Pour dissuader les tentatives de désactiver les services électriques américains et de défendre les systèmes d'armes nucléaires américains contre l'évolution des menaces technologiques, Sandia National Laboratories a lancé deux initiatives pluriannuelles pour renforcer les réponses américaines.

L'un est axé sur la défense des grands systèmes de distribution d'électricité américains contre les attaques potentielles de pays hostiles, ainsi que des dommages causés par des catastrophes naturelles extrêmes comme les ouragans et les éruptions solaires. La campagne Systèmes énergétiques résilients, un portefeuille de recherche pluriannuel avec un financement total pouvant atteindre 40 millions de dollars, est soutenu par le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Sandia, qui finance des travaux exploratoires en science et technologie.

"Le réseau électrique d'origine n'a pas été conçu dans un souci de sécurité contre les cyberpiratages, ou protection contre les perturbations électromagnétiques, ou des catastrophes naturelles telles que les ouragans ou les tempêtes solaires géomagnétiques, ", a déclaré le gestionnaire de portefeuille Craig Lawton.

"L'objectif principal de notre portefeuille de missions est d'atténuer les vulnérabilités causées par la technologie archaïque des transformateurs et autres composants. Les solutions nécessitent de la recherche, et nous recherchons des apports collectifs d'idées de chercheurs de l'industrie, entreprises de services publics, les universités, d'autres labos et bien sûr Sandia, " il a dit.

Dissuader les agressions en mettant à jour les systèmes d'armes

La deuxième campagne de recherche développe des capacités techniques habilitantes pour aider les États-Unis à maintenir leur dissuasion nucléaire stratégique.

La campagne de recherche Assured Survivability and Agility with Pulsed Power est un portefeuille pluriannuel avec un financement total allant jusqu'à 40 millions de dollars, encore par le programme LDRD de Sandia. Le portefeuille de missions est destiné à explorer des technologies qui utilisent de brèves mais puissantes rafales d'énergie électrique pour simuler des explosions nucléaires, sans recourir à de véritables essais nucléaires, afin de mieux comprendre leur impact sur l'électronique et les matériaux.

"Nos systèmes d'armes nucléaires ont été relativement statiques, alors que les capacités et les technologies utilisées par nos adversaires potentiels évoluent à un rythme rapide, " a déclaré le physicien de Sandia Kyle Peterson, qui a développé et conduit la mission. "Nous devons être plus agiles dans l'identification des menaces potentielles pour maintenir une dissuasion efficace contre les actions militaires hostiles.

"Nous sommes ouverts à, et j'espère, l'apport des chercheurs de l'industrie, universités et autres laboratoires nationaux ainsi que Sandia pour apporter des idées et travailler dans cet effort, " a déclaré Peterson.

Les avantages supplémentaires des deux portefeuilles de missions devraient inclure une production électrique plus efficace, des données plus précises pour les astrophysiciens, et une approche plus étroite de la fusion à l'équilibre et même à haut rendement, qui peut générer de l'énergie électrique en fusionnant des atomes - un objectif d'une branche de la physique depuis 70 ans.

Améliorer la résilience des services publics américains

Il y a place à l'amélioration de la protection du système énergétique américain, dit Lawton.

"Nos systèmes de production d'électricité sont peut-être plus vulnérables que nous le souhaiterions, " il a dit.

"Beaucoup d'entre eux ont été construits à une époque plus simple, certains vers le début du 20e siècle. Bien que remarquablement durable, depuis lors, ils ont été recouverts de systèmes de contrôle informatique complexes pour aider à répondre aux demandes complexes d'aujourd'hui. »

Ces systèmes informatiques, il dit, sont vulnérables au piratage informatique qui pourrait les altérer ou les désactiver, perturbant potentiellement l'alimentation de vastes zones géographiques.

"L'électricité fait fonctionner presque tout dans la société moderne, " Lawton a dit. " Sans cela, la nourriture va mal, les hôpitaux ne peuvent pas fonctionner, les cartes de crédit ne fonctionnent pas. Les barrages laissant passer des quantités prescrites de canalisations d'eau et de gaz fonctionnent de manière autonome grâce à des codes. »

En plus des problèmes informatiques créés de manière malveillante, « les dommages causés par les menaces naturelles, comme les ouragans, peut causer des problèmes qui peuvent s'étendre pendant de longues périodes si les pièces de rechange ne sont pas facilement disponibles, " il a dit.

Alors que les grands services publics ont déjà des parafoudres pour atténuer les coups de foudre, et des paratonnerres très efficaces, "ils ne fonctionnent pas assez vite pour capter une onde électromagnétique nanoseconde d'une arme nucléaire qui a explosé dans l'atmosphère." L'impulsion électromagnétique pourrait griller des circuits non protégés, il a dit.

Alors que les entreprises de services publics sont tenues de mettre en place des plans d'urgence pour fournir de l'électricité si un générateur d'un grand système tombe en panne, il n'y a pas de réponse préparée s'ils perdent plusieurs générateurs à la fois, il a dit.

« Ce sont quelques-uns des problèmes que nous espérons atténuer dans nos prochains travaux, " a déclaré Lawton. " Nous pensons que les idées proposées pour augmenter notre sécurité électrique viendront de Sandia et d'autres laboratoires nationaux, les universités et les entreprises de services publics elles-mêmes.

Le royaume intense d'ASAP

Parmi les problèmes militaires qu'un adversaire peut présenter, il y a des systèmes d'armes plus performants ainsi qu'une technologie destinée à brouiller un missile américain et à l'empêcher d'atteindre sa cible. La Survivabilité et l'Agilité Assurées avec la Puissance Pulsée, AU PLUS VITE, La campagne investira dans la science et la technologie nécessaires pour garantir que « les objectifs militaires américains seront atteints en cas d'échec de la dissuasion, ", a déclaré Peterson.

Une étude plus approfondie des brèves impulsions fortes de puissance électrique est nécessaire pour aider à atteindre cet objectif. Les accélérateurs à puissance pulsée stockent l'énergie et la libèrent en rafales puissantes. Ceux-ci peuvent être convertis en rayons X et en neutrons pour être utilisés comme une version de laboratoire d'un véritable attentat à la bombe pour évaluer comment les systèmes d'armes nucléaires et conventionnelles réagiraient s'ils étaient soumis à ces environnements.

Sandia utilise la technologie de l'énergie pulsée dans un certain nombre d'installations différentes :Saturne, Hermes et Z—et élabore actuellement des propositions pour améliorer certaines de ces capacités.

L'un concerne les systèmes d'armes à énergie dirigée, dit Peterson. Des impulsions d'énergie pure pouvaient dissuader les pelotons de soldats qui avançaient en les réchauffant inconfortablement. Focalisé sur un faisceau plus étroit, ils pourraient être utilisés pour abattre des missiles entrants presque instantanément.

Un successeur considérablement amélioré de l'installation Z a été proposé qui fournirait actuellement 10 fois la production d'énergie de Z :une impulsion électrique de pétawatt (quadrillion de watts).

dit Peterson, "Cela créerait des niveaux sans précédent de rayons X et de neutrons, jusqu'à des dizaines de milliers de neutrons de plus que ceux actuellement générés par Z aujourd'hui." Z est déjà le générateur de rayons X le plus puissant au monde.

"Nous avons vu des lasers pétawatt pendant de nombreuses années, ", a-t-il poursuivi. "Ce serait le premier accélérateur à fournir un pétawatt de puissance électrique et avec des énergies bien supérieures à celles que les lasers peuvent générer."

Cependant, to realize such a facility and other advances, 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.