верхних ступенях, которые взорвались в 2018 и 2019 годах после менее чем 10-летнего пребывания в космосе. Несмотря на то, что остатки топлива якобы были удалены из этих верхних ступеней для предотвращения взрывов, одна из верхних ступеней, вероятно, была фрагментирована, потому что забитое вентиляционное отверстие вызвало возгорание неиспользованного топлива. У другой верхней ступени, возможно, произошел структурный отказ, в результате чего она взорвалась, и небольшой обломок мог столкнуться с третьей верхней ступенью.
Полученные данные усложняют задачу выяснить, как предотвратить превращение космического корабля в мусор.
«Интересно, что не одна причина определила судьбу всех трех верхних ступеней», — сказал Фруэ.
Frueh работает с космическими агентствами над улучшением баз данных космических объектов, избегая столкновения обломков с их собственными спутниками.
В течение прошлого года она помогала Немецкому аэрокосмическому центру (DLR) улучшать методы обнаружения новых объектов его сетью телескопов, которые затем заносились в базу данных, чтобы помочь сотрудничающим владельцам-операторам.
«Эти объекты обычно выглядят как белые точки, похожие на звезды на фоне ночного неба. Может быть трудно сказать, какие из них являются объектами, которые вы уже идентифицировали», — сказал Фруэ.
Использование солнечного света для диагностики проблем с космическим кораблем
Возможно, но очень сложно обнаружить проблемы с космическим кораблем до того, как они вызовут взрыв. Еще более сложной задачей является определение таких характеристик, как размер, форма и вращение этих объектов.
Фруэ входит в число немногих исследователей, использующих технику под названием «кривые блеска», которая может определять потенциальные проблемы с поломкой на расстоянии в тысячи миль, основываясь на том, как космический корабль или его компоненты отражают солнечный свет.
Метод предусматривает использование телескопов на Земле для сбора света, отраженного объектом, например спутником. Изменения яркости белой точки объекта во времени записываются в виде кривых блеска. Затем эти кривые блеска обрабатываются и используются для извлечения информации о внешнем виде объекта или состоянии вращения.
«Это похоже на вождение автомобиля, когда вы не можете выйти из машины, чтобы проверить, не упало ли что-нибудь или не повредилось. Но вы знаете, что могут быть проблемы», — сказал Фруэ. «Оператор может заметить, что спутник работает нестабильно или неправильно заряжается. Взгляд со стороны может сказать, произошло ли это из-за того, что что-то сломалось, или, например, панель или антенна неправильно ориентированы».
Информация о спутниках, которую дают кривые блеска, также может улучшить их конструкцию в будущем. Лаборатория Фрю идентифицировала объекты на орбите Земли, которые кажутся золотой фольгой спутников, отслаивающихся со временем.
Эти хлопья опасны, но их очень трудно отследить.
Следующий рубеж: свободная от мусора лунная орбита
Лишь несколько космических аппаратов находятся на орбитах вокруг Луны. Но если проблемы с космическим мусором вокруг Земли повторятся на орбитах Луны, освоение человеком космоса может оказаться под угрозой.
Фрю и ее сотрудники работают над созданием инженерных методов, которые позволили бы защитить окололунное пространство — регион, охватывающий Землю и Луну, — от космического мусора до того, как космический корабль в этом регионе начнет фрагментироваться.
«В окололунном пространстве становится намного больше трафика. Мы хотим избежать некоторых случайных подходов, которые мы использовали вокруг Земли, которые засоряют все», — сказал Фруэ. «В регионе, где динамика очень разная, что это значит для космического мусора? Куда отправляются космические корабли после завершения миссии? Как мы устанавливаем наблюдения из этого пространства для отслеживания объектов? Цель — устойчивое использование пространства».
Исследования Фрю финансируются Управлением научных исследований ВВС, НАСА, Исследовательской лабораторией ВВС, Университетской ассоциацией космических исследований, Немецким аэрокосмическим центром и Европейским космическим агентством. Это исследование также финансируется национальными и международными частными компаниями и подрядчиками НАСА, такими как The MITRE Corp., Thales Global Services SAS, Analytical Graphics Inc. (AGI), Applied Optimization Inc. и McGraw and Associates LLC.
Об Университете Пердью
Университет Пердью — ведущее государственное исследовательское учреждение, разрабатывающее практические решения самых сложных задач современности. Каждый год из последних четырех лет Purdue входит в число 10 самых инновационных университетов США по версии US News & World Report и проводит исследования, которые меняют мир, и невероятные открытия. Стремясь к практическому и онлайн-обучению в реальном мире, Purdue предлагает преобразующее образование для всех.
Стремясь обеспечить доступность и доступность, Purdue заморозила обучение и большинство сборов на уровне 2012–2013 годов, что позволило большему количеству студентов, чем когда-либо, получить высшее образование без долгов. Посмотрите, как Purdue никогда не останавливается в настойчивом стремлении к следующему гигантскому скачку, на https://purdue.edu/.
Писатель, СМИ контакт: Кейла Уайлс, 765-494-2432, [email protected]
Источник: Carolin Frueh, [email protected]
Эффекты ядерного оружия в космосе
Acceper Accepton Accepton Accepton Accepton Accepton Accephon. Edu
.
Помимо естественных радиационных опасностей, с которыми будет сталкиваться космическое
путешественник, мы должны также учитывать искусственные опасности, которые могут существовать во времени
войны. В частности, применение ядерного оружия может представлять серьезную
проблема пилотируемых военно-космических операций.
Исключительное появление
человек как наиболее уязвимый компонент системы космического оружия становится
резко проявляется, когда противопоставляются эффекты ядерного оружия в космосе
с эффектами, происходящими в атмосфере Земли.
Когда ядерное оружие взрывается близко к поверхности Земли,
плотность воздуха достаточна для ослабления ядерного излучения (нейтронов и
гамма-излучение) до такой степени, что воздействие этих излучений
как правило, менее важны, чем воздействие взрывной волны и теплового излучения.
показаны относительные величины взрывного, теплового и радиационно-ядерного воздействия
на рисунке 1 для номинального оружия деления (20 килотонн) на уровне моря. 1
Сплошные участки трех кривых соответствуют значительным уровням
взрывной, тепловой и ядерной радиации. Взрывные избыточные давления
порядка 4-10 фунтов на квадратный дюйм разрушит большинство конструкций.
Температурная интенсивность порядка 4-10 калорий на квадратный сантиметр будет
вызвать сильные ожоги у подвергшихся воздействию людей.
Дозы ядерной радиации в
диапазоне от 500 до 5000 рентген необходимы для смерти или быстрого
инвалидность у человека.
1 The Effect of Nuclear Weapons, Министерство обороны США, опубликовано Комиссией по атомной энергии, июнь 1957 г.
Если ядерное оружие взорвать в вакууме-i. е., в космосе-
состав эффектов оружия резко меняется:
Во-первых, при отсутствии атмосферы взрывная волна полностью исчезает.
Во-вторых, тепловое излучение, как его обычно определяют, также исчезает.
Уже нет воздуха для взрывной волны, чтобы нагреть и намного выше
частотное излучение исходит от самого оружия.
В-третьих, при отсутствии атмосферы ядерное излучение не пострадает.
физическое затухание и единственное снижение интенсивности будет происходить из-за
уменьшение с расстоянием.
В результате диапазон значимых доз будет
во много раз больше, чем на уровне моря.
На рис. 2 показано соотношение дозы и расстояния для 20-килотонного снаряда.
взрыв, когда взрыв происходит на уровне моря и когда взрыв занимает
место в пространстве. Мы видим, что в диапазоне от 500 до 5000 рентген пространство
радиусы в 8-17 раз больше, чем радиусы на уровне моря. В нижней
дозировках разница между двумя случаями становится еще больше.
Мощность 20 килотонн была использована здесь в качестве примера, чтобы показать
преобладание эффектов ядерной радиации в космосе; впрочем, вполне может быть, что
многомегатонные боеголовки, а не 20-килотонные боеголовки, будут гораздо больше
представитель приложений космической обороны. С таким оружием смертоносно
радиусы (от ядерного излучения) в космосе могут быть порядка сотен
миль.
Смысл таких огромных смертоносных радиусов в возможном будущем космосе
война сейчас не может быть оценена. Однако кажется очевидным, что пилотируемый
Космические боевые машины, если только не осуществима тяжелая защита, будут
значительно более уязвимы для ядерного оружия, чем их
беспилотные аналоги.
1 и 12 августа 1958 года в ракетах были взорваны ядерные боеголовки.
над островом Джонстон в Тихом океане. 2 3 Эти взрывы сопровождались впечатляющими визуальными эффектами, наблюдаемыми на обширных территориях, что привело наблюдателей к мнению, что взрывы произошли на очень больших высотах. 4-7 Эти
показы были замечены даже на Самоа, примерно в 2000 милях от острова Джонстон.
Визуальные проявления сопровождались разрушительным воздействием на радио
коммуникации. В частности, большинство коммерческих систем связи
работает в диапазоне высоких частот (от 5 до 25 мегагерц) в
Пасифик отметил существенные возмущения.