Mikrobølgeovner med høy effekt begynner å se ut som død-enden


Natur Av Sharon Weinberger av Nature magazine For noen Pentagon-tjenestemenn må demonstrasjonen i oktober 2007 ha virket som en drøm som går i oppfyllelse - en mulighet til å sprenge journalister med en stråle av energi som forårsaker sårende smerte. Arrangementet i Quantico, Virginia, skulle være et sjeldent publikum som viser for US Air Force's Active Denial System: et prototype ikke-dødelig crowd-kontroll våpen som avgir en stråle med mikrobølger på 95 gigahertz. Stråling ve

Natur

Av Sharon Weinberger av Nature magazine

For noen Pentagon-tjenestemenn må demonstrasjonen i oktober 2007 ha virket som en drøm som går i oppfyllelse - en mulighet til å sprenge journalister med en stråle av energi som forårsaker sårende smerte.

Arrangementet i Quantico, Virginia, skulle være et sjeldent publikum som viser for US Air Force's Active Denial System: et prototype ikke-dødelig crowd-kontroll våpen som avgir en stråle med mikrobølger på 95 gigahertz. Stråling ved den frekvensen trenger mindre enn en halv millimeter inn i huden, slik at strålen skulle levere en intens brennende følelse til alle i sin vei, og tvinge dem til å bevege seg bort, men uten at det teoretisk forårsaker permanent skade.

Testedagen var imidlertid kald og regnfull. Vanndråpene i luften gjorde hva fuktighet alltid gjør: de absorberte mikrobølgene. Og da noen av journalistene frivillig til å eksponere seg for den svekkede strålen, fant de at på en så rå dag var varmen veldig hyggelig.

En demonstrasjon av systemet på en solfylt dag i mars viste seg å være mer vellykket. Men det har ikke forandret en grunnleggende realitet for Pentagons eneste anerkjente, fullt utviklede HPM-våpen: ingen synes å ønske det. Selv om Active Denial System fungerer (for det meste) som annonsert, gjør den enorme størrelsen, energiforbruket og den tekniske kompleksiteten det effektivt ubrukelig på slagmarken.

Historien er mye den samme i andre områder av HPM våpenutvikling, som begynte som et øst-vest-teknologi-løp for nesten 50 år siden. I USA, hvor utgifter til elektromagnetiske våpen er nede fra kaldkrigsnivå, men forblir på rundt 47 millioner US dollar per år, er fremskritt unnvikende. "Det er mye røyk og speil, " sier Peter Zimmerman, en nukleærfysiker ved King's College London og tidligere sjefforsker ved Det amerikanske våpenkontroll- og nedrustningsagentur i Washington DC. Selv om fremtidig forskning kan gi vitenskapelig fremgang, legger han til, "Jeg kan ikke se at de vil bygge et nyttig, distribusjonsvåpen".

For mange kritikere har det amerikanske HPM-programmet blitt en studie i ønsketøkt, forverret av en hemmeligholdskultur som gjør virkelig fremgang enda vanskeligere.

Jakten på å bygge et elektromagnetisk våpen - en e-bombe i militærjargong - ble utløst 8. juli 1962, da USA utførte Starfish Prime, den største høytliggende kjernekraften som noen gang ble forsøkt. Den 1, 4-megaton termonukleære kranshodet, detonert 400 kilometer over det sentrale Stillehavet på 9 sekunder kl. 11.00, Hawaii-tid, sprengte store sværmer av ladede partikler utover langs jordens magnetfelt. Deres gyrasjoner genererte en puls av mikrobølgeenergi som kjørte måleinstrumenter utenfor skalaen. Kunstig aurora lyser opp natten over havets sverder. Og i Honolulu, mer enn 1.300 kilometer fra detonasjonspunktet, slår pulsen av innbruddsalarmer, slår ut gatelys og tripped strømforsyningsbrytere.

Ingenting som Starfish Prime har blitt sett siden august 1963, da Partial Test Ban-traktaten utrydde nukleare eksplosjoner hvor som helst, men under jorden. Men testen viste potensiell ødeleggelse av en elektromagnetisk puls til militære planleggere på begge sider av kuldkrigsdelingen, og lanserte dem til et løp for å utnytte det som et våpen som bruker en ikke-nukleær kilde.

Strømbrudd
Det amerikanske luftvåpenet har vært hovedfunden i landets HPM-program fra begynnelsen. Først var målet sitt et våpen som kunne ta ut fiendens datamaskiner, kommunikasjonssystemer og annen elektronikk. I teorien er ideen fortsatt overbevisende: en e-bombe vil kunne brenne mikrobølgeovnskuler med lysets hastighet og, hvis den er innstilt til de riktige frekvensene, deaktiverer målene sine uten sikkerhetsskade. Biler kunne stoppes i sporene sine, radarer blinde og datamaskiner ødelagt, uten behov for høye eksplosiver.

Men det målet har grunnlaget for HPM-våpenets største tekniske utfordring: å generere en puls som er rettet nok til å plukke ut et bestemt mål og kraftig nok til å ha en effekt når den kommer dit, ideelt ved hjelp av en generator som er liten og lett nok til en fly eller missil å løfte.

En batteridrevet enhet kan generere en HPM-puls, men produserer den typen av høyt konsentrert kraft som trengs for å ødelegge elektronikk, krever vanligvis detonerende en konvensjonell eksplosiv inne i en enhet som ødelegger seg i pulsering (se "E-blast"). Fordi å gjøre dette inne i et pilotfartøy er det risikabelt - "noen få pounds på riktig sted vil ta ned noe", forteller Zimmerman. Luftfartsstyret har de siste årene forfulgt HPM-våpen designet for engangs missiler.

For eksempel er Counter-electronics High-Power Microwave Advanced Missile Project (CHAMP) et eksperimentelt cruise missil designet for å ta ut elektroniske mål som produksjonssteder for masseødeleggelsesvåpen. Verken Air Force eller Boeing, hovedleverandør for CHAMP, vil diskutere tekniske detaljer av programmet. Men prosjektet er bare en prototype; da CHAMP ble testet i fjor, inneholdt det fortsatt ikke HPM nyttelast.

Det er mulig å lage en mikrobølgegenerator som er kompakt nok til en rakett. Ingeniører ved Texas Tech University i Lubbock har utviklet en eksperimentell eksplosiv-basert kilde mindre enn 2 meter lang og 16 centimeter i diameter (MA Elsayed et al., Rev. Sci. Instrum. 83, 024705; 2012). Men blyutvikleren Andreas Neuber påpeker at det er fysiske grenser: for å maksimere mikrobølgeffekten mens systemet holdes lite, måtte ingeniører øke det interne elektriske feltet. Resultatet kan være en katastrofal feil på systemets isolasjonsmateriale at kortslutninger før systemet kan bygge opp mye strøm.

Selv om militæret lykkes med å pakke et HPM-system, er det alvorlig tvil om hvor effektive impulser vil være når de treffer målene sine. På slutten av 1980-tallet tok en enhet som heter Gypsy, med suksess en bank av personlige datamaskiner under Luftvåpenets første uklassifiserte test av et mikrobølgevåpen. Men bygningen på den suksessen ble et utrolig vanskelig forskningsprosjekt, sier Doug Beason, en fysiker som var direktør for trusselsreduksjon ved Los Alamos nasjonale laboratorium i New Mexico frem til 2008, og skrev The E-Bomb (Da Capo, 2005 ), en diskusjon av regjert energi våpen. "Du kunne forstå hvordan mikrobølger påvirket komponenter av elektroniske kretser - transistorer, kondensatorer, induktorer og alt det. Men da du begynte å sette dem sammen i komplekse kretser, ble det mer av en stokastisk prosess, og du vil ikke alltid få de samme resultatene hver gang. "

Det er lik usikkerhet om hvordan elektromagnetisk energi strømmer gjennom innkapslinger som bygninger. Prosessen er kaotisk, sier Edl Schamiloglu, en elektroingeniør ved University of New Mexico i Albuquerque som er involvert i et forskningsinitiativ for flere universiteter finansiert av USAs forsvarsdepartement for å forbedre slike spådommer. "Når en elektromagnetisk stråle eller bølge-stråle kommer inn i kabinettet, " sier han, "det vil fortsette å hoppe rundt og ikke gjenta sin bane."

Kort sagt, mer enn 20 år etter Gypsy-testen, kan forskere fortsatt ikke pålidelig forutsi skaden et våpen ville gjøre. Og det er uten å ta i betraktning mottiltakene som en motstander kan bruke, noe som kan være like grunnleggende som omliggende sensitiv elektronikk med et Faraday bur - tilsvarende aluminiumsnettet som brukes til å beskytte mikrobølgeovner.

Innsatsen for å deaktivere elektronikk har forbli det meste hemmelig. Men i 2001 kunngjorde Luftvåpenet offentlig at det hadde gjort store fremskritt i utviklingen av mikrobølgeovner som målretter folk, da den avslørte Active Denial System.

Utviklingen av systemet begynte på 1990-tallet med Luftvåpenets innsats for å utforske de biologiske effektene av mikrobølger. En prosjektkod-kalt Hello studerte hvordan man modulerer de klikkende eller sølende lydene som produseres ved mikrobølgeoppvarming i det indre øret, for å produsere psykologisk ødeleggende "stemmer i hodet". "Farvel" utforsket bruken av mikrobølger for publikumskontroll. Og "God natt" så på om de kunne bli vant til å drepe folk.

Hei hade
Bare farvel effekten gikk inn i utviklingen som et våpen. Ytterligere bioeffects-undersøkelser ble gjennomført i hemmelighold på Brooks Air Force Base nær San Antonio i Texas, men selv om dette programmet nesten stoppet da våpenet var klart for å flytte fra dyr til menneskelig testing. Hans Mark, en kjernefysisk ingeniør ved University of Texas i Austin, som da var Pentagons direktør for forsvarsforskning og engineering, besøkte Brooks i 2000 for å sjekke ut arbeidet. "Dr Mark trodde ikke på effekten, " hevder Beason, "og han hadde faktisk en shouting-kamp med en av de viktigste forskerne." Men Marks godkjenning var nødvendig for å fremme prosjektet, så han ble enige om å bli utsatt for strålen .

Luftvåpen fikk sine menneskelige tester. Brooks-forskerne spøker at "du aldri har sett en politisk ansatt som kjører så fort", sier Beason.

Mark sier at hans tvil om goodbye-effekten var forankret i det han kaller "ekstravagante påstander" laget av sine talsmenn. Hvis ikke noe annet, sier han, at den superledende elektromagneten som drev systemets pulsgenerator, krevde et kjølesystem for stort og tungt å bli brukt i feltet. Mark sier at han tillot systemet å fortsette til menneskelig testing, ikke fordi han var overbevist om at det ville fungere, men fordi han etter å ha utsatt seg for strålen, bestemte seg for at menneskelig testing i det minste ikke ville skade noen. "Nesten alt dette programmet har vært sløsing med penger, " sier han.

Marks bekymringer har vist seg å være prescient: innsats for å distribuere våpenet har vært ubrukelig. Ved avsløringen i 2001 sprang forsvarsdepartementet Active Denial System for bruk i fredsbevarende oppdrag på steder som Kosovo og Somalia. Men etter invasjonen av Irak i 2003, da det amerikanske direktør for felles ikke-dødelig våpen tilbød å distribuere Active Denial System til regionen, ble det avvist.

"Vi visste at det ikke var pålitelig, " sa Franz Gayl, Marine Corps vitenskaps- og teknologirevisor, i et intervju i fjor. Verre, sa han, pulsgeneratoren var så stor at den måtte bæres på eget verktøy. "Det var en oppskrift på katastrofe, " sa Gayl, "fordi operatørene kommer til å være et mål." Og verste av alt sa han, før bruk måtte systemet kjøles ned til 4 kelvin - en prosess som tok 16 timer.

Forsvarsdepartementet forsøkte å distribuere våpenet i Afghanistan i 2010, men det ble sendt ubrukt hjem. I samme år avviste California en mindre versjon ment for bruk i fengsler. Enheten ble bygget av forsvarskontrahenten Raytheon fra Waltham, Massachusetts, som avviser å diskutere det.

Andre våpen har gått litt bedre. Air Force Research Laboratory utviklet et HPM-system kalt MAXPOWER for å detonere veikantbomber eksternt, men det var størrelsen på en ledd lastebil - for uhåndterlig å bli deployert i Afghanistan. Den Joint Improvised Explosive Device Defeat Organisation, forsvarsdepartementets bombebekjempelsesbyrå, nektet å diskutere systemet, med henvisning til klassifikasjonsproblemer. Men det sa at, fra og med 2011, var det ikke finansiering MAXPOWER.

I juli var generalforvalteren Norton Schwartz, flyverstyrets leder som trakk seg tilbake i forrige måned, advart om at tjenesten måtte trekke seg fra noen vitenskapsinnsats blant budsjetter, men at HPM-teknologien fortsatt ville bli fulgt. Det har tydelig potensial, fortalte han handelsmagasinet Aviation Week & Space Technology, advarsel om at land som Russland kunne ligge foran USA.

Mikrobølgeovnen
Bekymringen om at andre nasjoner, eller til og med terrorister, kunne jobbe med lignende teknologi, synes å ha vært en av de viktigste motivasjonene for det amerikanske militæret til å fortsette å investere i mikrobølgeovner, til tross for den åpenbare mangelen på fremgang. Ifølge en 2009-orientering om ikke-dødelige teknologier utarbeidet av Office of Naval Research og oppnådd i henhold til lovloven om frihet, driver Russland, Kina og til og med Iran HPM-programmer - og det britiske forsvarsvitenskaps- og teknologifor laboratoriet ved Fort Halstead er sponsor et klassifisert bilstoppprogram.

Men slike programmer er ikke nødvendigvis bevis på at krigsvåpen HPM våpenløp fortsatt skjer. I hvert fall kan noen land - som i USA - utføre forskning ut av frykt for å bli sårbar overfor slike våpen. Moderne teknologier som mobiltelefoner er spesielt utsatt for HPM, sier Michael Suhrke, leder av elektromagnetiske effekter og trusler forretningsenhet ved Fraunhofer Institute for Technological Trend Analysis i Euskirchen, Tyskland.

Når det gjelder HPM våpen i hendene på terrorister, betrakter mange forskere den trusselen som i beste grad er borte. Selv om terroristgrupper hadde raffinement til å utføre den nødvendige testen, sier Yousaf Butt, fysiker i avdelingen for høy energi astrofysikk ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts, hvorfor ville de? Et mikrobølgevåpen av en hvilken som helst størrelse vil sannsynligvis måtte bli drevet av eksplosiver. Og hvis de hadde det slags materiale, sier han, "hvorfor ville de ikke bare eksplodere det?"

"Er det tenkelig?" Spør Philip Coyle, som i 2010-11 var assisterende direktør for nasjonal sikkerhet og internasjonale saker i Vitenskapens kontor for vitenskap og teknologi, og er nå en senior stipendiat ved Senter for Arms Control og Non -Proliferation, en tenktank basert i Washington DC. "Knapt tror jeg. Jeg ville ikke ta det for gitt at terrorister ikke kunne gjøre det. Men jeg vil helst at terrorister brukte hele tiden på å jobbe med [et HPM-våpen] enn bilbomber. "

Eksperter er fortsatt uenige om HPMs etter hvert kan gjøre nyttige våpen. Men en ting er klart: den mytiske e-bomben som er i stand til å stoppe biler eller fly har ennå ikke materialisert seg på slagmarken. Spurt om luftvåpenet hadde produsert operative våpen, sa forskningslaboratoriet bare: "På grunn av operative bekymringer kan vi ikke svare på dette spørsmålet."

Hemmeligheten som omtaler HPM våpenforskning, ser ut til å ha forverret tekniske hindringer for programmet. I 2007 sa for eksempel en rapport om styrte energi våpen av Forsvarsnæringsstyret at Pentagon ikke hadde brukt data som var samlet inn av universitetsforskere for å forstå mikrobølgeeffekter. Luftvåpen hevder at deling er bedre nå. Men å jobbe i et felt som er skjult i hemmelighold, påvirker fortsatt hvordan informasjon blir formidlet. Neuber kunne for eksempel bare godta å svare på spørsmål til denne artikkelen bare hvis han svarte skriftlig, og først etter at svarene hans hadde blitt ryddet gjennom US Army-kontoret som sponsrer lagets arbeid.

"Å jobbe i et område som i stor grad er av militær interesse, krever i noen grad å spille av et sett forskjellige regler, " skrev han. "Noen informasjonsflyt er ikke like gratis som i andre områder av forskningsarbeidet."

Til John Alexander, en pensjonert hærstjerne som en gang ledet det ikke-dødelige våpenprogrammet på Los Alamos National Laboratory, forsterker hemmeligheten fantasien rundt hele arbeidet. "Mitt poeng er alltid: Kjemi og fysikk fungerer på samme måte for alle, og det er klare folk der ute, så hvem prøver du å lure?" Sier han. "Folk som ikke fikk tilstrekkelig informasjon, var våre egne kommandoer."

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse fra bladet Nature . Artikkelen ble først publisert 12. september 2012.