DOW-UAP-D126: הנעה גרעינית מתקדמת למשימות מאוישות בחלל העמוק - מטעני מיזוג מדאוטריום, מראה מגנטית ומחולל "סופר-מרקס" באורך 1.5 ק"מ

קובץ: DOW-UAP-D126_AAWSAP-DIRD-Advanced-Nuclear-Propulsion-for-Manned-Deep-Space-Missions-March-11-2010.pdf סוכנות מקור: סוכנות הביון הביטחונית (DIA), המשרד להתרעה ביטחונית (Defense Warning Office), במסגרת תוכנית AAWSAP סוג מסמך: מסמך ייחוס מודיעיני ביטחוני (Defense Intelligence Reference Document, DIRD), סדרת "Acquisition Threat Support"; מספר בקרה DIA-08-1003-007 תאריך: 11 במרץ 2010 (מועד סגירת המידע, ICOD: 1 בדצמבר 2009) סיווג: UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE ONLY (הסימון FOUO מחוק בקו בכל העמודים; שוחרר לציבור ב-2026) מספר עמודים: 37 VIRIN: 260918-D-D0360-1115 שחרור PURSUE: 6

תקציר

"Advanced Nuclear Propulsion for Manned Deep Space Missions" (הנעה גרעינית מתקדמת למשימות מאוישות בחלל העמוק) הוא מסמך של 31 עמודים ממוספרים ועוד עמודי פתיחה, עם 17 איורים, 2 טבלאות, 42 משוואות ממוספרות ונספח אחד. הוא הוכן בידי מחלקת תמיכת הרכש (DWO-3) של המשרד להתרעה ביטחונית ב-DIA, ושם המחבר מושחר ומופיע כ-AAP Person 72.

זהו מסמך מתמטי במובהק: רובו חישובי סדרי גודל בפיזיקה של פלזמה ושל מיזוג גרעיני, ביחידות cgs. הוא גם מסתייג במפורש מן הרעיון שפריצת דרך בהנעה תבוא מחוקי פיזיקה חדשים, רעיון שמסמכים אחרים בסדרה, כמו DOW-UAP-D138 על הנעת עיוות ואנרגיה אפלה, בוחנים. לדברי המחבר, ייתכן ש"כל חוקי הפיזיקה היסודיים הרלוונטיים להנעה כבר התגלו", והשאלה היא אם די בהם.

הטענה המרכזית: לטיסה מאוישת מעבר לירח דרושים גם דחף גבוה וגם דחף סגולי גבוה, והרעיון הידוע היחיד שמספק את שניהם הוא הנעה בפיצוצים גרעיניים, ברוח פרויקט Orion. כדי להימנע מנשורת ומבזבוז של פצצות ביקוע קטנות, המחבר מציע פצצות מיזוג זעירות מדאוטריום טהור, דלק שאפשר להפיק ממים על שביטים, אסטרואידים וכוכבי לכת. המסמך אינו מזכיר עב"מים או תופעות בלתי מזוהות; המונח "extraterrestrial bodies" מופיע בו רק כתיאור של גרמי שמיים שבהם החללית תתדלק.

מאמר מחקר

המסמך וההקדמה האישית

עמוד השער נושא את התאריך 11 במרץ 2010, את מועד סגירת המידע 1 בדצמבר 2009 ואת מספר הבקרה DIA-08-1003-007 (עמוד 1). ההערה המנהלית בעמוד 2 מציינת שהמסמך הוא "אחד בסדרה של דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009" בתוכנית AAWSA, ושאלות יש להפנות אל AAP Person 1, מנהל התוכנית, ב-DIA בוושינגטון.

ההקדמה (עמודים 5 עד 6) כתובה בגוף ראשון, והיא חריגה בסדרה. המחבר מתאר עניין בטיסה לחלל מגיל עשר, השכלה בפיזיקה בגרמניה, ועיסוק מאז 1954 בהצתה של תגובות תרמו-גרעיניות בלי ביקוע (nonfission ignition) באמצעות כליאה אינרציאלית. לדבריו, כשהגיע לארצות הברית פגש בסן דייגו את טד טיילור ואת פרימן דייסון, שעבדו על פרויקט Orion, אך לא יכול היה להצטרף לקבוצה משום שהעבודה הייתה מסווגת והוא טרם היה אזרח אמריקאי. הוא מוסיף טענה היסטורית שאין לה תיעוד במסמך: מ"שיחות" עם הייזנברג הוא יודע שרעיון דומה ל-Orion הוצג להייזנברג בידי ורנהר פון בראון בברלין "בסביבות 1942".

ההקדמה מסתיימת בחילופי דברים מספרו של ג'ורג' דייסון על Orion: טד טיילור האמין שאפשר לבנות פצצות קטנות ונקיות ללא ביקוע, אך חשש שיהיו "בלתי ניתנות לעמידה כנשק"; פרימן דייסון סבר שטיילור טועה. המחבר כותב: "I for my part think Freeman is wrong" (אני מצדי חושב שפרימן טועה). הוא מצטט גם את טיילור, שסיפר לפני מותו על חלום "על צורה חדשה של נשק גרעיני", ומנחש שמדובר ב"חומרי-על נפץ" כימיים שיוכלו להצית פצצה תרמו-גרעינית, הנושא של הנספח.

מבין 12 התחומים הטכניים שהוגדרו במסמך יעדי התוכנית (DOW-UAP-D110), המסמך משרת בעיקר את תחום ההנעה (propulsion), ובמידה פחותה את ייצור הכוח (power generation), שכן הוא טוען שאותם עקרונות יובילו ל"אנרגיה גרעינית נקייה". הוא אינו מציע כלי נשק, אך ההקדמה מעלה במפורש את הממד הצבאי: פצצת מיזוג טהורה היא גם בעיית הפצה.

ארבע "הוכחות" ומטרה במרחק 550 יחידות אסטרונומיות

המבוא (עמוד 7) נפתח בהשוואה לספרו של הרמן אוברת מ-1923 על רקטות כימיות, ומבטיח "להוכיח" ארבע טענות: שבמצב המדע והטכנולוגיה הנוכחי אפשר לבנות חלליות המונעות בתגובות מיזוג של דאוטריום שיגיעו לקצה מערכת השמש; שחלליות כאלה יאפשרו חקר מאויש של כל מערכת השמש ומעבר לה; שעלות הפיתוח תהיה גבוהה אך "בתחום ההיתכנות הכלכלית"; ושאותם עקרונות יובילו לאנרגיה גרעינית נקייה. המסמך אינו מביא הערכת עלות או לוח זמנים כלשהו.

היעד הראשון הוא מוקד "העדשה הכבידתית של איינשטיין" במרחק 550 יחידות אסטרונומיות, שם אפשר להשתמש בשמש כעדשה של טלסקופ-על, רעיון שהמסמך מייחס לקלאודיו מקונה (Claudio Maccone) מ-1993. החזון ארוך הטווח הוא "לבנות גשרים" דרך ענן אורט, מקור של קרח ושל דאוטריום, ולהגיע בסופו של דבר לכוכבי לכת דמויי ארץ במערכות שכנות. במסקנה המחבר צנוע יותר: הנעה בדאוטריום תאפשר טיסה מאוישת לענן אורט, "במרחק של כעשירית שנת אור".

למה דאוטריום, ולמה בלי ביקוע

הפיזיקה שבבסיס המסמך מוכרת. בתגובת דאוטריום-טריטיום (DT), הקלה ביותר להצתה, 80 אחוזים מהאנרגיה נפלטים כנייטרונים, שאין מראה מגנטית שיכולה להסיט אותם. תגובת דאוטריום-הליום 3 מייצרת בעיקר חלקיקים טעונים, אך הליום 3 כמעט אינו זמין; פרויקט Daedalus של האגודה הבין-כוכבית הבריטית הציע "לכרות" אותו מאטמוספרת צדק. בדאוטריום טהור, לאחר חישוב תגובות המשנה, 62 אחוזים מהאנרגיה עוברים לתוצרים טעונים ו-38 אחוזים לנייטרונים (עמוד 11). מהירות הפליטה המרבית לפי טבלה 1 היא 1.5x10⁹ ס"מ לשנייה, ובמקרה הטוב ביותר, עם לכידת הנייטרונים, 1.9x10⁹ ס"מ לשנייה, כלומר 6.3 אחוזים ממהירות האור (עמוד 26). לשם השוואה כללית, מנועים כימיים מגיעים למהירות פליטה של כ-4.5 ק"מ לשנייה.

הבעיה היא ההצתה. לפי המסמך, התנאי לבעירה מתפשטת ב-DT דורש כמגה-ג'ול אחד, ואילו כדור דאוטריום היה דורש פי 10,000, כ-10⁴ מגה-ג'ול, "למעשה מחוץ להישג יד" בלי פצצת ביקוע (עמוד 14). איור 1, "Solution in between two extremes", ממקם את ההצעה בין שני קצוות: ניסוי Centurion-Halite באתר הניסויים בנבדה, שבו גלולת DT הוצתה בקרני רנטגן מפצצת ביקוע תת-קרקעית, וניסוי "Mike" של 15 מגה-טון, שבו דאוטריום נוזלי הוצת בתצורת טלר-אולם (עמוד 17). הפתרון המוצע: מוט דק של דאוטריום, שקצהו מוצת באלומת פרוטונים של 10⁷ אמפר ו-GeV. השדה המגנטי של האלומה עצמה לוכד את התוצרים הטעונים בתוך המוט, והתנאי הכדורי מוחלף בתנאי לאורך המוט, כך שאנרגיית ההצתה יורדת לסביבות ג'יגה-ג'ול אחד. טבלה 2 מראה שכל התוצרים נלכדים מעל זרם קריטי של 3.84x10⁶ אמפר (עמודים 13 עד 15).

החללית כקבל: מתח של ג'יגה-וולט ומראה מגנטית

החידוש המרכזי הוא שהחללית עצמה משמשת קבל ענק. בוואקום של החלל אפשר, לפי המחבר, לטעון גוף מוליך למתח של ג'יגה-וולט אם שדה מגנטי חזק מקביל לפני השטח שלו ("בידוד מגנטי"). חללית בממד של כ-30 מטר, בשדה של 10⁴ גאוס, תיטען ל-3x10⁹ וולט ותאגור כג'יגה-ג'ול, שיתפרקו בתוך 10⁻⁷ שנייה בהספק של 30 פטה-וואט (עמוד 22). איור 4 מציג את "החללית האטומית המוליכה-על": זרמים טבעתיים סביב הגוף מבודדים אותה וגם יוצרים מראה מגנטית שמחזירה את כדור האש של הפלזמה, במקום לוח הדחיפה של Orion. כדי להוליך את האלומה אל הפצצה, חדר רקטה זעיר מלא מימן, המחובר למטרה, יורה סילון פלזמה לעבר החללית ויוצר "גשר" מוליך (עמוד 21).

חישוב סדרי הגודל בעמודים 18 עד 19 ממחיש את ההיקף. חללית של 1,000 טון בתאוצה של g אחד דורשת הספק השווה ל"פצצה גרעינית של קילוטון אחד בשנייה". כדי להגיע ל-100 ק"מ לשנייה, "המהירות הדרושה למסע בין-כוכבי-לכת מהיר", נדרשות כ-10⁴ פצצות מיזוג של קילוטון אחד, ומסתן הכוללת כ-100 טון. המחבר מסכם ש"דרוש מספר גדול מאוד של פיצוצים גרעיניים", ולכן רק דלק זול וזמין כמו דאוטריום הגיוני. 38 האחוזים של הנייטרונים דורשים רדיאטור גדול; המחבר מציע מחיצת בורון ומאט מימן (איור 3), ומניח שבורון "ככל הנראה" קיים בשביטים. הצעה נוספת היא "גל פיצוץ אוטו-קטליטי", שבו קרני רנטגן רכות דוחסות את הדלק לפני החזית ולוכדות את הנייטרונים.

השיגור מכדור הארץ וניסוי על הקרקע

המחבר מודה ש"הרמת מטענים גדולים למסלול נותרת המשימה הקשה ביותר": באטמוספרה הבידוד המגנטי נכשל. לשיגור מהקרקע הוא מציע לייזר אולטרה-סגול של ארגון, שנשאב בגל הלם מתכנס מקליפה של חומר נפץ (הקסוגן), מחמם מוט ארגון ל-90,000 קלווין ומפיק פולסים של מגה-ג'ול, כדי להצית פיצוץ DT קטן, שיצית פיצוץ דאוטריום גדול יותר בתצורת "מיני-טלר-אולם" (איור 5, עמודים 22 עד 23). לדבריו, הציע זאת לראשונה בדוח מסווג מינואר 1970, שהוסר סיווגו ביולי 2007, ובמקביל הציעה קבוצה מלוס אלמוס בנובמבר 1970 לייזרים של פחמן דו-חמצני, שלדבריו אורך הגל שלהם ארוך מדי. להגעה למהירות של 10 ק"מ לשנייה, ביעילות של 10 אחוזים, יידרשו כ-100 פיצוצים של קילוטון (עמוד 24). על ההשלכות הסביבתיות או המשפטיות של פיצוצים גרעיניים באטמוספרה המסמך אינו דן, מלבד הקביעה שפיצוצים כאלה לא ייצרו נשורת רדיואקטיבית.

כדי לבחון את הרעיון בלי חללית, המחבר מציע "מחולל סופר-מרקס" (Super Marx generator): מחולל מרקס דו-שלבי, שבו כ-100 קבלים קואקסיאליים באורך 15 מטר, כל אחד טעון ל-10 מגה-וולט, מחוברים בטור ל-1 ג'יגה-וולט בתוך מנהרת ואקום באורך 1.5 ק"מ (איורים 7 עד 13, עמודים 26 עד 31). הטקסט מדבר גם על מחולל "באורך מייל", אי-התאמה קטנה בין הכיתוב לטקסט. חלופה, שהמסמך מייחס לתקשורת פרטית עם אדם בשם Fuelling, היא קבלי מים ובידוד בשמן שנאים.

הנספח: "חומרי-על נפץ" משוערים

הנספח (עמודים 32 עד 35) הוא החלק הספקולטיבי ביותר, והמחבר עצמו מכנה אותו "conjectured" (משוער). הרעיון: תחת לחץ של כ-100 מגה-בר, קליפות האלקטרונים הפנימיות של אטומים סמוכים עשויות ליצור "גשרים", ובהתפרקותם לפלוט פרץ של קרני רנטגן ברמת keV, בדומה לחומר נפץ כימי שפולט פוטונים ברמת eV. לחישוב גס עבור ניאון מתקבל כ-15 keV. לחצים כאלה אפשר להשיג, לפי המסמך, בהפצצה באלומות, בפגיעה במהירות-על של 30 ק"מ לשנייה או בגל הלם מתכנס. אין במסמך עדות ניסויית לקיומם של חומרים כאלה, והוא מציג אותם כאפשרות "ספקולטיבית יותר" בלבד (עמוד 8).

משמעות

המסמך משלים את הצד השני של דיוני ההנעה בספריית AAWSAP. לעומת DOW-UAP-D123 על פוזיטרונים, שנשען על אנטי-חומר, המסמך הזה מזכיר את האנטי-חומר רק בקצרה: הצתה בננוגרמים של אנטי-חומר "נראית בעלת פוטנציאל אמין", אך גם אז ייצורו ואחסונו "מציבים בעיות טכניות רציניות"; ולעומת DOW-UAP-D124 על תשתית שיגור, הוא מדלג אל ענן אורט. הוא מציג טיעון פיזיקלי עקבי, עם חישובים מפורשים, על מקורות אנרגיה שקיומם מוכח (מיזוג דאוטריום בפצצות מימן), אך כל שרשרת ההצתה המוצעת, מאלומת פרוטונים של 10 מיליון אמפר ועד מחולל ג'יגה-וולט באורך קילומטר וחצי, לא נבנתה.

כמה נקודות הקשר כלליות מסייעות לקרוא אותו. המחבר כתב ב-2010 ש"טרם הוצתו מיקרו-פיצוצי DT"; בדצמבר 2022 הודיע מתקן ההצתה הלאומי (NIF) בארצות הברית על הצתה ראשונה של מטרת DT בלייזר עם תפוקה גדולה מאנרגיית הלייזר, אך הצתה של דאוטריום טהור, לב ההצעה, לא הודגמה. בנוסף, אמנת האיסור החלקי על ניסויים גרעיניים מ-1963 אוסרת פיצוצים גרעיניים באטמוספרה ובחלל, סוגיה שהמסמך אינו מזכיר כלל.

לבסוף, בנוגע לתופעות בלתי מזוהות: אין במסמך דבר כזה. הוא אינו עוסק בעב"מים, אינו מייחס יכולות לגורם זר, ואינו מנתח איום. ערכו לארכיון הוא בתיעוד קו חשיבה שמקורו בפרויקט Orion ובמחקר המיזוג האינרציאלי של שנות ה-60 וה-70, כפי שהוצג לתוכנית מודיעינית ב-2010, יחד עם אנקדוטות היסטוריות על טיילור, דייסון והייזנברג.

אנשים מרכזיים

מקומות

מושגי מפתח

ציטוטים בולטים

"We have little reason to expect that new fundamental laws of physics that could lead to a breakthrough in propulsion still await discovery." (אין לנו סיבה רבה לצפות שחוקי פיזיקה יסודיים חדשים, שעשויים להוביל לפריצת דרך בהנעה, עדיין ממתינים לגילוי.) -- עמוד 6

"I had a dream last night, about a new form of nuclear weapon, and I am really scared of it." (חלמתי אמש חלום על צורה חדשה של נשק גרעיני, ואני ממש מפחד ממנו.) -- עמוד 6, ציטוט של טד טיילור כפי שמובא במסמך

"At the present state of science and technology one can build spaceships driven by deuterium thermonuclear reactions, able to reach the outer limits of the solar system." (במצב המדע והטכנולוגיה הנוכחי אפשר לבנות חלליות המונעות בתגובות תרמו-גרעיניות של דאוטריום, שמסוגלות להגיע לגבולותיה החיצוניים של מערכת השמש.) -- עמוד 7

"For manned space flight beyond the Moon, nuclear propulsion is indispensable." (לטיסה מאוישת מעבר לירח, הנעה גרעינית היא הכרחית.) -- עמוד 16

"One can summarize these estimates by concluding that a very large number of nuclear explosions are needed, which for fission explosions, as well as for deuterium-tritium explosions, would become very expensive." (אפשר לסכם את ההערכות הללו במסקנה שדרוש מספר גדול מאוד של פיצוצים גרעיניים, שבפיצוצי ביקוע, כמו גם בפיצוצי דאוטריום-טריטיום, יהיו יקרים מאוד.) -- עמוד 19

"With no deuterium-tritium (DT) microexplosions yet ignited, the nonfission ignition of pure deuterium (DD) fusion explosions seems to be a tall order." (כל עוד לא הוצתו מיקרו-פיצוצים של דאוטריום-טריטיום, הצתה ללא ביקוע של פיצוצי מיזוג של דאוטריום טהור נראית כמשימה תובענית מאוד.) -- עמוד 19

"If large-scale manned spaceflight has any future, a high-specific-impulse, high-thrust propulsion system is needed. The only known propulsion concept with this property is nuclear bomb propulsion." (אם לטיסה מאוישת בהיקף גדול יש עתיד כלשהו, דרושה מערכת הנעה בעלת דחף סגולי גבוה ודחף גבוה. רעיון ההנעה הידוע היחיד בעל תכונה זו הוא הנעה בפצצות גרעיניות.) -- עמוד 31