Neuer Detektor könnte Atomwaffen im All aufspüren

Audioplayer wird geladen

Die Zündung einer Atombombe in der Erdumlaufbahn könnte heutzutage katastrophale Folgen für die Menschheit haben: Schon im Jahr 1962 machte der US-amerikanische Kernwaffentest Starfish Prime rund 400 Kilometer über dem Pazifik viele der damals noch sehr überschaubaren Zahl an Satelliten funktionsunfähig.

Heutzutage könnte die Explosion einer Atombombe im Orbit viele Satelliten mitunter für Monate außer Gefecht setzen – und etwa GPS, Telekommunikation und weltraumgestütztes Internet sabotieren.

Seit 1967 regelt der Weltraumvertrag (Outer Space Treaty; OST) die Nutzung des Weltalls durch die Staatengemeinschaft. Dem Abkommen, das ein Verbot von Atomwaffen im Weltraum enthält, sind bislang 118 Staaten beigetreten, darunter die USA, Russland und China. Doch wird es auch eingehalten?

Für Misstrauen sorgte etwa, dass Russland kurz vor dem Angriff auf die Ukraine im Februar 2022 den Satelliten Kosmos 2553 in eine Umlaufbahn von etwa 2000 Kilometern Höhe brachte, wo besonders viele hochenergetische Teilchen zirkulieren.

„Die Russen haben diesen Satelliten in eine sehr merkwürdige und ungewöhnliche Umlaufbahn gebracht, die durch die lebensfeindlichste Umgebung des Planeten führt“, erläutert Areg Danagoulian vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge.

Detektor soll Neutronen aufspüren

Wegen der starken Radioaktivität würde dort niemand einen Satelliten platzieren – es sei denn, man wolle Elektronen einfangen, um eine thermonukleare Waffe zu zünden, erklärte der MIT-Forscher. Zuverlässige Prüfmechanismen für den Weltraumvertrag könnten dafür sorgen, dass Länder gar nicht erst versuchten, den Vertrag zu verletzen, so Danagoulian weiter.

Der Kernphysiker stellt nun im Fachjournal „Nature“ eine Methode vor, die verdächtige Satelliten darauf überprüfen kann, ob sie spaltbares Material für eine Atomexplosion an Bord haben – in diesem Fall 95 Kilogramm Uran in etwa 2000 Kilometern Höhe.

Sein Verfahren setzt bei einem Vorgang an, der Kernwaffenmaterial wie etwa Uran in der Magnetosphäre – also dem Einflussbereich des Magnetfelds der Erde – betrifft: Energiereiche Protonen schlagen beim Auftreffen auf Uran- oder Plutoniumatome etwa 40 Neutronen aus dem Atomkern.

Diese Neutronen soll das neu entwickelte System mit einem speziellen Sensor – einem sogenannten Szintillator – nachweisen. Dies ist jedoch keineswegs trivial, wie der Autor in „Nature“ betont: „Der gewählte Neutronen-Szintillator EJ-276 detektiert Neutronen im Prinzip durch Protonen-Rückstoß und ist somit im Grunde ein Protonen-Detektor.“

Daher seien Vorrichtungen nötig, um die verschiedenen Teilchen und ihre jeweiligen Quellen voneinander zu unterscheiden. Danagoulian schlägt vor, die Ober- und Unterseite jedes Szintillator-Pixels mit dünnen Diamantschichten zu versehen. Diese erzeugen beim Auftreffen von Protonen ein elektrisches Signal, nicht aber beim Aufprall von Neutronen. Durch die Form ihres Impulses könnten Elektronen und Photonen von Neutronen unterschieden werden.

Zudem werden die Szintillator-Pixel in zwei Ebenen angeordnet, sodass sich der Streuwinkel und die Einfallsrichtung der ankommenden Neutronen bestimmen lassen. Damit könnten auch jene Neutronen aussortiert werden, die nicht aus dem verdächtigen Satelliten stammen.

Aber wie ließe sich ein verdächtiger Satellit in der Praxis überprüfen? Dafür würde dem Autor zufolge schon ein kleiner Satellit mit einer Detektionseinheit von der Größe eines dicken Buchs genügen. Eine Entfernung von vier Kilometern zu dem verdächtigen Objekt würde nicht zu diplomatischen Problemen führen, glaubt er.

Allerdings: In diesem Fall müsste der „Spürsatellit“ etwa eine Woche lang messen, um Kernwaffenmaterial mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 99 Prozent nachzuweisen. Mit zehn Satelliten ließe sich die Messzeit auf 15 Stunden reduzieren. Und wenn man diese Konstellation nur einen Kilometer entfernt vom verdächtigen Satelliten platzieren würde, auf eine Stunde.

In einem „Nature“-Kommentar schreibt Angela Di Fulvio von der University of Illinois in Urbana-Champaign, Danagoulians Studie biete eine technische Grundlage für die passive Detektion und könne als Entscheidungshilfe für künftige politische Maßnahmen dienen.

„Aus politischer Sicht sollten künftige Analysen auch untersuchen, wie sich das Konzept unter weniger idealen Bedingungen bewährt“, betont sie. Als Beispiele dafür nennt sie mögliche Ausweichmanöver von verdächtigen Satelliten oder das Vorhandensein anderer, nicht spaltbarer Materialien, die ähnliche Neutronensignaturen wie etwa Uran erzeugen könnten.

Stefan Parsch, dpa/rc