La stampa 3d e la testata termonucleare W80 dei missili cruise

La testata nucleare W80 è una piccola testata termonucleare americana progettata per il dispiegamento sui missili cruise. È stato implementato un programma per estendere la vita della testata, chiamata W80-4 LEP, o programma di estensione della vita. Recentemente la National Nuclear Security Administration (NNSA) ha dato voti positivi ai piani per il rinnovo di alcuni componenti e all’approccio proposto per lo sviluppo delle stime dei costi dei componenti.

La testata, una volta rinnovata, sarà abbinata a un nuovo missile da crociera sviluppato dalla US Air Force. Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) è l’agenzia principale di progettazione nucleare e collabora con Sandia National Laboratories , l’agenzia di design non nucleare leader. Il lavoro svolto sulla testata è quello di soddisfare i requisiti militari per accoppiare la testata con il nuovo sistema di consegna e migliorare la sicurezza, la sicurezza e la logistica operativa delle armi, nonché per mantenere l’efficacia senza la necessità di ulteriori test esplosivi. La prima produzione del W80-4 è prevista per il 2025.

I laboratori nazionali sono ora concentrati sull’assicurarsi che la W80-4 soddisfi i requisiti. Il prossimo passo è un rapporto dettagliato sui costi di sviluppo delle armi.

L’operatore del carro armato Drew Carlson (in primo piano) salvaguarda la bocca del carro armato sferico da 10 kg presso l’impianto di applicazioni ad alto potenziale esplosivo di LLNL mentre il tecnico elettronico Raya Yy (in background, a sinistra) e Ramrod Shawn Strickland collegano una carica esplosiva ad alto potenziale per un esperimento. L’esperimento fornirà dati importanti per certificare che una testata nucleare rinnovata funzionerà senza condurre un test nucleare esplosivo su vasta scala.

“I costi sono un grosso problema per noi”, ha dichiarato Alicia Williams, LLNL responsabile della progettazione ingegneristica per il LEP. “Esaminiamo queste revisioni dettagliate dei costi associati al nostro scopo per aiutare il management a prendere decisioni informate sull’eventuale necessità di correzione del corso. Il risultato netto di questo traguardo è stata la conferma che siamo sulla strada giusta. ”
Ci sono alcune sfide associate al ripristino della testata. Alcuni componenti e materiali invecchiati non possono essere sostituiti nello stesso modo in cui sono stati inizialmente prodotti. La carica esplosiva principale deve essere sostituita, ad esempio, ma i componenti originali ad alto rischio di esplosione non sono disponibili e devono essere ricostituiti. Molti dei pezzi di ricambio vengono stampati in 3D per migliorare la qualità e ridurre i costi, non la prima volta che si utilizza la stampa 3D per costruire testate . I ricercatori dei laboratori stanno ingegnerizzando le proprietà specifiche del materiale in questi pezzi di ricambio controllando la microstruttura del materiale stampato in 3D.

Per verificare che le parti stampate in 3D funzionino come previsto, i ricercatori hanno già eseguito una coppia di esperimenti idrodinamici (a scala intera non nucleare), nel 2016. I dati restituiti da tali test vengono utilizzati per garantire che le simulazioni del supercomputer siano accurate rappresentare la realtà. Sono inoltre in corso approfonditi esperimenti di invecchiamento dei materiali e di compatibilità per garantire che il materiale stampato in 3D soddisfi i requisiti prestazionali per la durata del sistema.

Quelle simulazioni di supercomputer e altri esperimenti non nucleari sono cruciali per il successo del programma. Oltre a ristrutturare la testata, i ricercatori devono assicurarsi che siano sicuri e non si attivino da soli, sicuri in quanto non possono essere attivati ​​senza autorizzazioni formali e efficaci – il tutto senza condurre un’esplosione su larga scala test nucleare. Un supercomputer chiamato Sierra si trova a LLNL e svolgerà un ruolo importante nella certificazione della testata sostitutiva. I progressi del codice hanno anche permesso di passare dalla modellazione 2D a 3D, con un’attenzione particolare alla quantificazione dell’incertezza, alleviando la dipendenza dalle approssimazioni richieste durante l’era dei test nucleari. Sono attualmente in corso centinaia di test ed esperimenti presso LLNL e il suo sito di test sperimentale, Site 300.

“Questo LEP sta guidando una significativa innovazione a LLNL”, ha affermato Des Pilkington, direttore del programma di fisica e progettazione delle armi. “Vedo un lavoro davvero creativo nelle opzioni, incentrato sul rispetto dei requisiti prestazionali stabiliti e sulla riduzione dei costi, sempre con un occhio a ciò che possiamo certificare che funzionerà. È qui che entrano in gioco le innovazioni sperimentali e in codice che abbiamo realizzato nell’ambito del programma di gestione delle scorte. Saranno fondamentali per il successo del nostro piano di certificazione “.

Il tecnico elettronico Raya Yy (a sinistra) ispeziona il lavoro di Ramrod Shawn Strickland mentre carica un’alta carica esplosiva per un esperimento.

Cinque delle 25 principali pietre miliari del LEP sono complete finora. I requisiti vengono ridefiniti dal DoD e dall’NNSA, i concetti di design sono stati sviluppati, i sistemi aziendali vengono messi in atto per tenere traccia del programma e del budget, e NNSA ha investito nell’infrastruttura di LLNL che sarà necessaria per certificare la testata. Inoltre, LLNL sta guidando lo sforzo per ricostituire la capacità di produrre gli esplosivi insensibili richiesti. La produzione di quantità su scala di produzione dei nuovi esplosivi procede secondo i piani.

Il programma W80-4 è programmato per entrare nella fase di sviluppo ingegneristico nel 2019. In questa fase, i ricercatori testeranno i singoli componenti per assicurarsi che soddisfino i requisiti militari. Le fasi successive sono l’ingegneria di produzione, la prima produzione e la produzione su vasta scala. Per soddisfare le esigenze del programma, LLNL ha assunto importanti sforzi di assunzione; più di 100 scienziati, ingegneri e tecnici sono già stati assunti nel 2018.

“Anche con il nostro lab assoldamento ad un ritmo accelerato, e anche con i miglioramenti infrastrutturali che NNSA ha fatto qui, non potremmo mai completare questo LEP da soli”, ha detto Tom Horrillo, W80-4 LEP Manager. “Il nostro laboratorio gemello di fronte (Sandia National Laboratories) ha un ruolo centrale in questo, così come lo sono gli impianti di produzione che producono componenti in tutto il paese. L’Air Force è stato un grande partner nella definizione dei requisiti e NNSA è stato indispensabile per aiutarci a implementare l’infrastruttura e i processi di cui abbiamo bisogno per portare a termine il lavoro. Non sto esagerando con le cose quando dico che non ci sarebbe nessun LEP senza i contributi di tutti i membri del team “.
Il LEP è una collaborazione tra DoD e NNSA, con LLNL che lavora con tutti i laboratori e i siti di produzione NNSA, così come l’Air Force e i suoi fornitori di missili. Collaboratori includono Sandia, Kansas City National Security Campus, Y-12 National Security Complex, Pantex Plant, Savannah River Site, Los Alamos National Laboratory, NNSA Livermore Field Office, Albuquerque NNSA W80-4 Program Office, l’ufficio missilistico di Eglin Air Force Base e centro di armi nucleari Kirtland Air Force Base.

“È molto importante riuscire con il LEP W80-4”, ha affermato Williams. “Queste armi devono essere tremendamente sicure, sicure ed efficaci. Dobbiamo soddisfare tali aspettative tanto quanto dobbiamo soddisfare i costi e pianificare le aspettative. Tutto sommato, non posso fare a meno di pensare che questo è un momento molto eccitante per lavorare al Lab. “

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