Na początku lat sześćdziesiątych broń jądrowa była już w uzbrojeniu od piętnastu lat, a termojądrowa – od ośmiu. Badania nad jej rozwojem i możliwymi zastosowaniami ciągle jednak trwały. Chcąc poznać jej pełny efekt działania i możliwości wykorzystania wojskowego, Amerykanie przeprowadzili serię próbnych eksplozji jądrowych na dużych wysokościach, w tym w kosmosie. Największą moc miał test oznaczony kryptonimem „Starfish Prime”.
Moratorium i wznowienie prób jądrowych
Już w połowie lat pięćdziesiątych niektórzy naukowcy – przodował wśród nich późniejszy noblista Józef Rotblat – ostrzegali o możliwości skażenia globalnego środowiska naturalnego nie tylko podczas hipotetycznej wojny jądrowej, ale również z powodu licznych testów broni tego rodzaju. Najniebezpieczniejsze były testy prowadzone w atmosferze. Pojawiały się pierwsze głosy, w tym innego przyszłego noblisty Andrieja Sacharowa, wzywające do całkowitego zakazu prób broni jądrowej. W Stanach Zjednoczonych do awangardy zwolenników zakazu należał członek Komisji Energii Atomowej Thomas Murray, który przedstawił pomysł prezydentowi Dwightowi Eisenhowerowi, jak również na forum Senatu. Miał oczywiście licznych i wpływowych przeciwników, do których zaliczali się między innymi Lewis Strauss, szef Komisji Energii Atomowej, czy współtwórca bomby wodorowej Edward Teller.
Dyskusja nasiliła się po teście bomby wodorowej „Castle Bravo” na atolu Bikini w marcu 1954 roku. Osiągnięto wówczas moc 15 megaton, chociaż przewidywano, że wybuch będzie miał moc ponaddwukrotnie mniejszą. Co więcej, większość mocy eksplozji pochodziła z reakcji rozszczepienia jąder, a nie syntezy, wobec czego w czasie wybuchu powstała ogromna ilość promieniowania, co spowodowało katastrofę ekologiczną. W późniejszych analizach szacowano, że zrzucenie takiej bomy na miasto mogłoby zabić połowę ludności żyjącej do 250 kilometrów od miejsca wybuchu w zależności od kierunku wiatru. Efekt był tak ogromny, że początkowo Amerykanie nie chcieli ujawnić wyników testu z obawy przed odwróceniem się od nich nawet najwierniejszych sojuszników. W kolejnych latach udoskonalano bomby wodorowe, zwiększając w mocy wybuchu wpływ syntezy jąder i tym samym zmniejszając wytwarzane promieniowanie radioaktywne, ale amerykańska opinia publiczna była nastawiona do prób coraz bardziej negatywnie.
Pod wpływem wewnętrznej i zagranicznej opinii publicznej prezydent Eisenhower w styczniu 1958 roku wystąpił z inicjatywą spotkania amerykańskich i radzieckich naukowców w celu omówienia możliwości zawarcia porozumienia o zakazie prób jądrowych. Chociaż droga do umowy była daleka, Rosjanie wyczuli okazję propagandową i ogłosili jednostronne moratorium na próby jądrowe, co stawiało Amerykanów, ale również sprzymierzonych z nimi Brytyjczyków, w niekorzystnym świetle – prezentowało te państwa jako militarystyczne i zagrażające światowemu pokojowi. Po raporcie naukowców, że stworzenie globalnego systemu monitorowania prób jądrowych jest możliwe z technicznego punktu widzenia, w połowie roku Waszyngton i Londyn również ogłosiły jednostronne moratoria na prowadzenie prób jądrowych.
Pełne podejrzliwości i obiektywnych trudności organizacyjnych negocjacje nad międzynarodowym układem o zakazie prób jądrowych utknęły w 1960 roku po zestrzeleniu przez Związek Radziecki samolotu rozpoznawczego U-2 i załamaniu się paryskiego szczytu Eisenhower–Chruszczow. Pierwszy sekretarz Komunistycznej Partii Związku Radzieckiego uznał, że z obecnym prezydentem nie będzie już dyskutował i poczeka na nowego lokatora Białego Domu. Niespodziewanie został nim John Kennedy, postrzegany przez Rosjan, a zwłaszcza samego Chruszczowa, jako niedoświadczony i miękki. Chcąc to wykorzystać, Chruszczow postanowił zaostrzyć zimną wojnę i rozpoczął budowę muru berlińskiego, a w lipcu 1961 roku oznajmił doradcom, że chce wznowić próby jądrowe. Oficjalne zniesienie moratorium ogłoszono 30 sierpnia i począwszy od następnego dnia do końca roku Związek Radziecki zdetonował dwadzieścia pięć bomb jądrowych, w tym najpotężniejszą w historii Car-bombę o mocy 50 megaton.
Prezydent Kennedy w odpowiedzi początkowo zniósł jedynie moratorium na próby podziemne, ale po kilku miesiącach wznowiono również próby w atmosferze prowadzone na południowym Pacyfiku, w Nevadzie i Nowym Meksyku pod kryptonimem „Ever Ready”. W listopadzie program przemianowano na „Blue Straw”, a w styczniu 1962 roku ponownie zmieniono nazwę na „Dominic”. Testy służyły nie tylko rozwojowi broni jądrowej, ale również naukowym badaniom podstawowym. W ramach programu „Dominic” w ciągu 1962 roku przeprowadzono trzydzieści jeden prób jądrowych w tym pięć w ramach podprogramu „Fishbowl” (akwarium), które obejmowały wybuchy na dużych wysokościach. Jedną z nich była „Starfish Prime”.
(Nie)znane zagrożenie
4 października 1957 roku Rosjanie wystrzelili za pomocą rakiety R-7 pierwszego sztucznego satelitę Ziemi – Sputnika. Był to dowód, że ta sama rakieta może przenosić również głowice jądrowe i ma w zasięgu całe terytorium Stanów Zjednoczonych, co niwelowało amerykańską przewagę w bombowcach strategicznych rozlokowanych w bazach okalających Związek Radziecki i zwiastowało szybki rozwój nowego rodzaju broni – międzykontynentalnych pocisków balistycznych. 1 września 1959 roku do służby w US Air Force wszedł pocisk SM-65 Atlas. W 1962 roku Amerykanie posiadali w uzbrojeniu ponad 140 Atlasów, które z wolna przejmowały od bombowców główny ciężar odstraszania atomowego.
Pociski balistyczne z głowicami jądrowymi były i są bronią tyleż potężną, co bardzo delikatną. W dużym uproszeniu jest to wielka rura z bardzo cienkimi ściankami wypełniona masą paliwa, silnikiem, elektroniką sterującą i głowicą bojową. Może szybko przemierzyć pół świata, ma moc zniszczenia miast i zabicia dziesiątek milionów ludzi, ale sama może być zniszczona w wyniku przypadkowego przebicia korpusu dowolnym narzędziem czy uszkodzenia elektroniki. Ta ostatnia może być zniszczona na przykład silnym impulsem elektromagnetycznym – jednym ze znanych od początku efektów działania broni jądrowej.
Impuls elektromagnetyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania jonizującego z otaczającą materią, między innymi powietrzem. Wybuch jądrowy emituje na zewnątrz z prędkością bliską prędkości światła strumień elektronów, dzięki mniejszej masie poruszających się szybciej niż jony dodatnie, tworząc obszary, w których skupiają się ładunki głównie dodatnie i głównie ujemne, wpływając na pole magnetyczne. W zależności od mocy wybuchu mogą one mieć zasięg wielu kilometrów i wytwarzać na tym obszarze pola i prądy elektryczne. Po pewnym czasie od wybuchu siły powracają do stanu równowagi. Impuls elektromagnetyczny może indukować (wywoływać siłę elektromagnetyczną na skutek zmian pola magnetycznego) w układach elektrycznych i elektronicznych prąd o napięciu kilku tysięcy woltów w czasie mikrosekund. Przed tak gwałtownym wzrostem napięcia nie są w stanie ochronić tradycyjne uziemienia czy ekranowanie chroniące urządzenia na przykład przed uderzeniem pioruna. W efekcie prowadzi to do ich uszkodzenia bądź zniszczenia. Ponadto wybuch dużej mocy na dużej wysokości tworzy strefę, w której nie działają środki łączności i systemy wykrywania, w tym radary.
W kontekście delikatnej konstrukcji pocisków balistycznych i mocy impulsu elektromagnetycznego można sobie wyobrazić, że kilka silnych wybuchów jądrowych na dużej wysokości mogłoby zniszczyć po pierwsze: układy sterowania pocisków balistycznych, a po drugie: sieci łączności i dowodzenia przekazujące rozkazy do odpalenia pocisków. W efekcie radzieckiego zaskakującego pierwszego ataku jądrowego Amerykanie mogliby zostać pozbawieni możliwości wystrzelenia swoich pocisków międzykontynentalnych. To podważało zasadę gwarantowanego wzajemnego zniszczenia i stawiało pod znakiem zapytania wiarygodność amerykańskiego systemu odstraszania jądrowego. Sprawa wymagała zbadania w ramach programu „Fishbowl”.
Korzystając z okazji wytworzenia sztucznego impulsu elektromagnetycznego, naukowcy cywilni chcieli zbadać również różne zjawiska związane z zorzą polarną, która ma dosyć podobne charakterystyki. Ponadto zamierzano zbadać wpływ wybuchu jądrowego w przestrzeni kosmicznej na pas Van Allena – otaczający Ziemię obszar promieniowania składającego się z protonów i elektronów. Promieniowanie to może powodować uszkodzenia komponentów elektronicznych satelitów przebywających przez dłuższy czas w strefie oddziaływania pasów Van Allena.
James van Allen ogłosił okrycie promieniowania otaczającego Ziemię 1 maja 1958 roku. Odkrycie na pewien czas zachwiało wiarą w możliwość załogowych lotów kosmicznych. Podejrzewano nawet, że ofiarą promieniowania w pasach Van Allena padła Łajka wystrzelona w Sputniku 2. Dzisiaj wiemy, że suka nie przeżyła z powodu stresu i przegrzania wnętrza kapsuły. Niemniej van Allen podjął współpracę z wojskiem w celu zbadania, czy silny wybuch jądrowy w kosmosie może rozgonić lub przynajmniej w jakiś sposób stworzyć czasową dziurę w pasie promieniowania.
Przeczytaj też: XF-85 Goblin. Nieudany pasożyt
„Strafish Prime”
Testy były poprzedzone protestami przed ambasadami Stanów Zjednoczonych w różnych państwach świata. Kanonik L. John Collins z katedry Świętego Pawła w Londynie nazwał testy złem, a ludzi za nie odpowiedzialnych – głupcami. Amerykanów krytykowała także propaganda radziecka. Z drugiej strony hotele na Hawajach organizowały na dachach specjalne przyjęcia, w czasie których goście mieli oglądać eksplozję jądrową w kosmosie. Turystyka jądrowa nie była w Stanach Zjednoczonych niczym niezwykłym, a możliwość oglądania wybuchów jądrowych na poligonie atomowym Nevada Test Site była jedną z atrakcji oferowanych w Las Vegas.
Starty pocisków odbywały się z wyspy Johnston, położonej około 1400 kilometrów na południowy zachód od Hawajów. Do wyniesienia głowicy termojądrowej W49 wykorzystano pocisk balistyczny średniego zasięgu Douglas SM-65 Thor. W tym czasie była to już broń przestarzała i wycofywana, dlatego zapasy pocisków dobrze nadawały się do wykorzystania w czasie różnego rodzaju prób i lotów kosmicznych. Pierwsze trzy próby cyklu „Fishbowl” („Urraca”, „Bluegill” i „Starfish”) nie doszły do skutku: zostały odwołane lub zakończyły się niepowodzeniem. W czasie próby „Starfish” z 20 czerwca pocisk przełamał się w locie, głowica wodorowa została zniszczona w powietrzu, a na wyspę spadł opad radioaktywny.
Test „Strafish Prime” zorganizowano 9 lipca 1962 roku. Chwilę po godzinie 23.00 czasu hawajskiego, trzynaście minut po starcie, głowica W49 o mocy 1,4 megatony eksplodowała na wysokości 399 kilometrów, 30 kilometrów od miejsca startu. Pod względem technicznym test „Strafish Prime” przebiegł pomyślnie. Wiedziano mniej więcej, czego się spodziewać. W czasie eksplozji w kosmosie nie tworzy się charakterystyczna chmura w kształcie grzyba, nie ma fali uderzeniowej ani nie słychać huku wybuchu. Widać jedynie jasną kulę gorącej plazmy, której kolor zmienia się wraz z tym, jak promieniowanie dociera do atmosfery, tworząc sztuczną zorzę w różnych kolorach. Efekt przerósł jednak oczekiwania naukowców.
Kula ognista była widziana w Honolulu, mieście oddalonym od miejsca detonacji o 1445 kilometrów. Impuls elektromagnetyczny uszkodził sieci energetyczne na Hawajach powodując między innymi wygaszenie latarni ulicznych, zakłócenia w łączności telefonicznej czy samoczynne włączanie się alarmów antywłamaniowych. Ucierpiało również wiele amerykańskich instalacji na Pacyfiku. Ponadto promieniowanie uszkodziło kilka satelitów, w tym pierwszego prawdziwego satelitę komunikacyjnego Telstar 1 i pierwszego satelitę brytyjskiego Ariel 1. Co szczególnie ciekawe, Telstar został wystrzelony już dzień po próbie „Strafish Prime”, więc nie ucierpiał od samego impulsu elektromagnetycznego.
Przypomnijmy: przed wybuchem zakładano, że eksplozja jądrowa zmniejszy lub zrobi wyrwę w pasie Van Allena. Stało się odwrotnie. Pole magnetyczne Ziemi wychwyciło cząsteczki jonizujące powstałe w wyniku wybuchu termojądrowego i utworzyło nowy pas radioaktywny wokół Ziemi, mocniejszy i istniejący dłużej, niż sądzili naukowcy. „Pas Starfish” wykrywano jeszcze dziesięć lat po teście. Ogółem od momentu testu do pierwszych miesięcy 1963 roku od wzmocnionego promieniowania uszkodzonych lub całkowicie zepsutych zostało przynajmniej dwanaście satelitów. Ponadto wybuch czasowo wpłynął na zmianę kształtu dolnej warstwy właściwego pasa Van Allena i wywołał sztuczną zorzę widzianą od Hawajów po Nową Zelandię i Fidżi.
Jak wspomniano, test miał kluczowe znacznie dla Strategic Air Command, zawiadującego flotą bombowców strategicznych i międzykontynentalnych pocisków balistycznych. Program „Communications Propagation Investigation Equipment” miał zbadać wpływ eksplozji jądrowej na dużej wysokości na samolot dowodzenia KC-135 Looking Glass oraz rozchodzenie się fal radiowych ultrawysokiej częstotliwości, wysokiej częstotliwości i niskiej częstotliwości, jak również na działanie sprzętu łączności. KC-135 (numer 58-0011) był również wykorzystywany jako retransmiter łączności pomiędzy miejscem testu, innymi samolotami, bazą Hickam na Hawajach i grupą okrętów wojennych. W teście uczestniczył także drugi KC-135 (60-0341), zmodernizowany specjalnie dla potrzeb tego testu poprzez zainstalowanie wyposażenia (między innymi rozwijanej anteny holowanej) do transmisji radiowych na częstotliwościach ultrawysokich, wysokich i niskich. Obecne były też dwa samoloty retransmisji łączności EB-47L operujące między Hickam a Looking Glassem.
Wyniki „Starfish Prime” były niepokojące. Łączność na ultrawysokiej częstotliwości udało się przywrócić stosunkowo szybko, ale nadajnik i odbiornik musiały się widzieć i być nie dalej niż 400 kilometrów od siebie. Łączność wysokiej częstotliwości powróciła do normalności po około dwóch godzinach. Najgorsze jednak było to, że łączność na falach niskiej częstotliwości nie funkcjonowała nawet po upływie dwudziestu godzin. A to właśnie na tych częstotliwościach dowództwo zamierzało przesyłać rozkazy odpalenia pocisków balistycznych do podziemnych silosów i zanurzonych okrętów podwodnych. Jeśli wojna jądrowa miałaby się rozpocząć od dziesiątek atmosferycznych wybuchów jądrowych, mogło to oznaczać znaczą dezorganizację amerykańskiego sytemu dowodzenia bronią jądrową.
W rezultacie przyjęto założenie, że rozkaz alarmowy uruchamiający siły Strategic Air Command będące w pogotowiu (Emergency Action Message) w wypadku wojny zostanie przekazany naziemnym systemem łączności ultrawysokiej częstotliwości Green Pine. Ponadto orbity dyżurowania samolotów dowodzenia planowanych do wykorzystania po zniszczeniu amerykańskich naziemnych instalacji dowodzenia PACCS (Post Attack Command and Control System) miały być zmienione tak, aby poszczególne maszyny znajdowały się w zasięgu łączności ultrawysokiej częstotliwości w stosunku do maszyn sąsiednich.
Jeśli zaś chodzi o zabezpieczenie międzykontynentalnych pocisków balistycznych, ale i wszystkich innych pojazdów kosmicznych, w tym tych z ludźmi na pokładzie, za ich ochronę odpowiada głównie obudowa z odpowiednich materiałów z dodatkowym ekranowaniem kluczowych komponentów. Także same elementy elektroniczne zaczęto wykonywać z materiałów bardziej odpornych na promieniowanie (rad-hard), na przykład w technologii silicon on insulator (krzem na izolatorze) – podłoże półprzewodnikowe jest zbudowane z warstwy krzemu na warstwie dielektryka. Dodatkowym zabezpieczeniem jest redundancja, czyli zwielokrotnianie podsystemów w taki sposób, aby w przypadku awarii jednego z nich możliwe było wykorzystanie zapasowego.
Detonacja uwolniła izotop kadm-190. Jego pierwotnym przeznaczeniem było określenie powierzchni opadu radioaktywnego. Przy okazji przysłużył się nauce, bo na podstawie śledzenia tego izotopu naukowcy dowiedzieli się dużo o prądach powietrznych i pogodzie w górnych warstwach atmosfery. Ponadto efekty detonacji, które śledzono ze wspominanych samolotów, ale też kilkunastu statków badawczych i okrętów oraz dwudziestu siedmiu niewielkich rakiet z aparaturą pomiarową pozwoliły, na opracowanie systemu detekcji eksplozji jądrowych w kosmosie Vela Hotel. Pozwoliło to myśleć realnie o traktacie zakazującym takich prób.
Powrót do zakazu prób w atmosferze
– Na szczęście te testy odbywały się nad Atolem Johnstona pośrodku Pacyfiku, a nie na poligonie Nevada Test Site – powiedział fizyk Lowell Wood w czasie wysłuchania przed komisją Izby Reprezentantów na temat implikacji właściwości impulsu elektromagnetycznego dla bezpieczeństwa narodowego Stanów Zjednoczonych. – W przeciwnym razie impuls elektromagnetyczny na stałe zagościłby w głowach mieszkańców zachodnich Stanów Zjednoczonych jak również na kartach książek historycznych. W czasie próby poważne uszkodzenia cywilnych i wojskowych systemów elektrycznych odniosły jedynie instalacje na Hawajach odległych od miejsca eksplozji o 1400 kilometrów. Przyczyna tych uszkodzeń i ich natura zostały w tamtym czasie szczęśliwie wyciszone.
Ogólny efekt prób na tyle zaskoczył albo nawet zszokował naukowców, że kolejne próby w ramach programu „Fishbowl” zorganizowano z głowicami znacznie mniejszej mocy. Chociaż są one utajnione, szacuje się, że chodziło o ładunki od kilkudziesięciu do maksymalnie kilkuset kiloton. Amerykanie nie długo utrzymali również sekret potężnych możliwości impulsu elektromagnetycznego. Jeszcze w tym samym roku Rosjanie przeprowadzili trzy własne próby eksplozji jądrowych dużej mocy w kosmosie i prawdopodobnie pozyskali własne dane na ten temat.
A potem w październiku 1962 roku nadszedł kryzys kubański i wybuch wojny jądrowej był bliżej niż kiedykolwiek wcześniej. Po tym okresie pełnym napięcia przywódcy dwóch supermocarstw nie dążyli bynajmniej do samoograniczenia. Bardziej niepokoiła ich myśl, że w posiadanie broni jądrowej wejdą inne państwa. Amerykanów niepokoiły Chiny, a Rosjan – Niemcy Zachodnie. Obie strony zgodziły się, że najlepiej by było, gdyby żadne z tych państw nie miało broni jądrowej, co utorowało drogę do traktatu ograniczającego próby jądrowe.
W grudniu Chruszczow napisał do przywódców Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych aby położyć kres wszystkim próbom nuklearnym. Doradcy i generałowie Kennedy’ego byli przeciwni. Z kolej brytyjski premier Harold Macmillan był za i wysuwał argumenty humanistyczne. Ostatecznie w przemówieniu z 10 czerwca 1963 roku na Uniwersytecie Amerykańskim w Waszyngtonie Kennedy ogłosił ponowne wprowadzenie moratorium na próby jądrowe oraz gotowość do rozpoczęcia rozmów ze Związkiem Radzieckim i Wielką Brytanią.
Kluczowym elementem sukcesu w negocjacjach było ograniczenie celów traktatu do zakazu prób w atmosferze. Eliminowało to potrzebę prowadzenia inspekcji instalacji jądrowych w państwach przeciwnika, co od lat było nie do przyjęcia dla Rosjan. Ostatecznie 25 lipca – po dwunastu dniach negocjacji – wszystkie strony doszły do porozumienia zakazującego prowadzenia testów jądrowych w atmosferze, w kosmosie i pod wodą. Dokument zatytułowany oficjalnie Układ o zakazie prób broni nuklearnej w atmosferze, w przestrzeni kosmicznej i pod wodą, skrótowo nazywany Traktatem o częściowym zakazie prób, uroczyście podpisano 5 sierpnia 1963 roku.
Podpisanie traktatu nie powstrzymało jednak innych państw przed opracowywaniem własnej broni jądrowej. Bomby jądrowe i termojądrowe opracowały później Chińska Republika Ludowa, Francja, Indie, Pakistan, Izrael i Korea Północna. Dzięki traktatowi liczba testów jądrowych została jednak znacznie ograniczona, a tym samym zmniejszyło się zanieczyszczenie Ziemi, uchroniono życie wielu ludzi narażonych na skutki uboczne testów w atmosferze i zahamowano próby prowadzenia geoinżynierii bronią jądrową.
Przeczytaj też: Wojna informacyjna na wszystkich frontach
Bibliografia
Rodric Braithwaite, Armagedon i paranoja. Zimna wojna – nuklearna konfrontacja, Znak Horyzont, Kraków 2019.
Brian Gutierrez, Why the U.S. once set off a nuclear bomb in space, nationalgeographic.com, 08.08.2021.
Robert S. Hopkins III, The Boeing KC-135 Stratotanker. More Than a Tanker, Crecy Publishing, Manchester 2017.
Grzegorz Kiarszys, Atomowi żołnierze wolności. Archeologia magazynów broni jądrowej w Polsce, Wydawnictwo naukowe Uniwersytetu Szczecińskiego, Szczecin 2019.
Gilbert King, Going Nuclear Over the Pacific, smithsonianmag.com, 08.08.2021.
Phil Plait, The 50th Anniversary of Starfish Prime: The Nuke that Shook the World, discovermagazine.com, 08.08.2021.
Nuclear Test Ban Treaty, jfklibrary.org, 08.08.2021.
Statement by Dr. Lowell Wood, fas.org, 08.08.2021.