Initiativer til beskyttelse af amerikansk energinet og atomvåben systemer

For at afskrække forsøg på at deaktivere amerikanske elværker og for at forsvare amerikanske atomvåbensystemer mod teknologiske trusler i udvikling, Sandia National Laboratories har påbegyndt to flerårige initiativer for at styrke USA's reaktioner.

Den ene er fokuseret på at forsvare store amerikanske elforsyningssystemer mod potentielle angreb fra fjendtlige nationer, såvel som fra skader påført af ekstreme naturkatastrofer som orkaner og solblusser. Kampagnen Resilient Energy Systems, en flerårig forskningsportefølje med op til $ 40 millioner i samlet finansiering, understøttes af Sandias Laboratory Directed Research and Development -program, som finansierer undersøgelsesarbejde inden for videnskab og teknologi.

"Det originale elnet var ikke designet med sikkerhed i tankerne mod cyberhacks, eller beskyttelse mod elektromagnetiske forstyrrelser eller naturkatastrofer såsom orkaner eller geomagnetiske solstorme, "sagde porteføljeforvalter Craig Lawton.

"Det primære mål med vores missionsportefølje er at afbøde sårbarheder forårsaget af forældet teknologi i transformere og andre komponenter. Løsninger kræver forskning, og vi leder efter kollektive input af ideer fra forskere i industrien, forsyningsselskaber, universiteter, andre laboratorier og selvfølgelig Sandia, " han sagde.

Afskrække aggression ved at opdatere våbensystemer

Den anden forskningskampagne udvikler muliggørelse af tekniske muligheder for at hjælpe USA med at opretholde sit strategiske atomafskrækkende middel.

Forskningskampagnen Assured Survivability and Agility with Pulsed Power er en flerårig portefølje med op til $ 40 millioner i samlet finansiering, igen ved Sandias LDRD -program. Missionens portefølje er beregnet til at udforske teknologier, der bruger korte, men kraftige udbrud af elektrisk energi til at simulere atomeksplosioner - uden at ty til egentlige atomprøvninger - for bedre at forstå deres indvirkning på elektronik og materialer.

"Vores atomvåbensystemer har været relativt statiske, mens de muligheder og teknologier, der bruges af vores potentielle modstandere, udvikler sig i et hurtigt tempo, "sagde Sandia -fysikeren Kyle Peterson, der udviklede og leder missionen. ”Vi skal være mere adrætte til at identificere potentielle trusler for at opretholde en effektiv afskrækkelse mod fjendtlige militære aktioner.

"Vi er åbne for, og håber på, input fra forskere i industrien, universiteter og andre nationale laboratorier samt Sandia for at bidrage med ideer og arbejde i denne indsats, "sagde Peterson.

Yderligere fordele ved begge missionsporteføljer forventes at omfatte mere effektiv elektrisk produktion, mere præcise data for astrofysikere, og en tættere tilgang til break-even og endda højtydende fusion, som kan generere elektrisk energi ved at fusionere atomer - et mål for en gren af ​​fysikken i 70 år.

Forbedring af robusthed hos amerikanske forsyningsselskaber

Der er plads til forbedringer i beskyttelsen af ​​det amerikanske energisystem, sagde Lawton.

"Vores elproducerende systemer kan være mere sårbare, end vi gerne vil, " han sagde.

"Mange af disse blev bygget i enklere tider, nogle omkring begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Selvom det er bemærkelsesværdigt holdbart, siden er de blevet overlejret med komplekse computerstyringssystemer for at hjælpe med at reagere på de komplicerede krav i dag. "

Disse computersystemer, han siger, er sårbare over for cyberhacking, der kan ændre eller deaktivere dem, potentielt forstyrrer strømmen til store geografiske områder.

"Elektricitet driver næsten alt i det moderne samfund, "Sagde Lawton." Uden det, mad går dårligt, hospitaler kan ikke fungere, kreditkort virker ikke. Dæmninger, der slipper foreskrevne mængder vand og gasrørledninger ud, fungerer autonomt gennem koder. "

Udover ondsindede computerproblemer, "skade som følge af naturligt forekommende trusler, som orkaner, kan forårsage problemer, der kan strække sig i lange perioder, hvis reservedele ikke er let tilgængelige, " han sagde.

Mens store forsyningsselskaber allerede har lynstødsfangere for at afbøde lynnedslag, og yderst effektive lynstænger, "de opererer ikke hurtigt nok til at fange en nanosekund elektromagnetisk bølge fra et atomvåben eksploderede højt i atmosfæren." Den elektromagnetiske puls kunne stege ubeskyttede kredsløb, han sagde.

Mens forsyningsselskaber er forpligtet til at have beredskabsplaner på plads for at levere strøm, hvis en generator i et stort system slukker, der er ikke noget forberedt svar, hvis de mister mange generatorer på én gang, han sagde.

"Dette er nogle af de problemer, som vi forventer, at vores kommende arbejde vil afbøde, "Lawton sagde." Vi mener, at ideer, der foreslås for at øge vores elektriske sikkerhed, kommer fra Sandia og andre nationale laboratorier, universiteterne og forsyningsselskaberne selv. "

Det intense område ASAP

Blandt de militære problemer, som en modstander kan præsentere, er mere dygtige våbensystemer samt teknologi, der har til formål at forvirre et amerikansk missil og aflede det fra at nå sit mål. Den sikrede overlevelse og smidighed med pulserende kraft, ASAP, kampagne vil investere i videnskab og teknologi, der er nødvendig for at sikre, at "amerikanske militære mål vil blive opfyldt i tilfælde af afskrækkelse, "Sagde Peterson.

Yderligere undersøgelse af korte stærke pulser af elektrisk effekt er nødvendig for at hjælpe med at nå dette mål. Pulserende effektacceleratorer lagrer energi og frigiver den i kraftige bursts. Disse kan konverteres til røntgenstråler og neutroner, der skal bruges som en laboratorieversion af en egentlig bombeeksplosion for at vurdere, hvordan atom- og konventionelle våbensystemer ville reagere, hvis de blev udsat for disse miljøer.

Sandia bruger pulserende strømteknologi i en række forskellige faciliteter - Saturn, Hermes og Z - og er i øjeblikket ved at udvikle forslag til forbedring af nogle af disse muligheder.

Det ene er våbensystemer med styret energi, sagde Peterson. Pulser af ren energi kan afskrække delinger af fremrykkende soldater ved at gøre dem ubehageligt varme. Fokuseret på en smallere stråle, de kunne bruges til at skyde indkommende missiler nær øjeblikkeligt.

En dramatisk forbedret efterfølger til Z -anlægget er blevet foreslået, der ville levere 10 gange energiproduktionen fra Z i øjeblikket:en petawatt (kvadrillion watt) elektrisk puls.

Sagde Peterson, "Dette ville skabe hidtil usete niveauer af røntgenstråler og neutroner, så mange som titusinder flere neutroner end i øjeblikket genereret af Z i dag. "Z er allerede verdens mest kraftfulde generator af røntgenstråler.

"Vi har set petawatt -lasere i mange år, " he continued. "This would be the first accelerator to deliver a petawatt of electrical power and with much larger energies than lasers can generate."

Imidlertid, to realize such a facility and other advances, the ASAP research campaign is needed to develop better understanding of basic support issues like high voltages and current delivery, electrical breakdowns and how to prevent them, more efficient and reliable capacitors and switches, and new materials for delivering petawatts of electrical power.

Such basic engineering research will do a lot for science, said Peterson. "It would enable better astrophysics experiments, create higher temperatures and pressures for material science, and higher fidelity environments for radiation effects testing on electronics and materials."

Also significant would be creating tools to manage the debris from repeated experiments from an improved Z that each would generate the energy equivalent of more than 20 sticks of dynamite exploding in nanoseconds in a tiny enclosed space.

"If a Z successor were built without improvements in its underlying support structure, its first firing would be a lot easier to achieve than its second, " said Peterson.

He's looking for ideas from qualified researchers to help the mission succeed in its aim of improving national security.