Atomwaffen im All: Detektoren könnten nukleare Bomben im Erdorbit aufspüren
Das computergenerierte Bild der European Space Agency (ESA) zeigt Weltraummüll früherer Weltraummissionen, der neben intakten Satelliten um die Erde kreist.
ESA/dpa- Physiker vom MIT schlägt Methode vor, nukleares Material an Satelliten zu erkennen.
- Anlass ist die Gefahr orbitaler Atomexplosionen – „Starfish Prime“ zeigte einst massive Folgen.
- Sensor misst Neutronen, die durch Protonentreffer aus Uran oder Plutonium freigesetzt werden.
- Geplanter Detektor: Szintillator-Pixel mit Diamantschichten, Größe etwa ein dickes Buch.
- Messung aus vier Kilometern: etwa eine Woche, mit mehreren Sonden deutlich schneller.
Die Zusammenfassung wurde durch künstliche Intelligenz erstellt.
Die Zündung einer Atombombe in der Erdumlaufbahn könnte heutzutage katastrophale Folgen für die Menschheit haben: Am 9. Juli 1962 demonstrierte der US-Atomwaffentest „Starfish Prime“, wie verheerend sich eine Atomexplosion im Erdorbit auswirkt.
Der in 400 Kilometer Höhe detonierende 1,4 Megatonnen-Atomsprengkopf erzeugte einen elektromagnetischen Puls, der noch im knapp 1500 Kilometer entfernten Hawaii die Lichter ausgehen ließ. Im Orbit zerstörte die Atomexplosion mehrere frühe Satelliten und setzte eine enorme Menge extrem energiereicher Teilchen frei.
Die Starfish-Prime-Explosion in der oberen Atmosphäre, von Honolulu auf Oahu gesehen
US govSchwere Strahlenschäden als Folge
Heutzutage könnte die Explosion einer Atombombe im Orbit viele Satelliten mitunter für Monate außer Gefecht setzen - und etwa GPS, Telekommunikation und weltraumgestütztes Internet sabotieren. „Bei einer solchen Kernwaffenexplosion im Weltraum wird die gesamte Bombe ionisiert und fast jedes Elektron seines Materials wird freigesetzt“, erklärt der Physiker Areg Danagoulian vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge.
Beim „Starfish“-Test wurden geschätzte 1029 dieser energiereichen Elektronen in den inneren Van-Allen-Gürtel geschleudert – einen in rund 1000 Kilometer Höhe beginnenden Ring aus schnellen, vom Erdmagnetfeld gefangenen Teilchen.
Die Magnetosphäre schirmt die Erdoberfläche gegen die geladenen Partikel des Sonnenwindes ab
Nasa/esa.int/ESA_Multimedia/Images/2007/10/The_Sun-Earth_connection„Im Van-Allen-Gürtel kollidieren diese Elektronen mit allem, was ihnen entgegenkommt“, erläutert Danagoulian. „Sie ionisieren jedes Material und verursachen schwere Strahlenschäden.“ Dadurch wird Raumfahrt nahezu unmöglich, auch Satelliten würden nicht lange halten.
Verbot von Atomwaffen im Weltraum
Nachdem die schwerwiegenden globalen Folgen einer orbitalen Atomexplosion klar wurden, einigten sich die Supermächte 1967 auf den Weltraumvertrag (Outer Space Treaty; OST) über die Nutzung des Weltalls durch die Staatengemeinschaft. Dem Abkommen, das ein Verbot von Atomwaffen im Weltraum enthält, sind bislang 118 Staaten beigetreten, darunter die USA, Russland und China. Doch wird es auch eingehalten?
Für Misstrauen sorgte etwa, dass Russland kurz vor dem Angriff auf die Ukraine im Februar 2022 den Satelliten Kosmos 2553 in eine Umlaufbahn von etwa 2000 Kilometern Höhe brachte, wo besonders viele hochenergetische Teilchen zirkulieren. Die orbitale Region sei wahrscheinlich die am besten geeignete Umgebung, um energiereiche Elektronen einzufangen, wenn man eine thermonukleare Waffe zünden wolle, konstatiert der Physiker.
Testet Russland nukleare Technologie im Weltraum?
US-Regierungsbehörden befürchten deshalb, dass dieser russische Satellit nukleare Antisatelliten-Waffentechnologien testen soll. „Die Russen haben diesen Satelliten in eine sehr merkwürdige und ungewöhnliche Umlaufbahn gebracht, die durch die lebensfeindlichste Umgebung des Planeten führt“, erläutert Areg Danagoulian vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge.
Wegen der starken Radioaktivität würde dort niemand einen Satelliten platzieren. Es sei denn, man wolle Elektronen einfangen, um eine thermonukleare Waffe zu zünden, erklärt der MIT-Forscher. Zuverlässige Prüfmechanismen für den Weltraumvertrag könnten dafür sorgen, dass Länder gar nicht erst versuchten, den Vertrag zu verletzen, so Danagoulian weiter.
Theoretisch könnte jedes Land, das über Satelliten- und Nuklear-Technologie verfügt, eine Raumsonde atomar bewaffnen(Symbolbild).
Imago/YAY ImagesWie man verdächtige Satelliten überprüfen kann
Der Kernphysiker stellt nun im Fachjournal „Nature“ eine Methode vor, die verdächtige Satelliten darauf überprüfen kann, ob sie spaltbares Material für eine Atomexplosion an Bord haben - in diesem Fall 95 Kilogramm Uran in etwa 2000 Kilometern Höhe.
Sein Verfahren setzt bei einem Vorgang an, der Kernwaffenmaterial wie etwa Uran in der Magnetosphäre - also dem Einflussbereich des Magnetfelds der Erde - betrifft: Energiereiche Protonen schlagen beim Auftreffen auf Uran- oder Plutoniumatome etwa 40 Neutronen aus dem Atomkern.
Diese Neutronen soll das neu entwickelte System mit einem speziellen Sensor - einem sogenannten Szintillator - nachweisen. „Der gewählte Neutronen-Szintillator EJ-276 detektiert Neutronen im Prinzip durch Protonen-Rückstoß und ist somit im Grunde ein Protonen-Detektor.“
Die orbitale Region ist wahrscheinlich die am besten geeignete Umgebung, um energiereiche Elektronen einzufangen, wenn man eine thermonukleare Waffe zünden will.
Imago/Westend61Wie das Kontrollverfahren funktioniert
Daher seien Vorrichtungen nötig, um die verschiedenen Teilchen und ihre jeweiligen Quellen voneinander zu unterscheiden. Danagoulian schlägt vor, die Ober- und Unterseite jedes Szintillator-Pixels mit dünnen Diamantschichten zu versehen. Diese erzeugen beim Auftreffen von Protonen ein elektrisches Signal, nicht aber beim Aufprall von Neutronen. Durch die Form ihres Impulses könnten Elektronen und Photonen von Neutronen unterschieden werden
Zudem sind die Szintillator-Pixel in zwei Ebenen angeordnet, sodass sich der Streuwinkel und die Einfallsrichtung der ankommenden Neutronen bestimmen lassen. Damit könnten auch jene Neutronen aussortiert werden, die nicht aus dem verdächtigen Satelliten stammen.
Detektor von der Größe eines Buchs reicht aus
Aber wie ließe sich ein verdächtiger Satellit in der Praxis überprüfen? Dafür genügen würde dem Autor zufolge schon ein kleiner Satellit mit einer Detektionseinheit von der Größe eines dicken Buchs. Eine Entfernung von vier Kilometern zu dem verdächtigen Objekt würde nicht zu diplomatischen Problemen führen, glaubt er. Allerdings müsste müsste der „Spürsatellit“ etwa eine Woche lang messen, um Kernwaffenmaterial mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 99 Prozent nachzuweisen.
Mit zehn Satelliten ließe sich die Messzeit auf 15 Stunden reduzieren. Und wenn man diese Konstellation nur einen Kilometer entfernt vom verdächtigen Satelliten platzieren würde, auf eine Stunde.
In einem „Nature“-Kommentar schreibt Angela Di Fulvio von der University of Illinois in Urbana-Champaign, Danagoulians Studie biete eine technische Grundlage für die passive Detektion und könne als Entscheidungshilfe für künftige politische Maßnahmen dienen. „Aus politischer Sicht sollten künftige Analysen auch untersuchen, wie sich das Konzept unter weniger idealen Bedingungen bewährt.“ (mit dpa-Material/Stefan Parsch)