太空战要来了？核爆曾致断电，如今俄被疑再次搞事，美国咋验证？

美国称俄罗斯正在为太空研制核武器。但如何证明1200英里高空的一颗卫星内部藏有弹头？上世纪60年代，美国曾在太空中进行核爆炸试验，产生了绚烂的极光，并导致地球上的电力中断。

如果今天在轨道上进行类似试验，导航、通信和天气预报可能会长时间中断。如今太空中密布卫星，这些卫星难以承受核爆炸产生的电磁脉冲和粒子流。美国官员担忧的是，俄罗斯军方正在考虑对这些为乌克兰军队提供优势的轨道卫星群发动此类打击，甚至已经发射航天器，测试未来某种“核水雷”的部件。

这一威胁的真实性有多高？是否真的有人在轨道上部署过武器？美国物理学家阿雷格·达纳古良着手回答这些问题。任何人都无法在地球上任何一个偏远角落引爆核弹而不被发现。《全面禁止核试验条约》组织运营的全球监测台站网络——包括地震、水声、次声和放射性核素监测——会立即捕捉到这类事件。在没有核试验的情况下，这些台站还会追踪宇宙天体在大气层中的爆炸，例如车里雅宾斯克陨石事件。

探测一枚随时可用的核弹头或其部件则要困难得多。武器级铀和钚具有放射性，会释放中子和伽马射线，但其活度非常低。在仅10至20米的距离上具体取决于装置采用的是钚还是铀，它释放的辐射几乎难以与自然本底区分开来。

消费级剂量计在这里几乎没有用处。它只能读取整体本底，无法区分伽马射线和中子流，而且很容易受到花岗岩等其他辐射源的干扰。

因此，探测核武器需要复杂而专业的探测器：这类仪器能够高精度构建伽马射线能谱，并测量中子的能量和通量。正是这一点，使它们能够将铀基或钚基弹头与其他物体区分开来。

即便如此，这些设备也并非总能奏效。2002年，美国广播公司的记者将15磅贫化铀藏在一个集装箱中，通过纽约港的海关。经过处理的贫化铀所发出的辐射特征，与制造炸弹所用的高浓缩铀非常相似。海关人员将该集装箱标记为高风险并进行了检查，但他们的设备没有发现其中的铀。

一种更可靠的方法是使用主动式探测器，这类探测器会自行发射中子流或伽马射线。中子会使铀核或钚核“裂变”并产生新的中子，从而暴露出可裂变材料的存在。如果一个被中子轰击的物体反射回强大的中子流，那么它就是核装置。

如果说在地球上探测一枚炸弹已经很困难，那么在太空中做到这一点是否更难？答案是肯定的。《外层空间条约》第四条禁止在外层空间放置核武器，或将其安装在天体上。但相比核试验监测条约，核查这一条款的执行情况要困难得多。

如果在几十米开外找到一枚炸弹已经需要精密设备，那么在数百甚至数千公里高空的卫星上找到它就更难。这不仅是因为距离，还因为核弹头微弱的辐射很容易淹没在宇宙辐射本底之中。

麻省理工学院专门研究核军控的物理学家阿雷格·达纳古良是从事这一课题的研究者之一。他在接受《自然》播客采访时表示，在核大国之间猜疑加深、关于太空“军事化”的指控日益频繁之际，美国需要可靠的手段来探测航天器上的武器。

他说，从理论上讲，可以向可疑空间物体发射一颗小型检查卫星，抵近后用粒子流或辐射照射它，触发某种可以揭示其是否携带核武器的过程。“但这是一种颇具敌意的行为。对方可能会认为你在试图摧毁他们的卫星。”达纳古良说。

达纳古良的解决方案是让自然来完成探测：探测来自太空的天然粒子在核装置内部撞出的次级粒子。这样一来，发射可疑物体的国家就没有理由指控任何人发动了攻击。

达纳古良提议使用能量超过7.5亿电子伏特的天然质子，作为这种外部粒子流的来源。这些质子的来源较为复杂。来自太阳系之外的高能宇宙粒子与高层大气中的原子碰撞，产生由多种粒子组成的广延大气簇射，其中包括介子、μ子和中子。大多数粒子落向地球，但也有一些向上进入辐射带，在那里中子衰变为质子和电子。

当一个能量约为10亿电子伏特的质子遇到重元素的原子核时，就会发生一种被称为散裂的反应：质子和中子会同时从原子核中被撞出。质子因带有电荷会被物质减速，而中子则继续飞行。物理学家在实验室中也用同样的过程来产生中子束。

“一个能量适当的质子，根据条件不同，可以产生10到14个中子。”达纳古良说。因此，要判断一艘可疑航天器是否携带核弹头，只需探测从它身上发出的特征性中子流即可。

根据达纳古良的计算，探测卫星可以是一颗9U规格的小型立方星，即由九个10厘米见方的立方体拼装而成。探测器本身由两块30厘米见方的面板组成，两块面板之间相隔10厘米。面板由塑料闪烁体制成——闪烁体是指任何在高能粒子撞击时会发出闪光的物质。闪烁体两面覆盖有单晶金刚石板。相比之下，金刚石几乎只对带电粒子作出反应：带电粒子会电离碳原子，释放出电子并在板中留下空穴，从而产生电流。

这种结构使探测器能够自动区分带电粒子和中性粒子：如果只有闪烁体被触发，说明进入探测器的是中子；如果闪烁体和金刚石板同时被触发，则说明是带电粒子，这部分数据会被舍弃。

两块面板还能让探测器判断中子来自哪个方向，从而把来自“嫌疑对象”的粒子与杂散粒子区分开来。要判断一颗卫星上是否携带核武器，达纳古良设计的检查器需要在距离“嫌疑对象”约4公里的范围内停留约一周时间，分析其中子流。如果把距离缩短到1公里，等待时间就会降至一小时。

理想情况下，检查器应正好位于“嫌疑对象”和地球之间，因为这是最容易扣除来自地球大气层中子流的位置。达纳古良关于轨道辐射环境和中子探测可行性的所有计算，都是基于俄罗斯航天器“宇宙-2553”号所在轨道的数据。美国官员称，俄罗斯正在利用这颗卫星测试天基核武器的部件。

一颗核检查卫星需要精确机动，追上潜在目标，并在轨道标准下算是很近的距离上，长时间保持稳定位置。达纳古良列举了一长串卫星案例，即一国的卫星曾抵近另一国航天器，其中包括Meduza曾报道过的、跟踪欧洲卫星的俄罗斯“射线”航天器。他表示，这类机动并未引发严重的政治危机。

不过，检查卫星的活动确实多次引发美国的强烈表态，以及关于俄罗斯正在将太空军事化的指控。此外，“嫌疑对象”航天器没有义务在检查器积累足够中子的过程中原地等待——它可能会干脆试图溜走。这类追逐在近地轨道上已经发生过。