Am 9. Juli 1962 demonstrierte der US-Atomwaffentest „Starfish Prime“, wie verheerend sich eine Atomexplosion im Erdorbit auswirkt: Der in 400 Kilometer Höhe detonierende 1,4 Megatonnen-Atomsprengkopf erzeugte einen elektromagnetischen Puls, der noch im knapp 1500 Kilometer entfernten Hawaii die Lichter ausgehen ließ. Im Orbit zerstörte die Atomexplosion mehrere frühe Satelliten und setzte eine enorme Menge extrem energiereicher Teilchen frei.
Anstoß für den Weltraumvertrag
„Bei einer solchen Kernwaffenexplosion im Weltraum wird die gesamte Bombe ionisiert und fast jedes Elektron seines Materials wird freigesetzt“, erklärt der Physiker Areg Danagoulian vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Beim Starfish-Test wurden geschätzte 1029 dieser energiereichen Elektronen in den inneren Van-Allen-Gürtel geschleudert – einen in rund 1000 Kilometer Höhe beginnenden Ring aus schnellen, vom Erdmagnetfeld gefangenen Teilchen.
Diese Aufnahme vom 9. Juli 1962 zeigt den Lichtblitz des orbitalen Atomtests „Starfish Prime“ von Hawaii aus gesehen. — © US Government
„Im Van-Allen-Gürtel kollidieren diese Elektronen mit allem, was ihnen entgegenkommt“, erklärt Danagoulian. „Sie ionisieren jedes Material und verursachen schwere Strahlenschäden.“ Dadurch wird Raumfahrt nahezu unmöglich, auch Satelliten würden nicht lange halten. Nachdem die schwerwiegenden globalen Folgen einer orbitalen Atomexplosion klar wurden, einigten sich die Supermächte 1967 auf den Weltraumvertrag (Outer Space Treaty). Dieser von 118 Ländern unterzeichnete Vertrag erklärt den Weltraum zum Allgemeingut der Menschheit und verbietet die Stationierung von Kernwaffen im All.
Hat der russische Satellit Kosmos 2553 eine Kernwaffe an Bord?
Doch in jüngster Zeit wächst der Verdacht, dass einige Staaten gegen den Weltraumvertrag verstoßen könnten. Im Februar 2022 startete Russland einen Satelliten in den Erdorbit, der angeblich Teil ihres Radar-Überwachungssystems sein sollte. Doch Flughöhe – rund 2000 Kilometer - und Flugbahn dieses Kosmos-2553-Satelliten waren dafür sehr ungewöhnlich. „Dieser Orbit führt durch die harscheste Umgebung im gesamten Erdumfeld“, erklärt Danagoulian. „Niemand platziert einen Satelliten freiwillig in dieser hochradioaktiven Umgebung.“
Warum also Kosmos 2553? „Diese orbitale Region ist wahrscheinlich die am besten geeignete Umgebung, um energiereiche Elektronen einzufangen, wenn man eine thermonukleare Waffe zünden will“, sagt der Physiker. US-Regierungsbehörden befürchten deshalb, dass dieser russische Satellit nukleare Antisatelliten-Waffentechnologien testen soll. Doch bisher gibt es keine Methode, mit der man einen solchen Verstoß gegen den Weltraumvertrag nachweisen könnte.
Spallations-Neutronen als Indikatoren
Das könnte sich jedoch bald ändern: Danagoulian hat das Konzept für einen „Inspektor“-Satelliten entwickelt, dessen Sensoren erstmals Kernwaffen in der Erdumlaufbahn nachweisen könnten. Basis dieses fliegenden Atomwaffen-Sensors bildet die Spallation: Wenn energiereiche Protonen der Weltraumumgebung auf die Uran- oder Plutoniumatome der Kernwaffe treffen, schlagen sie Neutronen aus deren Atomkernen heraus. „Bei der Kollision mit Atomkernen hoher Ordnungszahl wie Uran oder Plutonium kann jedes Proton 40 und mehr Neutronen aus dem Kern herausschlagen“, erklärt Danagoulian.
Um diese Neutronen zu detektieren, ist der Inspektor-Satellit mit einem speziellen Neutronensensor ausgerüstet. Dieser besteht aus zwei 30 mal 30 Zentimeter großen Szintillator-Platten, die die Passage energiereicher Neutronen in elektrische Impulse umwandeln und registrieren. Das allein reicht jedoch nicht: “Die meisten Neutronensensoren reagieren auch auf Protonen, daher musste ich eine Methode entwickeln, um diese abzuweisen und nur die Neutronen durchzulassen“, erklärt Danagoulian.
Abhilfe schafft Diamant: Eine beidseitig auf den Szintillatoren aufgedampfte Diamantschicht erlaubt es, Protonen- von Neutronensignalen zu unterscheiden: Die positiv geladenen Protonen erzeugen ein elektrisches Signal sowohl im Diamant als auch im Szintillator, während die neutralen Neutronen nur vom Szintillator registriert werden. Gleichzeitig ermöglicht es dieser Schichtaufbau auch, die Flugrichtung der Neutronen zu detektieren – und so zu ermitteln, ob sie vom verdächtigen Satelliten stammen.
Inspektion aus vier Kilometern Entfernung
Doch wie würde eine solche orbitale Atomwaffen-Inspektion in der Praxis funktionieren? Auch das hat Danagoulian mithilfe von Computersimulationen untersucht. Der erste Schritt dabei ist es, den geeigneten Abstand zu ermitteln“, erklärt er. Der Detektor sollte so nah wie möglich an den verdächtigen Satelliten heranfliegen, ohne jedoch einen politischen Zwischenfall zu provozieren. Auf Basis bisheriger Satellitenpassagen stuft der Forscher einen Flyby-Abstand von vier bis zehn Kilometern als geeignet ein.
In einem Abstand von vier Kilometern würde das nukleare Material eines Kernwaffen-Satelliten im Laufe von sechs Stunden rund 91 Milliarden detektierbare Neutronen durch Spallation freisetzen. Ein Nachweis dieser Spallations-Neutronen wäre dann mit 99-prozentiger Sicherheit möglich, wie Danagoulian berichtet. Würde der Inspektor-Satellit in nur einem Kilometer Entfernung am verdächtigen Flugobjekt vorbeifliegen, könnte er eine Atomwaffe sogar innerhalb von nur einer Stunde detektieren – ein einziger Flyby würde dann reichen.
“Sie müssten damit rechnen, dass wir es herausfinden“
Nach Ansicht von Danagoulian eröffnet sein Konzept damit erstmals eine Möglichkeit, die Einhaltung des Weltraumvertrags vor Ort zu überprüfen. „Das würde den Druck auf alle Länder verstärken, diesen Vertrag auch wirklich einzuhalten. Denn wenn sie versuchen, dagegen zu verstoßen, müssten sie damit rechnen, dass wir es herausfinden“, erklärt der Physiker. Zwar gibt es noch keinen Prototypen dieses fliegenden Kernwaffen-Inspekteurs, aber Danagoulian hofft, dass nun andere Forschungsteams sein Konzept aufgreifen und umsetzen.
„Dies ist noch keine vollständige oder finale Lösung, weitere Optimierungen und Tests sind nötig“, betont Danagoulian. „Das Ziel meiner Veröffentlichung war es, der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu zeigen, dass ein solcher Detektor grundsätzlich machbar ist.“
Quelle: Areg Danagoulian (Massachusetts Institute of Technology), Nature, 2026; doi: 10.1038/s41586-026-10783-2
