Monitorowanie broni nuklearnej za pomocą luster i fal radiowych

Międzynarodowy zespół badawczy, w którego skład wchodzili naukowcy z Max Planck Institute for Security and Privacy (MPI-SP) w Bochum, Ruhr University Bochum, School of Public and International Affairs Uniwersytetu Princeton, University of Connecticut, Harvardu, PHYSEC GmbH oraz Technische Universität Berlin, zaproponował nową metodę monitorowania traktatów o rozbrojeniu nuklearnym (https://www.nature.com/articles/s41467-023-42314-2). Jeśli państwo A chce mieć pewność, że nie nastąpią żadne zmiany w zapasach broni jądrowej państwa B – i to bez stałego monitorowania na miejscu - może wykorzystać fale radiowe do zdalnego monitorowania, czy w konkretnym pomieszczeniu zachodzą jakieś zmiany.

Usuwanie z magazynu przechowywanych głowic nuklearnych w celu przygotowania ich do rozmieszczenia wskazuje na poważne zagrożenie. „Nasz system wykorzystuje dwie anteny do rejestracji radiowego 'odcisku palca' pomieszczenia” – wyjaśnił dr Johannes Tobisch, absolwent Ruhr University. - „Jedna z anten emituje sygnał radiowy, który odbija się od ścian i przedmiotów znajdujących się w pomieszczeniu. Druga antena rejestruje odbity sygnał. Zarejestrowany sygnał jest charakterystyczny: gdyby obiekty zostały przesunięte jedynie minimalnie, spowodowałoby to zauważalną zmianę „odcisku palca”. Tym bardziej widoczne byłyby poważne zmiany, takie jak usunięcie przechowywanej głowicy nuklearnej”.

Oczywiście metoda ta może działać tylko wtedy, gdy państwo B zarejestruje radiowy odcisk palca dokładnie w momencie, gdy państwo A tego zażąda. Konieczne jest więc uniemożliwienie państwu B rejestrowania radiowego odcisku palca i wysyłania nagrania zamiast właśnie zmierzonego sygnału. „To byłoby tak, jakby ktoś umieścił zdjęcie przed kamerą monitorującą” – ilustruje Tobisch.

Z tego powodu w pomieszczeniu, które ma być monitorowane najpierw instaluje się zestaw 20 obrotowych luster. Jeśli zmienia się położenie luster, zmienia się także radiowy odcisk palca radia. Państwo A rejestrowałoby radiowe odciski palców dla różnych pozycji luster podczas jednorazowej wizyty na miejscu i przechowywałoby je w tajnej bazie danych. Okresowo państwo A mogłoby zwrócić się do państwa B o przesłanie radiowego odcisku palca dla konkretnej pozycji lustra i porównanie zmierzonych danych z zapisem w jego tajnej bazie danych. Jeśli dane się nie zgadzają, w pokoju musiała nastąpić zmiana.

„70 % światowej broni nuklearnej jest przechowywanych w rezerwach wojskowych lub oczekuje na demontaż” – podkreśla dr Sebastien Philippe z Uniwersytetu Princeton, podkreślając znaczenie takiej techniki. - „Nie można łatwo zweryfikować obecności i liczby takiej broni w jakimkolwiek miejscu za pomocą zdjęć satelitarnych ani innych środków, które nie mogą obserwować wnętrz magazynów. Ze względu na trudności w ich monitorowaniu te 9 000 sztuk broni jądrowej nie jest uwzględnione w istniejących porozumieniach o kontroli zbrojeń jądrowych. Nowa technologia weryfikacji rozwiązuje to długotrwałe wyzwanie i przyczynia się do przyszłych wysiłków dyplomatycznych, które miałyby na celu ograniczenie wszystkich rodzajów broni jądrowej”.

Aby przetestować swój pomysł, naukowcy ustawili pojemnik z ruchomymi beczkami na terenie kampusu Ruhr University w Bochum i monitorowali je za pomocą technologii fal radiowych. Korzystając z tej konfiguracji, wykazano, że radiowe odciski palców można niezawodnie odtworzyć w przypadku indywidualnych ustawień luster. Różne ustawienia luster pozwoliły również uzyskać różnorodne, łatwe do rozróżnienia radiowe odciski palców. Jeśli badacze przesunęli jedną z beczek w pojemniku, wystarczyło kilka milimetrów przemieszczenia, aby zmiana została wykryta.

Zespół przeanalizował również, czy za pomocą uczenia maszynowego można rozszyfrować, w jaki sposób pozycje luster i odciski palców odpowiadają sobie nawzajem. Algorytmy rzeczywiście potrafią przewidzieć radiowe odciski palców, jeśli rozpoznają pewną liczbę pozycji luster i odpowiadające im sygnały radiowe. Znalezienie połączenia zajmuje jednak tym więcej czasu, im więcej jest luster. „Przy 20 lustrach zajęłoby osiem tygodni odszyfrowanie podstawowej funkcji matematycznej” – zauważa Johannes Tobisch. I dodaje: „Dzięki skalowalności systemu możliwe jest jeszcze większe zwiększenie współczynnika bezpieczeństwa”.

„Ten projekt badawczy jest doskonałym przykładem, jak nowatorskie technologie na styku inżynierii bezpieczeństwa i technologii radiowych można wykorzystać do rozwiązywania problemów o ogromnym znaczeniu dla społeczeństwa” – komentuje profesor Christof Paar z Instytutu Maxa Plancka w Bochum.

„W czasie wzmożonych napięć geopolitycznych i w obliczu nowego wyścigu zbrojeń nuklearnych ta praca jest szczególnie aktualna i istotna” – podsumowuje dr Sébastien Philippe.