Per scoraggiare i tentativi di disattivare le utenze elettriche statunitensi e per difendere i sistemi d'arma nucleari statunitensi dall'evoluzione delle minacce tecnologiche, I Sandia National Laboratories hanno avviato due iniziative pluriennali per rafforzare le risposte degli Stati Uniti.

Uno è incentrato sulla difesa dei grandi sistemi di utilità elettrica degli Stati Uniti da potenziali attacchi da parte di nazioni ostili, così come dai danni inflitti da disastri naturali estremi come uragani e eruzioni solari. La campagna Resilient Energy Systems, un portafoglio di ricerca pluriennale con un finanziamento totale fino a $ 40 milioni, è supportato dal programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Sandia, che finanzia il lavoro esplorativo nel campo della scienza e della tecnologia.

"La rete elettrica originale non è stata progettata pensando alla sicurezza contro gli attacchi informatici, o protezione dai disturbi elettromagnetici, o disastri naturali come uragani o tempeste solari geomagnetiche, ", ha detto il portfolio manager Craig Lawton.

"L'obiettivo principale del nostro portafoglio di missioni è mitigare le vulnerabilità causate da tecnologie antiquate nei trasformatori e in altri componenti. Le soluzioni richiedono ricerca, e stiamo cercando input collettivi di idee da ricercatori nell'industria, società di servizi, università, altri laboratori e ovviamente Sandia, " Egli ha detto.

Dissuadere l'aggressione aggiornando i sistemi d'arma

La seconda campagna di ricerca sta sviluppando capacità tecniche abilitanti per aiutare gli Stati Uniti a mantenere il loro deterrente nucleare strategico.

La campagna di ricerca Assured Survivability and Agility with Pulsed Power è un portafoglio pluriennale con un finanziamento totale fino a $ 40 milioni, ancora dal programma LDRD di Sandia. Il portfolio della missione ha lo scopo di esplorare tecnologie che utilizzano brevi ma potenti esplosioni di energia elettrica per simulare esplosioni nucleari, senza ricorrere a veri e propri test nucleari, per comprendere meglio il loro impatto su elettronica e materiali.

"I nostri sistemi di armi nucleari sono stati relativamente statici, mentre le capacità e le tecnologie utilizzate dai nostri potenziali avversari si evolvono rapidamente, " ha detto il fisico di Sandia Kyle Peterson, che ha sviluppato e guida la missione. "Dobbiamo essere più agili nell'identificare potenziali minacce per mantenere un deterrente efficace contro le azioni militari ostili.

"Siamo aperti a, e sperare, input di ricercatori nell'industria, università e altri laboratori nazionali, nonché Sandia per contribuire con idee e lavorare in questo sforzo, " ha detto Peterson.

Ulteriori vantaggi da entrambi i portafogli di missione dovrebbero includere una generazione elettrica più efficiente, dati più accurati per gli astrofisici, e un approccio più vicino alla fusione di pareggio e persino ad alto rendimento, che può generare energia elettrica fondendo atomi, un obiettivo di una branca della fisica da 70 anni.

Migliorare la resilienza dei servizi di pubblica utilità statunitensi

C'è spazio per miglioramenti nella protezione del sistema energetico degli Stati Uniti, disse Lawton.

"I nostri sistemi di generazione elettrica potrebbero essere più vulnerabili di quanto vorremmo, " Egli ha detto.

"Molti di questi sono stati costruiti in tempi più semplici, alcuni intorno all'inizio del XX secolo. Sebbene notevolmente resistente, da allora sono stati rivestiti con complessi sistemi di controllo computerizzati per aiutare a rispondere alle complesse richieste di oggi."

Questi sistemi informatici, lui dice, sono vulnerabili all'hacking informatico che potrebbe alterarli o disabilitarli, potenzialmente perturbare il potere in vaste aree geografiche.

"L'elettricità gestisce quasi tutto nella società moderna, " Lawton ha detto. "Senza di essa, il cibo va a male, gli ospedali non possono funzionare, le carte di credito non funzionano. Le dighe che rilasciano quantità prescritte di acqua e gasdotti operano in modo autonomo attraverso codici".

Oltre ai problemi informatici creati in modo dannoso, "danni da minacce naturali, come uragani, può causare problemi che possono protrarsi per lunghi periodi di tempo se i pezzi di ricambio non sono prontamente disponibili, " Egli ha detto.

Mentre le grandi utility hanno già scaricatori di sovratensione per mitigare i fulmini, e parafulmini altamente efficienti, "non funzionano abbastanza velocemente da catturare un'onda elettromagnetica di nanosecondi da un'arma nucleare esplosa in alto nell'atmosfera". L'impulso elettromagnetico potrebbe friggere circuiti non protetti, Egli ha detto.

Mentre le società di servizi pubblici devono disporre di piani di emergenza in atto per fornire energia se un generatore in un grande sistema si spegne, non c'è risposta pronta se perdono molti generatori contemporaneamente, Egli ha detto.

"Questi sono alcuni dei problemi che ci aspettiamo che il nostro prossimo lavoro attenui, "Ha detto Lawton. "Crediamo che le idee proposte per aumentare la nostra sicurezza elettrica verranno da Sandia e da altri laboratori nazionali, le università e le stesse società di servizi".

L'intenso regno di ASAP

Tra i problemi militari che un avversario potrebbe presentare ci sono sistemi d'arma più capaci e la tecnologia destinata a confondere un missile americano e a deviarlo dal raggiungere il suo obiettivo. La sopravvivenza e l'agilità assicurate con la potenza pulsata, AL PIÙ PRESTO, campagna investirà nella scienza e nella tecnologia necessarie per garantire che "gli obiettivi militari degli Stati Uniti saranno raggiunti nel caso in cui la deterrenza fallisca, " ha detto Peterson.

Sono necessari ulteriori studi su brevi forti impulsi di energia elettrica per aiutare a raggiungere questo obiettivo. Gli acceleratori a impulsi immagazzinano energia e la rilasciano in potenti raffiche. Questi possono essere convertiti in raggi X e neutroni per essere utilizzati come una versione di laboratorio di una vera esplosione di una bomba per valutare come risponderebbero i sistemi d'arma nucleari e convenzionali se sottoposti a tali ambienti.

Sandia utilizza la tecnologia dell'energia a impulsi in diverse strutture:Saturno, Hermes e Z, e sta attualmente sviluppando proposte per migliorare alcune di queste capacità.

Uno sono i sistemi d'arma a energia diretta, disse Peterson. Impulsi di pura energia potrebbero dissuadere i plotoni di soldati che avanzano rendendoli scomodamente caldi. Focalizzata su un raggio più stretto, potrebbero essere usati per abbattere i missili in arrivo quasi istantaneamente.

È stato proposto un successore notevolmente migliorato della struttura Z che fornirebbe 10 volte la produzione di energia di Z attualmente:un impulso elettrico petawatt (quadrilioni di watt).

Ha detto Peterson, "Questo creerebbe livelli senza precedenti di raggi X e neutroni, fino a decine di migliaia di neutroni in più rispetto a quelli attualmente generati da Z oggi." Z è già il generatore di raggi X più potente al mondo.

"Abbiamo visto i laser a petawatt per molti anni, " ha continuato. "Questo sarebbe il primo acceleratore a fornire un petawatt di energia elettrica e con energie molto più grandi di quelle che i laser possono generare".

Però, realizzare una tale struttura e altri progressi, 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.