Para disuadir los intentos de inutilizar los servicios eléctricos de los EE. UU. Y defender los sistemas de armas nucleares de los EE. UU. De las amenazas tecnológicas en evolución, Sandia National Laboratories ha comenzado dos iniciativas de varios años para fortalecer las respuestas de EE. UU.

Uno se centra en defender los grandes sistemas de servicios eléctricos de EE. UU. De posibles ataques de naciones hostiles, así como de los daños causados ​​por desastres naturales extremos como huracanes y erupciones solares. La campaña Resilient Energy Systems, una cartera de investigación de varios años con hasta $ 40 millones en financiamiento total, cuenta con el apoyo del programa de investigación y desarrollo dirigido por el laboratorio de Sandia, que financia trabajos exploratorios en ciencia y tecnología.

"La red eléctrica original no se diseñó pensando en la seguridad contra los ciberataques, o protección contra perturbaciones electromagnéticas, o desastres naturales como huracanes o tormentas solares geomagnéticas, ", dijo el gerente de cartera Craig Lawton.

"El objetivo principal de nuestra cartera de misiones es mitigar las vulnerabilidades causadas por tecnología anticuada en transformadores y otros componentes. Las soluciones requieren investigación, y buscamos aportaciones colectivas de ideas de investigadores de la industria, empresas de servicios públicos, universidades otros laboratorios y por supuesto Sandia, " él dijo.

Disuadir la agresión actualizando los sistemas de armas

La segunda campaña de investigación está desarrollando capacidades técnicas habilitadoras para ayudar a los EE. UU. A mantener su disuasión nuclear estratégica.

La campaña de investigación Assured Survivability and Agility with Pulsed Power es una cartera de varios años con hasta $ 40 millones en financiamiento total, nuevamente por el programa LDRD de Sandia. La cartera de misiones tiene como objetivo explorar tecnologías que utilizan breves pero poderosas ráfagas de energía eléctrica para simular explosiones nucleares, sin recurrir a pruebas nucleares reales, para comprender mejor su impacto en la electrónica y los materiales.

"Nuestros sistemas de armas nucleares han sido relativamente estáticos, mientras que las capacidades y tecnologías utilizadas por nuestros adversarios potenciales evolucionan a un ritmo rápido, "dijo el físico de Sandia Kyle Peterson, quien desarrolló y lidera la misión. "Debemos ser más ágiles en la identificación de amenazas potenciales para mantener una disuasión eficaz contra acciones militares hostiles.

"Estamos abiertos a y esperanza aportaciones de investigadores de la industria, universidades y otros laboratorios nacionales, así como Sandia para aportar ideas y trabajar en este esfuerzo, "dijo Peterson.

Se espera que los beneficios adicionales de ambas carteras de misiones incluyan una generación eléctrica más eficiente, datos más precisos para los astrofísicos, y un enfoque más cercano al punto de equilibrio e incluso la fusión de alto rendimiento, que puede generar energía eléctrica fusionando átomos, un objetivo de una rama de la física durante 70 años.

Mejora de la resiliencia de las empresas de servicios públicos de EE. UU.

Hay margen de mejora en la protección del sistema energético de EE. UU., dijo Lawton.

"Nuestros sistemas de generación eléctrica pueden ser más vulnerables de lo que nos gustaría, " él dijo.

"Muchos de estos se construyeron en tiempos más simples, algunos alrededor de principios del siglo XX. Aunque notablemente duradero, desde entonces se han superpuesto con complejos sistemas de control por computadora para ayudar a responder a las complicadas demandas de hoy ".

Estos sistemas informáticos, él dice, son vulnerables a la piratería informática que podría alterarlos o deshabilitarlos, potencialmente interrumpiendo el suministro de energía a grandes áreas geográficas.

"La electricidad hace funcionar casi todo en la sociedad moderna, "Dijo Lawton." Sin él, la comida se echa a perder, los hospitales no pueden funcionar, las tarjetas de crédito no funcionan. Las presas que liberan cantidades prescritas de agua y gasoductos operan de forma autónoma a través de códigos ".

Además de los problemas informáticos creados de forma malintencionada, "daños por amenazas naturales, como huracanes, puede causar problemas que pueden extenderse durante largos períodos de tiempo si las piezas de repuesto no están disponibles fácilmente, " él dijo.

Si bien las grandes empresas de servicios públicos ya tienen supresores de sobretensiones para mitigar los rayos, y pararrayos de alta eficiencia, "no operan lo suficientemente rápido como para atrapar una onda electromagnética de nanosegundos de un arma nuclear que explotó en lo alto de la atmósfera". El pulso electromagnético podría freír circuitos desprotegidos, él dijo.

Si bien las empresas de servicios públicos deben tener planes de contingencia para proporcionar energía si se apaga un generador en un sistema grande, no hay una respuesta preparada si pierden muchos generadores a la vez, él dijo.

"Estos son algunos de los problemas que esperamos que mitigue nuestro próximo trabajo, ", Dijo Lawton." Creemos que las ideas propuestas para aumentar nuestra seguridad eléctrica vendrán de Sandia y otros laboratorios nacionales, universidades y las propias empresas de servicios públicos ".

El intenso reino de ASAP

Entre los problemas militares que podría presentar un adversario se encuentran los sistemas de armas más capaces, así como la tecnología destinada a confundir un misil estadounidense y evitar que alcance su objetivo. La supervivencia y la agilidad aseguradas con potencia pulsada, Lo antes posible, La campaña invertirá en ciencia y tecnología necesarias para garantizar que "los objetivos militares de EE. UU. se cumplan en caso de que falle la disuasión, Peterson dijo.

Se necesitan más estudios de breves pulsos fuertes de energía eléctrica para ayudar a alcanzar ese objetivo. Los aceleradores de potencia pulsada almacenan energía y la liberan en ráfagas poderosas. Esos se pueden convertir en rayos X y neutrones para usarlos como una versión de laboratorio de una explosión de bomba real para evaluar cómo responderían los sistemas de armas nucleares y convencionales si se sometieran a esos entornos.

Sandia utiliza tecnología de energía pulsada en varias instalaciones diferentes:Saturno, Hermes y Z, y actualmente está desarrollando propuestas para mejorar algunas de estas capacidades.

Uno son los sistemas de armas de energía dirigida, dijo Peterson. Los pulsos de energía pura podrían disuadir a los pelotones de soldados en avance haciéndolos incómodamente calientes. Enfocado a un haz más estrecho, podrían usarse para derribar misiles entrantes casi instantáneamente.

Se ha propuesto un sucesor drásticamente mejorado de la instalación Z que entregaría 10 veces la producción de energía de Z actualmente:un pulso eléctrico de petavatios (cuatrillones de vatios).

Dijo Peterson, "Esto crearía niveles sin precedentes de rayos X y neutrones, hasta decenas de miles de neutrones más de los que genera actualmente Z en la actualidad. "Z ya es el generador de rayos X más poderoso del mundo.

"Hemos visto láseres de petavatios durante muchos años, ", continuó." Este sería el primer acelerador en entregar un petavatio de energía eléctrica y con energías mucho mayores que las que pueden generar los láseres ".

Sin embargo, para realizar tal facilidad y otros avances, 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.