Para dissuadir as tentativas de desativar as concessionárias de energia elétrica dos EUA e de defender os sistemas de armas nucleares dos EUA de ameaças tecnológicas em evolução, Sandia National Laboratories iniciou duas iniciativas plurianuais para fortalecer as respostas dos EUA.

Um está focado na defesa de grandes sistemas de utilidades elétricas dos EUA de ataques potenciais de nações hostis, bem como de danos causados ​​por desastres naturais extremos, como furacões e erupções solares. A campanha Resilient Energy Systems, um portfólio de pesquisa de vários anos com até US $ 40 milhões em financiamento total, é apoiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório de Sandia, que financia trabalhos exploratórios em ciência e tecnologia.

"A rede elétrica original não foi projetada com a segurança em mente contra cyberhacks, ou proteção contra distúrbios eletromagnéticos, ou desastres naturais, como furacões ou tempestades solares geomagnéticas, ", disse o gerente de portfólio Craig Lawton.

"O objetivo principal de nosso portfólio de missão é mitigar as vulnerabilidades causadas por tecnologia antiquada em transformadores e outros componentes. As soluções requerem pesquisa, e estamos procurando contribuições coletivas de ideias de pesquisadores da indústria, empresas de serviços públicos, universidades, outros laboratórios e, claro, Sandia, " ele disse.

Dissuadir a agressão atualizando os sistemas de armas

A segunda campanha de pesquisa está desenvolvendo capacidades técnicas capacitadoras para ajudar os EUA a manter sua dissuasão nuclear estratégica.

A campanha de pesquisa Assured Survivability and Agility with Pulsed Power é um portfólio de vários anos com até $ 40 milhões em financiamento total, novamente pelo programa LDRD de Sandia. O portfólio da missão tem como objetivo explorar tecnologias que usam rajadas breves, mas poderosas de energia elétrica para simular explosões nucleares - sem recorrer a testes nucleares reais - para entender melhor seu impacto na eletrônica e nos materiais.

"Nossos sistemas de armas nucleares têm sido relativamente estáticos, enquanto as capacidades e tecnologias usadas por nossos adversários em potencial estão evoluindo em um ritmo rápido, "disse o físico Sandia Kyle Peterson, quem desenvolveu e lidera a missão. “Devemos ser mais ágeis na identificação de ameaças potenciais para manter um meio de dissuasão eficaz contra ações militares hostis.

"Estamos abertos para, e espero por, contribuições de pesquisadores da indústria, universidades e outros laboratórios nacionais, bem como Sandia para contribuir com ideias e trabalhar neste esforço, "disse Peterson.

Espera-se que os benefícios adicionais de ambos os portfólios de missão incluam uma geração elétrica mais eficiente, dados mais precisos para astrofísicos, e uma abordagem mais próxima para a fusão de equilíbrio e até mesmo de alto rendimento, que pode gerar energia elétrica pela fusão de átomos - uma meta de um ramo da física por 70 anos.

Melhorando a resiliência das concessionárias dos EUA

Há espaço para melhorias na proteção do sistema de energia dos EUA, disse Lawton.

"Nossos sistemas de geração elétrica podem ser mais vulneráveis ​​do que gostaríamos, " ele disse.

"Muitos deles foram construídos em tempos mais simples, alguns por volta do início do século XX. Embora extremamente durável, desde então, eles foram recobertos por complexos sistemas de controle de computador para auxiliar na resposta às complicadas demandas de hoje. "

Esses sistemas de computador, ele diz, são vulneráveis ​​a hackers cibernéticos que podem alterá-los ou desativá-los, potencialmente interrompendo a energia para grandes áreas geográficas.

"A eletricidade opera quase tudo na sociedade moderna, "Lawton disse." Sem ele, a comida estraga, hospitais não podem funcionar, cartões de crédito não funcionam. As barragens que permitem a saída de quantidades prescritas de água e gasodutos operam de forma autônoma por meio de códigos. "

Além de problemas de computador criados de forma maliciosa, "danos de ameaças naturais, como furacões, pode causar problemas que podem se estender por longos períodos de tempo se as peças de reposição não estiverem prontamente disponíveis, " ele disse.

Embora as grandes empresas de serviços públicos já tenham pára-raios para mitigar quedas de raios, e pára-raios altamente eficientes, "eles não operam rápido o suficiente para capturar uma onda eletromagnética de nanossegundos de uma arma nuclear explodida no alto da atmosfera." O pulso eletromagnético pode fritar circuitos desprotegidos, ele disse.

Embora as empresas de serviços públicos sejam obrigados a ter planos de contingência em vigor para fornecer energia se um gerador em um grande sistema falhar, não há resposta preparada se eles perderem muitos geradores de uma vez, ele disse.

"Esses são alguns dos problemas que esperamos que nosso próximo trabalho mitigue, "Lawton disse." Acreditamos que as idéias propostas para aumentar nossa segurança elétrica virão de Sandia e outros laboratórios nacionais, universidades e as próprias empresas de serviços públicos. "

O intenso reino do ASAP

Entre os problemas militares que um adversário pode apresentar estão sistemas de armas mais capazes, bem como tecnologia destinada a confundir um míssil dos EUA e desviá-lo de atingir seu alvo. A Sobrevivência e Agilidade Garantidas com Poder Pulsado, O MAIS CEDO POSSÍVEL, campanha vai investir na ciência e tecnologia necessárias para garantir que "os objetivos militares dos EUA serão cumpridos no caso de falha de dissuasão, "Peterson disse.

Estudos adicionais de breves pulsos fortes de energia elétrica são necessários para ajudar a atingir esse objetivo. Os aceleradores de potência pulsada armazenam energia e a liberam em explosões poderosas. Esses podem ser convertidos em raios-X e nêutrons para serem usados ​​como uma versão de laboratório de uma explosão de bomba real para avaliar como os sistemas de armas nucleares e convencionais responderiam se submetidos a esses ambientes.

Sandia usa tecnologia de energia pulsada em várias instalações diferentes - Saturno, Hermes e Z - e atualmente está desenvolvendo propostas para aprimorar alguns desses recursos.

Um são os sistemas de armas de energia dirigida, disse Peterson. Pulsos de pura energia poderiam deter pelotões de soldados em avanço, tornando-os desconfortavelmente quentes. Focado em um feixe mais estreito, eles poderiam ser usados ​​para derrubar mísseis quase instantaneamente.

Foi proposto um sucessor dramaticamente melhorado para a instalação Z, que forneceria 10 vezes a produção de energia de Z atualmente:um pulso elétrico de petawatt (quatrilhão de watts).

Disse Peterson, "Isso criaria níveis sem precedentes de raios-X e nêutrons, até dezenas de milhares de nêutrons a mais do que os gerados atualmente por Z. "Z já é o gerador de raios-X mais poderoso do mundo.

"Temos visto lasers petawatt por muitos anos, "ele continuou." Este seria o primeiro acelerador a fornecer um petawatt de energia elétrica e com energias muito maiores do que os lasers podem gerar. "

Contudo, para realizar tal facilidade e outros avanços, 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.