Stanare satelliti che trasportano ordigni nucleari

Elaborato nel 1967, il Trattato sullo spazio extra-atmosferico - alla base del diritto internazionale dello spazio - è stato ratificato da 118 firmatari, tra cui Stati Uniti, Cina e Russia. Una delle sue disposizioni l'impiego di armi nucleari in orbita, che potrebbero distruggere la maggior parte dei satelliti presenti nell'orbita terrestre bassa. Tuttavia, non esistono metodi pratici per verificare il rispetto del trattato e l'effettiva assenza di tali armi. Un nuovo studio di modellizzazione pubblicato oggi su Nature propone ora un approccio concreto per verificare la presenza di armi nucleari a bordo di un satellite spaziale, utilizzando satelliti in miniatura in grado di rilevare segnali caratteristici prodotti dall'interazione fra i neutroni dell'uranio e i protoni del campo magnetico terrestre.

Il precedente: nel 1962, nel corso del test "Starfish Prime", gli Stati Uniti fecero detonare nello spazio una testata termonucleare da 1,4 megatoni che distrusse involontariamente molti dei primi satelliti dell'epoca. L'esplosione rilasciò enormi quantità di elettroni ad altissima energia e molti di essi rimasero intrappolati nel campo magnetico terrestre, dove danneggiarono qualsiasi componente elettronico incontrato lungo il loro percorso.

«Quando si verifica una detonazione nucleare nello spazio esterno, praticamente l'intera massa della bomba viene ionizzata e quasi ogni singolo elettrone presente nella massa dell'arma diventa libero», spiega Areg Danagoulian, professore al Massachussets Institute of Technology (Mit) e autore unico dello studio. «Questi elettroni vengono immessi nella fascia di radiazione interna di Van Allen. Una volta lì, iniziano a colpire tutto ciò che attraversa queste fasce, causando ionizzazione, danni da radiazione e altro ancora. Man mano che ci si spinge più lontano nello spazio, si creano queste spesse fasce attorno alla Terra popolate da protoni ed elettroni ad altissima energia».

Cinque anni dopo "Starfish Prime", il Trattato sullo spazio extra-atmosferico dichiarò lo spazio «patrimonio di tutta l'umanità» e, fra le misure di salvaguardia, vietò l'impiego di armi nucleari. Venendo a tempi più recenti, nel 2022, poche settimane prima dell'invasione dell'Ucraina, la Russia ha lanciato il satellite Cosmos 2553, dichiarato destinato ad attività di sorveglianza e rilevamento, ma da subito risultato sospetto. Tanto che le autorità statunitensi, ricorda Danagoulian nel suo articolo su Nature, hanno espresso il timore che possa trattarsi di una piattaforma di prova per una futura arma antisatellite nucleare. Una detonazione nucleare in quell'orbita (l'apogeo di Cosmos 2553 è di circa 2000 km) potrebbe distruggere molti satelliti di ricognizione degli Stati Uniti, le piattaforme internazionali di comunicazione satellitare e i satelliti Starlink.

«I russi hanno lanciato questo satellite in un'orbita molto strana e insolita, perché attraversa l'ambiente più ostile possibile attorno al pianeta», osserva Danagoulian. «Nessuno mette satelliti lì perché è un ambiente altamente radioattivo. Perché allora mettere un satellite in quell'orbita? Ebbene, quella posizione è probabilmente il punto migliore per intrappolare elettroni nel caso si facesse detonare un'arma termonucleare».

Nel nuovo studio, Danagoulian propone un metodo per determinare se un satellite in orbita attorno alla Terra contenga effettivamente un'arma nucleare: un sistema di sensori installato su un satellite che potrebbe orbitare in prossimità di un satellite sospetto e rilevare i neutroni generati da protoni ad alta energia che collidono con materiale radioattivo. Secondo i calcoli, un sistema di sensori delle dimensioni di un 9U cubesat (più o meno quanto una grande enciclopedia), mantenendosi per circa una settimana entro una distanza di quattro km da un satellite sospetto, potrebbe rilevare la presenza di un'arma nucleare al suo interno con un'accuratezza del 99 per cento. Il tempo di rilevamento potrebbe poi ridursi a poche ore se venissero utilizzati più satelliti dotati di sensori, oppure se il satellite riuscisse ad avvicinarsi fino a mille metri dal corpo sospetto.

La teoria alla base del sistema proposto da Danagoulian è una reazione nota come "spallazione ", causata da protoni ad altissima energia presenti in ambienti radioattivi. In sostanza, quando un protone ad alta energia colpisce elementi con un numero atomico elevato, come l'uranio e il plutonio, può espellere qualcosa come 40 neutroni. Si tratta di un numero incredibilmente elevato, considerando che in un ambiente simile ci sono milioni di protoni al secondo per centimetro quadrato. I normali satelliti non emetterebbero un numero così elevato di neutroni, ma nell'ambiente spaziale sono comunque presenti protoni, neutroni ed elettroni naturali, soprattutto nell'orbita terrestre bassa. Il sistema ipotizzato da Danagoulian utilizza due pannelli costituiti da pixel di sensori di neutroni noti come scintillatori, che interagiscono con la radiazione ed emettono luce. I pannelli sono racchiusi tra rivelatori di diamante cristallino sintetico, che consentono al sistema di distinguere i neutroni provenienti da materiali radioattivi dai protoni e dagli elettroni naturali. La struttura a due pannelli può quindi essere utilizzata per stimare la direzione di provenienza dei neutroni, permettendo di distinguere tra i neutroni naturali dell'ambiente e quelli provenienti da un satellite sospetto. Secondo l'autore, il sistema, se installato all'interno di un satellite ispettore, sarebbe sufficientemente robusto da sopravvivere al duro ambiente dell'orbita terrestre bassa e abbastanza veloce da elaborare i protoni, gli elettroni e i neutroni che lo bombardano.

«Nell'articolo dico che questo non è un sistema pienamente dimostrato», sottolinea Danagoulian. «Lo scopo dell'articolo è mostrare alla comunità scientifica che è scientificamente possibile fare una cosa del genere. Ma ci sono ancora molte considerazioni pratiche da affrontare per costruire realmente questi rivelatori».

Lo studio, in sostanza, contiene una sorta di call for action, nemmeno troppo velata. L'autore dice che spera che lo studio stimoli ulteriori attività di ricerca e sviluppo. È già in corso una collaborazione con i ricercatori del Center for Nuclear Security and Policy (Cnsp) del Mit per comprendere il quadro politico e normativo che riguarda questa questione.

«Si può falsificare l'intelligence, ma non si può falsificare la fisica», conclude Danagoulian. «Se alla fine disporremo di alcuni meccanismi di verifica del Trattato sullo spazio extra-atmosferico, ciò permetterà di esercitare pressione sui Paesi affinché rispettino il trattato o rendano noto ciò che stanno facendo, perché sapranno che, se cercheranno di violarlo, lo scopriremo».

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