DOW-UAP-D140: תקשורת בגלי כבידה בתדר גבוה - משדרים, גלאי Li-Baker ומפת דרכים עד 2050

קובץ: DOW-UAP-D140_AAWSAP-DIRD-High-Frequency-Gravitational-Wave-Communications-April-6-2010.pdf סוכנות מקור: סוכנות הביון הביטחונית (DIA), משרד ההתרעה (Defense Warning Office), במסגרת התוכנית ליישומי מערכות נשק אווירו-חלליות מתקדמות (AAWSAP) סוג מסמך: מסמך ייחוס מודיעיני ביטחוני (DIRD) בסדרת "Acquisition Threat Support", מספר בקרה DIA-08-1004-005 תאריך: 6 באפריל 2010 (מועד חיתוך המידע, ICOD: 1 בדצמבר 2009) סיווג: UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE ONLY, וסימון ה-FOUO מחוק בקו בכל עמוד; שוחרר ב-2026 מספר עמודים: 57 VIRIN: 260918-D-D0360-1129 שחרור PURSUE: 6

תקציר

המסמך שואל שאלה הנדסית אחת: האם אפשר ליצור ולגלות במעבדה גלי כבידה, האדוות במרחב-זמן שחזתה תורת היחסות הכללית של איינשטיין, בתדרים גבוהים מספיק כדי לשאת מידע? על הנייר, המחבר (ששמו הושחר והוחלף בכינוי "AAP Person 77") עונה בחיוב. המאמר מציע כמשדר ערימה של מוליכי גל טבעתיים המוזנים באינפרא-אדום, וכמקלט את גלאי Li-Baker. הוא מחשב קישור תיאורטי של כ-1.9 מיליון סיביות בשנייה על פני 7,000 ק"מ, בקרן העוברת ישירות דרך כדור הארץ.

למסמך ארבעה פרקים עיקריים. הראשון סוקר רעיונות למשדרים ("מחוללים"). השני סוקר רעיונות למקלטים ("גלאים") ומסתיים בניתוח הגבול הקוונטי של תכנון Li-Baker. השלישי, "שיקולים מבצעיים", עוסק בתקציב הקישור, ברוחב הפס ובתקן תדר וזמן מוצע. הרביעי, "פוטנציאל עתידי", משרטט את הפיתוח עד 2050 ואילך. נספח B הוא תוכנית עבודה דו-שנתית לבניית גלאי Li-Baker, ונספח C מכיל עמוד שער בלבד.

כל מערכת במסמך היא היפותטית. אף מעבדה לא יצרה או גילתה עד אז גל כבידה בתדר גבוה, והמחבר מודה שפרמטרי הקישור "לא יאומתו עד שניתן יהיה לבצע ניסוי מוצלח". המסמך אינו מזכיר בשום מקום תופעות אוויריות בלתי מזוהות (UAP), עב"מים או תופעות בלתי מוסברות.

מאמר מחקר

המסמך ומקומו בתוכנית AAWSAP

השער (עמוד 1) מזהה את המאמר כמסמך ייחוס מודיעיני ביטחוני בסדרת "Acquisition Threat Support". הוא מתוארך ל-6 באפריל 2010, מועד חיתוך המידע שלו הוא 1 בדצמבר 2009 ומספר הבקרה שלו הוא DIA-08-1004-005. מסמך ה-DIRD על מטא-חומרים שהונפק באותו יום (DOW-UAP-D141) נושא את המספר העוקב, DIA-08-1004-006. עמוד 2 מציין כגוף המכין את אגף תמיכת הרכש (Acquisition Support Division, DWO-3) במשרד ההתרעה של מנהלת הניתוח ב-DIA. ההערה המנהלית מגדירה את המסמך כ"אחד בסדרה של דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009" במסגרת תוכנית AAWSA, ומפנה שאלות אל AAP Person 1, מנהל התוכנית, בבניין 6000 של ה-DIA בוושינגטון. אזהרת זכויות יוצרים אוסרת על הפצה נוספת של התצלומים.

תקשורת אינה אחד משנים-עשר התחומים הטכניים שבהצהרת היעדים של התוכנית (DOW-UAP-D110). המאמר משתייך בעיקר ל"נושאים תומכים", אם כי סעיף 4.4 נוגע גם בהנעה ובהשפעות הקרובות לתחום החימוש.

המאמר מאמץ את ההגדרה של דאגלס ובראגינסקי (1979): גלי כבידה בתדר גבוה (HFGW) הם גלי כבידה בתדר שמעל 100 קילוהרץ. הוא מציין שגלאים שנבנו לגלים בתדר נמוך, כמו LIGO, אינם מסוגלים לקלוט אותם (עמוד 6). לשם הקשר: גלי כבידה נקלטו ישירות לראשונה ב-2015 במצפה LIGO. אלה היו גלים ממיזוג חורים שחורים, בתדרים של כמאה הרץ. גלי כבידה בתדר גבוה טרם נקלטו עד היום.

עמוד 6 מציג את הטיעון בעד התחום. גלי כבידה כמעט אינם נבלעים בחומר, ולכן אות יכול לעבור "ישירות דרך כדור הארץ ממוסקבה שברוסיה לקראקס שבוונצואלה" בלי כבלים, ממסרים או לוויינים, ולהגיע גם ל"צוללות השקועות עמוק". באותו עמוד מוצעים קישורי HFGW גם לכלי טיס מגנטו-הידרודינמיים (MHD) עתידיים, הסובלים מהפרעה אלקטרומגנטית "הדומה להפרעת הפלזמה הנראית בכניסה חוזרת לאטמוספרה".

משדרים: מ-0.28 פיקוואט לגליל באורך 12.5 מטר

פרק המחוללים יוצא מנוסחת הקוודרופול של איינשטיין, בניסוח המבוסס על ה"טלטלה" (jerk), כלומר קצב השינוי של הכוח הפועל על שתי מסות: P = 1.76×10⁻⁵² (2rΔf/Δt)² ואט. הדוגמה המחושבת בעמוד 8 מטלטלת שתי מסות במרחק 10 מטרים זו מזו בכוח של 4×10⁸ ניוטון, בתדר של כ-5 ג'יגה-הרץ. התוצאה היא 0.28 פיקוואט, והמחבר מודה: "ברור שנוצר הספק HFGW קטן מאוד". עמודים 8 עד 10 מונים דרכים להגדלת התפוקה. כוחות אלקטרומגנטיים גדולים "ביותר מ-10³⁵" מכוחות כבידה, ולכן יש להשתמש בהם. אפשר להרחיק את המסות זו מזו ולהעלות את התדר. ומעל הכול, יש להכפיל את מספר הרכיבים המקרינים N הפועלים באותה פאזה, משום שההספק יכול לגדול כמו N².

עמודים 9 עד 11 סוקרים 45 שנות הצעות, החל ב"גייזר" (gaser) משנת 1964. בין ההצעות: חללים אלקטרומגנטיים, פיצוצים גרעיניים (1974), איזומרים גרעיניים בביקוע, צמתים של מוליכי-על, לייזרים וגבישים פיאזואלקטריים. המחבר ממיין אותן לחמש משפחות, ובוחר שני תכנונים:

• הגישה הפיאזואלקטרית (הוכחת היתכנות). 1.8×10⁸ מהודים אקוסטיים מסוג FBAR (film bulk acoustic resonators, המסננים שבטלפונים ניידים), המוזנים ב-10,000 מגנטרונים. בפריסה הפשוטה אורך המתקן היה מגיע ל-19.8 ק"מ והוא היה מקרין 0.066 ואט, עם משרעת עיוות מרחב-זמן של 4.9×10⁻²⁸ במרחק 6.1 ס"מ. הזחת הרכיבים ופריסתם לפרוסות ברוחב ננומטרים מקצרות את המתקן על הנייר ל-198 מטר, אחר כך לכ-198 ס"מ ולבסוף לכ-2 ס"מ. המחבר מתיישב על "פשרה מועדפת" של כ-20 ס"מ ומשרעת של 4×10⁻²⁷ (עמודים 11 עד 12).
• מולקולות המעוררות באינפרא-אדום (משדר מבצעי). תכנון שהמסמך עצמו מכנה "תיאורטי מאוד". מולקולות פנטן ממלאות מוליכי גל טבעתיים באינפרא-אדום. מיליוני לוחות טבעות נערמים זה על זה ומופעלים ברצף במהירות האור, כך שהגל מצטבר כמו nN². יחידה מבצעית תהיה גליל באורך 12.5 מטר וברדיוס 10 מטרים עם 10⁷ לוחות. במרחק מטר אחד היא תפיק שטף של 1.48×10¹⁴ ואט למ"ר בקרן מחט ברוחב 2.3×10⁻⁴ רדיאן (עמודים 12 עד 16). המחבר עצמו מצביע על הבעיה שלא נפתרה: "כיצד להפעיל את כולן בפאזה הנכונה".

במרחק 7,000 ק"מ רוחב הקרן יהיה 1.6 ק"מ, השטף 3 ואט למ"ר והמשרעת 1.8×10⁻³². לפי המסמך, משרעת כזאת "ניתנת לגילוי בגלאי Li-Baker בתכנונו הנוכחי" (עמוד 16).

מקלטים: אפקט Li וגלאי Li-Baker

פרק הגלאים (עמודים 17 עד 26) סוקר הצעות למקלטים מאז 1978 ושלושה מכשירים שכבר נבנו: באוניברסיטת בירמינגהאם באנגליה, במכון INFN בגנואה שבאיטליה, ומַאֲבֵך (interferometer) בתדר 100 מגה-הרץ עם זרועות באורך 75 ס"מ במצפה האסטרונומי הלאומי של יפן. המחבר מודה שרגישותם נמוכה "בסדרי גודל" מזו הנדרשת כדי לקלוט גלי כבידה שרידיים מהמפץ הגדול. המאמר מעדיף את גלאי Li-Baker, הנשען על תיאוריית "אפקט Li" של לי, טאנג וז'או (1992). בשדה מגנטי סטטי חזק, גל כבידה הנע לצד קרן מיקרוגל בעלת אותו תדר ואותה פאזה (מצב שהמסמך מכנה "סינכרו-רזוננס") אמור ליצור שטף קלוש של פוטונים חדשים הנעים בזווית של 90 מעלות לקרן. מקלטים שיוצבו מחוץ לציר יוכלו ללכוד את הפוטונים האלה הרחק מהרעש של הקרן עצמה. כדי להשיב לטענה שהאפקט לא נבדק, המאמר מונה תשעה פרסומי המשך על התיאוריה.

סעיף 2.2.3 מחשב את הגבול הקוונטי הסטנדרטי (Standard Quantum Limit), רצפת המדידה שקובעת "הפעולה החוזרת" הקוונטית (quantum back-action). החישוב מכפיל שלושה מקדמי איכות: 10¹³ ממיצוע של 1,000 שניות ב-10 ג'יגה-הרץ, 3.4×10²¹ מסלקטיביות רדיאלית ו-6.3×10⁴ ממיקוד זוויתי. המכפלה היא Q = 2.1×10³⁹, והיא נותנת גבול של 1.8×10⁻³⁷, נמוך בהרבה מרגישות היעד של 10⁻³² (עמוד 24). מכאן טענת הכותרת שהגלאי "מוגבל באות הפוטונים, לא ברעש קוונטי". החומרה (עמודים 25 עד 26, איור 14) כוללת:

• קרן מיקרוגל גאוסית בתדר 10 ג'יגה-הרץ;
• מגנטים מוליכי-על כמו אלה שבסורקי MRI;
• מחזירי אור פרבולואידיים מ"ממברנות פרקטליות";
• שני מקלטים ממוגנים במרחק כמטר מן הציר;
• קירור אל מתחת לכ-48 מילי-קלווין, בוואקום של 7.5×10⁻⁷ טור.

נספח B (עמודים 50 עד 56) הוא תוכנית עבודה דו-שנתית של שותפות בין אוניברסיטה לבין חברה מקליפורניה, ששתיהן מוזכרות בשמן בנספח: כ-18 חודשי תכנון גלאי ואחריהם כ-8 חודשים של תוכניות ומפרטים. התוכנית מגיעה עד רמת ספקים מועמדים לתאי ואקום, לקליסטרונים ולמקררי דילול, ומציעה מגנט ייעודי של עד 35 טסלה.

תקציב קישור, רוחב פס ותקן זמן כבידתי

פרק "שיקולים מבצעיים" (עמודים 27 עד 36) ניגש לרעיון כמו מהנדס תקשורת, עם תרשימי יחס אות לרעש (איור 16) ותרשים בלוקים של תקציב קישור (איור 17). נתון הכותרת של 1.9×10⁶ סיביות בשנייה נגזר מנוסחת הקיבול של שאנון. הוא מניח אות של 3 ואט למ"ר, רמת רעש של 10⁻⁸ ואט למ"ר ורוחב פס ש"נבחר באופן שרירותי כ-100 קילוהרץ עבור מערכת מתקדמת עתידית". באותו עמוד נאמר שמקדמי האיכות הגבוהים מגבילים כיום מערכות מוקדמות לרוחב פס של "הרץ ספורים" (עמוד 30). הנוסחה כפי שנכתבה נותנת בפועל כ-2.8 מיליון סיביות בשנייה. הערך המודפס, 1.9 מיליון, מתאים ללוגריתם טבעי. זוהי שגיאה קטנה, שאינה משנה את סדר הגודל.

ההצעה הצנועה ביותר היא תקן תדר וזמן (FTS). לפחות שלוש תחנות קרקע (ארבע לשם יתירות) יהיו נעולות בפאזה למקור משותף "כמו המצפה הימי של ארה"ב". המשתמשים יאתרו את מיקומם לפי הפרש זמני ההגעה, "בדומה למערכת ה-GPS" (עמוד 31), ונושא בתדר 300 ג'יגה-הרץ יספק דיוק תזמון של 3 פיקו-שניות. המחבר מודה ש"תועלות הניווט לבדן לא יצדיקו את העלות" (עמוד 32), ולכן הוא מצדיק את התקן ברווחים לתקשורת:

• קיצור זמן רכישת האות מ-1.8 שניות ל-5 מיקרו-שניות;
• חיסכון של 25 עד 50 אחוז בשימוש בערוץ עבור VoIP ו-TCP/IP;
• שיפור פי 2 עד 4 מקידוד פאזה צפוף יותר;
• החזרת פסי ההפרדה (guard bands), ש"צורכים לעתים קרובות 30 עד 50 אחוז" מהספקטרום המוקצה.

סעיף 3.4 מוסיף שעונים אופטיים מבוססי סריג, ושימוש ב"גאואידים" כבידתיים למיפוי נקודות לגראנז'.

מפת דרכים עד 2050 והאופק הספקולטיבי

איור 24 (עמוד 37) משרטט את לוח הזמנים הבא:

• מחקר ניסויי החל ב-2009;
• אישור לאב-טיפוס ב-2020;
• פיתוח התקנים מכ-2025 עד 2035;
• מסירה ראשונה של יישומים ב-2035;
• שדרוג בין-פלנטרי בשנות ה-40;
• מסירה ראשונה של מערכת חללית עד 2050.

הטקסט קורא לעשר עד שתים-עשרה שנות מחקר אוניברסיטאי בתיאום הקרן הלאומית למדע (NSF), ומזהיר: "ללא אישוש מוקדם הטכנולוגיה לא תזכה להכרה רחבה ולא תתקדם". לשנת 2050 המחבר חוזה משדרי-מקלטי HFGW בגודל מילימטרים ובהספק של מיליוואטים, ותגיות ננו-שבב מסוג "HFGW ID" (עמוד 38). הוא גם מציע זוגות משואות על כדור הארץ, הירח ומאדים לניווט בין-פלנטרי (עמודים 39 עד 40), אך מודה ש"מעקב אחר כוכבים יישאר המקור העיקרי לניווט".

סעיף 4.4 (עמוד 41) צופה ש"ההתקדמויות המדהימות ביותר" לא יבואו בתקשורת אלא בשלושה תחומים אחרים:

• היתוך מרחוק: פולס HFGW בעוצמה גבוהה עשוי להצית היתוך גרעיני "במיקום מרוחק, או שיבוש מסה";
• הנעה ושליטה: הכוונת "טילים, ראשי קרב של טילים, חלליות ואסטרואידים";
• מעקב: הדמיה בתוך מבנים, בתוך כדור הארץ ובאוקיינוסים.

סעיף 4.5 מחלק את העתיד לארבעה "עידנים" של חקר, עד "חקר אוניברסלי". הוא מביא מודלים "טריספייס" (trispace) שלא פורסמו, שלפיהם גלי כבידה עשויים להתחבר ל"יקום מקביל" שבו אפשרית תנועה מהירה מן האור, ומסכם: "תקשורת אוניברסלית נושאת את ההבטחה הנעלה לשלום אוניברסלי".

מה המסמך אינו מראה

המסמך אינו מדווח על שום תוצאה ניסויית. כל הספק משדר, כל רגישות גלאי וכל קצב נתונים הם תוצאה של חישוב. רוב הנתונים נשענים על כנסים (STAIF בשנים 2005 עד 2008, ומאמרי SPESIF משנת 2009 המסומנים "בדפוס") ועל פטנטים של קבוצה קטנה של חוקרים שפיתחה את רעיונות Li-Baker ומחולל הטבעות. המאמר מצטט מחקר של קבוצת JASON משנת 2008 שהוכן עבור משרד מנהל המודיעין הלאומי (Eardley et al., JSR-08-506), אבל רק בעניין חולשתם של גלאים מבוססי אפקט גרצנשטיין (Gertsenshtein). הוא אינו מתמודד עם ההערכה הפומבית, הספקנית ברובה, של אותו מחקר לגבי יצירת HFGW במעבדה ולגבי הרגישות שיוחסה לגלאי Li-Baker.

יש במסמך גם קצוות פרומים:

• התוויות באיור 14 (מגנט של 9 טסלה, משדר של 10 ואט, "<480mK") אינן תואמות את הערכים הנומינליים שבטקסט (3 טסלה, קרן של 1,000 ואט, מתחת ל-48 מילי-קלווין).
• נספח B מפנה ל"סעיפים 4.4, 4.5 ו-4.6" ול"איור 4.1a", שאינם קיימים במסמך הזה.
• נספח C הוא עמוד שער בודד, והמאמר שהוא נושא את שמו אינו מופיע.

הקטעים על היתוך מרחוק, על הנעה ועל איתות מהיר מן האור הם השערות המחבר. לאף אחד מהם אין מנגנון מוכח בפיזיקה המקובלת.

משמעות

זהו אחד מהמסמכים ההנדסיים המפורטים ביותר בסדרת ה-DIRD של AAWSAP. הוא מציג ארכיטקטורת תקשורת שלמה, ממשדרים ומקלטים דרך תקציב קישור ורשת תזמון ועד מפת דרכים לארבעים שנה. המספרים של המסמך עצמו מראים כמה רחוקה הייתה הארכיטקטורה הזאת מהמציאות: 0.28 פיקוואט מדוגמה בקנה מידה מעבדתי, ורגישויות גלאים הרחוקות "בסדרי גודל" מהיעד. אין בו תוכן על UAP, והקשר היחיד שלו לסיפור ה-UAP הוא מוסדי: הוא הופק עבור התוכנית שסדרת ה-DIRD מתעדת. לקוראי הארכיון הוא מראה עד כמה רחבה הייתה הרשת ש-AAWSAP פרשה בשנים 2009 עד 2010, ועד כמה מן העבודה שנוצרה נשען על טענות תיאורטיות שלא אומתו.

אנשים מרכזיים

מקומות

מושגי מפתח

ציטוטים בולטים

"HFGWs pass through all ordinary material things without attenuation and represent the ultimate wireless system." (גלי כבידה בתדר גבוה עוברים דרך כל הדברים החומריים הרגילים ללא ניחות ומהווים את המערכת האלחוטית האולטימטיבית.) -- עמוד 6

"Clearly a very small HFGW power is generated." (ברור שנוצר הספק HFGW קטן מאוד.) -- עמוד 8

"The practical difficulties would be how to drive them all in correct phase, but it is a challenge for future research in the IR-ring approach." (הקשיים המעשיים יהיו כיצד להפעיל את כולן בפאזה הנכונה, אך זהו אתגר למחקר עתידי בגישת טבעות האינפרא-אדום.) -- עמוד 15

"Because HFGW communications are carried on an extremely narrow beam directly through the Earth, there is a very low probability of interception." (מאחר שתקשורת HFGW נישאת בקרן צרה ביותר ישירות דרך כדור הארץ, הסתברות היירוט נמוכה מאוד.) -- עמוד 5

"Many of these parameters have been predicted for the components reviewed in prior sections, however, they will not be verified until a successful experiment can be performed." (רבים מהפרמטרים הללו נחזו עבור הרכיבים שנסקרו בסעיפים הקודמים, אולם הם לא יאומתו עד שניתן יהיה לבצע ניסוי מוצלח.) -- עמוד 29

"Given that the GPS already provides adequate navigation services for most applications, navigational benefits alone would not justify the cost of an HFGW FTS system." (בהינתן שה-GPS כבר מספק שירותי ניווט הולמים לרוב היישומים, תועלות הניווט לבדן לא יצדיקו את העלות של מערכת FTS מבוססת HFGW.) -- עמוד 32

"Without early confirmation the technology will not gain widespread acceptance and move forward." (ללא אישוש מוקדם הטכנולוגיה לא תזכה להכרה רחבה ולא תתקדם.) -- עמוד 37

"The most stunning advances in HFGW applications will probably not be in communications, but in the remotely HFGW-generated nuclear fusion, HFGW propulsion and HFGW surveillance." (ההתקדמויות המדהימות ביותר ביישומי HFGW כנראה לא יהיו בתקשורת, אלא בהיתוך גרעיני המופק מרחוק באמצעות HFGW, בהנעה באמצעות HFGW ובמעקב באמצעות HFGW.) -- עמוד 41