مختبرات سانديا الوطنية

مختبرات سانديا الوطنية ( SNL )، والمعروفة أيضًا باسم سانديا ، ^{[ 4 ]} هي إحدى مختبرات البحث والتطوير الثلاثة التابعة للإدارة الوطنية للأمن النووي (NNSA) بوزارة الطاقة الأمريكية. [ 5 ^{] يقع مقرها} الرئيسي في قاعدة كيرتلاند الجوية في ألبوكيرك، نيو مكسيكو ، ولها منشأة رئيسية ثانية بجوار مختبر لورانس ليفرمور الوطني في ليفرمور، كاليفورنيا ، ومنشأة اختبار في وايميا، كاواي ، هاواي . ^{[ 6 ]} سانديا مملوكة للحكومة الفيدرالية الأمريكية ، ولكنها تُدار وتُشغل من قبل شركة الحلول التقنية والهندسية الوطنية في سانديا، وهي شركة تابعة مملوكة بالكامل لشركة هانيويل الدولية . ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

تأسس مختبر سانديا الوطني (SNL) عام 1949، وهو مختبر متعدد المهام ^{[ 4 ]} يهدف بالدرجة الأولى إلى تعزيز الأمن القومي الأمريكي من خلال تطوير تقنيات علمية متنوعة . ^{[ 10 ]} ويشمل عمله نحو 70 مجالًا، من بينها الردع النووي ، والحد من التسلح ، ومنع الانتشار النووي ، والتخلص من النفايات الخطرة ، وتغير المناخ . ^{[ 11 ]} ويستضيف مختبر سانديا مجموعة واسعة من المبادرات البحثية، بما في ذلك البيولوجيا الحاسوبية ، والفيزياء ، وعلوم المواد ، والطاقة البديلة ، وعلم النفس ، وأنظمة MEMS ، والعلوم المعرفية . ومن أبرز إنجازاته استضافته لبعض من أوائل وأسرع الحواسيب العملاقة في العالم ، وهما ASCI Red و ASCI Red Storm ، ويضم حاليًا جهاز Z Machine ، وهو أكبر مولد للأشعة السينية في العالم، والمصمم لاختبار المواد في ظروف درجات حرارة وضغط قصوى .

تُجري سانديا أبحاثها من خلال اتفاقيات شراكة مع جهات أكاديمية وحكومية وتجارية؛ ^{[ 12 ]} وتُتاح فرص تعليمية من خلال العديد من البرامج، بما في ذلك برنامج تأمين أفضل الأبحاث والمواهب الأكاديمية في الكليات والجامعات السوداء تاريخيًا (START HBCU) وشبكة شراكات جامعة سانديا (وهي تعاون مع جامعة بيردو ، وجامعة تكساس في أوستن ، ومعهد جورجيا للتكنولوجيا ، وجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين ، وجامعة نيو مكسيكو ). ^{[ 13 ] [ 14 ]}

تعود جذور مختبرات سانديا الوطنية إلى الحرب العالمية الثانية ومشروع مانهاتن . قبل دخول الولايات المتحدة الحرب رسميًا، استأجر الجيش الأمريكي أرضًا بالقرب من مطار أوكسنارد فيلد في مدينة ألبوكيرك بولاية نيو مكسيكو، لخدمة طائرات الجيش والبحرية الأمريكية العابرة . في يناير 1941، بدأ بناء قاعدة ألبوكيرك الجوية التابعة للجيش، مما أدى إلى إنشاء مدرسة بومباردييه - مدرسة الطيران المتقدمة التابعة للجيش قرب نهاية العام. بعد ذلك بوقت قصير، أُعيد تسميتها إلى كيرتلاند فيلد، نسبةً إلى الطيار العسكري الرائد في الجيش، العقيد روي سي. كيرتلاند ، وفي منتصف عام 1942، استحوذ الجيش على أوكسنارد فيلد. خلال سنوات الحرب، تم توسيع المرافق بشكل أكبر، وأصبح كيرتلاند فيلد منشأة تدريب رئيسية للقوات الجوية للجيش.

في الأشهر العديدة التي سبقت التفجير الناجح لأول قنبلة ذرية ، وهي تجربة ترينيتي ، وتسليم أول سلاح ذري محمول جواً، مشروع ألبرتا ، بدأ ج. روبرت أوبنهايمر ، مدير مختبر لوس ألاموس ، ومستشاره الفني، هارتلي رو، البحث عن موقع جديد مناسب للوس ألاموس لمواصلة تطوير الأسلحة ، وخاصة جوانبها غير النووية. ورأوا أن إنشاء قسم منفصل سيكون الأنسب لأداء هذه المهام. وبما أن كيرتلاند قد لبت احتياجات لوس ألاموس من النقل لكل من مشروعي ترينيتي وألبرتا، فقد نُقل مطار أوكسنارد من اختصاص سلاح الجو التابع للجيش الأمريكي إلى رئيس منطقة المهندسين التابعة لقوات الخدمات بالجيش الأمريكي، ثم أُلحق بمنطقة مانهاتن الهندسية. وفي يوليو 1945، أُنشئت في مطار أوكسنارد النواة الأولى لمختبر سانديا، والمعروفة باسم قسم "Z"، لتتولى تطوير الأسلحة واختبارها وتجميع القنابل لصالح منطقة مانهاتن الهندسية. أشارت توجيهات المنطقة التي تدعو إلى إنشاء منطقة آمنة وبناء مرافق قسم "Z" إلى هذا باسم " قاعدة سانديا " ، نسبة إلى جبال سانديا القريبة - على ما يبدو أول اعتراف رسمي باسم "سانديا".  

كانت جامعة كاليفورنيا تُدير مختبر سانديا حتى عام 1949، عندما طلب الرئيس هاري إس. ترومان من شركة ويسترن إلكتريك ، التابعة لشركة أمريكان تيليفون آند تيليغراف (AT&T)، تولي إدارته باعتباره "فرصة لتقديم خدمة استثنائية للمصلحة الوطنية". تأسست شركة سانديا، وهي شركة تابعة مملوكة بالكامل لشركة ويسترن إلكتريك، في 5 أكتوبر 1949، وتولت إدارة المختبر في 1 نوفمبر 1949. ^{[ 15 ]} خصص الكونجرس الأمريكي مختبرات سانديا كمختبر وطني في عام 1979. في أكتوبر 1993، تولت شركة سانديا ، وهي شركة تابعة مملوكة بالكامل لشركة لوكهيد مارتن ، إدارة وتشغيل مختبرات سانديا الوطنية (SNL) . في ديسمبر 2016، أُعلن أن شركة الحلول التقنية والهندسية الوطنية في سانديا، تحت إدارة شركة هانيويل الدولية ، ستتولى إدارة مختبرات سانديا الوطنية ابتداءً من 1 مايو 2017. ^{[ 16 ] [ 8 ]} لا يزال هذا العقد ساري المفعول حتى نوفمبر 2022، ^{[ 9 ] [ 7 ] [ 16 ] [ 17 ]} ويشمل منشآت مملوكة للحكومة في ألبوكيرك، نيو مكسيكو (SNL/NM)؛ وليفرمور، كاليفورنيا (SNL/CA)؛ وتونوباه، نيفادا ؛ وشورفيو، مينيسوتا ؛ وكاواي، هاواي . يُعدّ SNL/NM المقر الرئيسي وأكبر مختبر، حيث يعمل به أكثر من 12,000 موظف، بينما يُعدّ SNL/CA مختبرًا أصغر حجمًا، ويعمل به حوالي 1,700 موظف. يتم تشغيل تونوباه وكاواي على أساس "حملة" اختبارية، وفقًا لجداول الاختبارات. كما أدار المختبر أيضًا منشأة تكنولوجيا مزارع الرياح المصغرة التابعة لوزارة الطاقة/SNL (SWiFT) في لوبوك، تكساس .

قادت سانديا مشروعًا لدراسة كيفية تطهير نظام مترو الأنفاق في حال وقوع هجوم بأسلحة بيولوجية (مثل الجمرة الخبيثة ). وبحلول سبتمبر 2017، أصبحت عملية تطهير مترو الأنفاق في مثل هذه الحالة "جاهزة للتنفيذ عمليًا"، وفقًا لما ذكره مهندس رئيسي في سانديا. ^{[ 18 ]}

يشمل اندماج سانديا مع مجتمعها المحلي برنامجًا من خلال برنامج الطاقة القبلية التابع لوزارة الطاقة لتوفير الطاقة المتجددة البديلة لمجتمعات نافاجو النائية، بقيادة المهندسة الكبيرة ساندرا بيجاي . ^{[ 19 ] [ 20 ]}

في 13 فبراير/شباط 2007، قضت محكمة ولاية نيو مكسيكو بإلزام شركة سانديا بدفع تعويضات قدرها 4.7 مليون دولار أمريكي لفصلها محلل أمن الشبكات السابق، شون كاربنتر ، الذي أبلغ رؤساءه عن اختراق مئات المنشآت العسكرية وشبكات شركات المقاولات الدفاعية، وسرقة معلومات حساسة ، بما في ذلك مئات الوثائق الحساسة لشركة لوكهيد مارتن المتعلقة بمشروع مركبة استطلاع المريخ المدارية . وعندما طلب منه رؤساؤه التخلي عن التحقيق وعدم اتخاذ أي إجراء بشأن المعلومات، توجه إلى مسؤولي الاستخبارات في الجيش الأمريكي ، ثم لاحقًا إلى مكتب التحقيقات الفيدرالي، لمعالجة خروقات الأمن القومي. وعندما اكتشف مديرو سانديا تصرفاته بعد أشهر، سحبوا تصريحه الأمني ​​وفصلوه من العمل. ^{[ 39 ]} 

في عام 2014، كشف تحقيق أن شركة سانديا استخدمت أموال عمليات المختبر لتمويل أنشطة الضغط المتعلقة بتجديد عقدها البالغ ملياري دولار لتشغيل المختبر. ووافقت شركة سانديا وشركتها الأم، لوكهيد مارتن، على دفع غرامة قدرها 4.8 مليون دولار. ^{[ 40 ]}

يتألف مختبر سانديا الوطني/المتحف الوطني للأبحاث من خمسة أقسام تقنية وعدة مناطق اختبار إضافية. لكل قسم تقني عملياته الخاصة والمميزة؛ ومع ذلك، قد تمتد عمليات بعض المجموعات في سانديا لتشمل أكثر من قسم تقني، حيث يعمل جزء من الفريق على حل مشكلة ما من زاوية معينة، بينما يعمل جزء آخر من الفريق نفسه في مبنى أو منطقة مختلفة باستخدام معدات متخصصة أخرى. يرد أدناه وصف لكل قسم.

تُكرّس عمليات مركز التدريب التقني في العراق (TA-I) بشكل أساسي لثلاثة أنشطة: تصميم أنظمة الأسلحة وبحوثها وتطويرها ؛ وإنتاج محدود لمكونات أنظمة الأسلحة؛ وبرامج الطاقة. وتشمل مرافق المركز المكتبة الرئيسية والمكاتب والمختبرات وورش العمل التي يستخدمها الموظفون الإداريون والفنيون.

يُعدّ موقع TA-II منشأةً تبلغ مساحتها 45 فدانًا (180,000 متر ^مربع ) ، أُنشئت عام 1948 لتجميع الشحنات الرئيسية للمتفجرات الكيميائية عالية الطاقة للأسلحة النووية ، ولاحقًا لتجميع الأسلحة النووية على نطاق الإنتاج. تشمل الأنشطة في TA-II إزالة التلوث ، وتفكيك المنشآت ، ومعالجة النفايات المستخدمة في أنشطة البحث والتطوير السابقة. وقد شارفت أعمال معالجة مكب النفايات المصنفة، التي بدأت في مارس 1998، على الانتهاء في السنة المالية 2000. يضم الموقع مرفقًا للاختبار، هو مرفق مكونات المتفجرات، يدمج العديد من أنشطة الاختبار السابقة في TA-II، بالإضافة إلى بعض أنشطة الاختبار التي أُجريت سابقًا في مناطق اختبار نائية أخرى. كما يقع مرفق اختبار تقنية تأخير الوصول في TA-II. 

يقع موقع TA-III بجوار موقع TA-V وجنوبه [يقع كلاهما على بعد حوالي 11 كيلومترًا جنوب موقع TA-I]. تشمل مرافق TA-III مرافق تصميم واختبار واسعة النطاق، مثل مسارات زلاجات الصواريخ ، وأجهزة الطرد المركزي ، ومنشأة للتدفئة الإشعاعية . كما تشمل مرافق أخرى في TA-III، منها وحدة إتلاف الورق، ومختبر الصهر والتصلب، ومنشأة إدارة النفايات المشعة والمختلطة (RMWMF). تعمل RMWMF كمنشأة معالجة مركزية لتعبئة وتخزين النفايات منخفضة المستوى والمختلطة. وتُعد عملية معالجة مكب النفايات الكيميائية، التي بدأت في سبتمبر 1998، نشاطًا مستمرًا في TA-III. 

يقع مركز TA-IV على بعد حوالي 0.80 كيلومتر جنوب مركز TA -I، ويضم العديد من مرافق أبحاث الاندماج بالقصور الذاتي وأبحاث الطاقة النبضية، بما في ذلك مصدر الإلكترونات عالي الطاقة ميغا فولت (هيرميس-III)، ومرفق Z ، ومرفق الأشعة السينية النبضية القصيرة عالية الكثافة نانوثانية (SPHINX)، ومسرع زحل. كما يستضيف مركز TA-IV بعض أبحاث علوم الحاسوب والإدراك. 

يحتوي TA-V على مرفقين لمفاعلات الأبحاث ، ومرفق تشعيع مكثف بأشعة جاما (باستخدام مصادر الكوبالت-60 والسيزيوم -137 )، ومرفق الخلية الساخنة .

يضم مختبر SNL/NM أيضًا مناطق اختبار خارج المناطق التقنية الخمس المذكورة أعلاه. تقع هذه المناطق، المعروفة مجتمعةً باسم حقل اختبار كويوت، جنوب شرق المنطقة التقنية الثالثة (TA-III) و/أو في الوديان على الجانب الغربي من جبال مانزانيتا. تشمل المرافق في حقل اختبار وادي كويوت محطة برج الطاقة الشمسية (34.9623 شمالًا، 106.5097 غربًا)، وموقع حرق وادي لورانس، ومحطة الكابلات الهوائية.

في سبعينيات القرن العشرين، بدأت لجنة التبادل الفني لمختبر الأسلحة التابع للقوات الجوية في سانديا، لوس ألاموس، بتطوير مكتبة SLATEC للروتينات الرياضية والإحصائية، المكتوبة بلغة FORTRAN 77 .

تضم مختبرات سانديا الوطنية اليوم العديد من مشاريع البرمجيات مفتوحة المصدر :

• مكتبة FCLib (مكتبة توصيف الميزات) هي مكتبة لتحديد ومعالجة المناطق أو البنى المتماسكة من البيانات المكانية والزمانية. ^{[ 43 ]} تركز FCLib على توفير هياكل بيانات "مدركة للميزات" وتدعم التحليل القائم على الميزات. ^{[ 43 ]} وهي مكتوبة بلغة C ومطورة بموجب ترخيص مشابه لترخيص BSD . ^{[ 44 ]}
• LAMMPS (محاكي الذرات/الجزيئات المتوازية واسعة النطاق) هي مكتبة ديناميكيات جزيئية تُستخدم لنمذجة العمليات الذرية/دون الذرية المتوازية على نطاق واسع. ^{[ 45 ]} وهي مُنتجة بموجب رخصة جنو العمومية (GPL) وموزعة على موقع مختبرات سانديا الوطنية الإلكتروني، بالإضافة إلى موقع SourceForge . ^{[ 45 ]}
• LibVMI هي مكتبة لتسهيل قراءة وكتابة الذاكرة في الآلات الافتراضية قيد التشغيل، وهي تقنية تُعرف باسم استبطان الآلة الافتراضية. ^{[ 46 ]} وهي مرخصة بموجب رخصة جنو العمومية الصغرى . ^{[ 46 ]}
• مكتبة MapReduce-MPI هي تطبيق لتقنية MapReduce للأجهزة المتوازية ذات الذاكرة الموزعة، وتستخدم واجهة تمرير الرسائل (MPI) للاتصال. وقد طُوّرت بموجب ترخيص توزيع برمجيات بيركلي المعدّل . ^{[ 47 ]}
• مكتبة الرسوم البيانية متعددة الخيوط (MTGL) هي مجموعة من الخوارزميات القائمة على الرسوم البيانية، مصممة للاستفادة من البنى المتوازية ذات الذاكرة المشتركة، مثل Cray XMT، وأجهزة المعالجات المتعددة المتناظرة (SMP)، ومحطات العمل متعددة النوى. ^{[ 48 ] [ 49 ]} وهي مطورة بموجب ترخيص BSD. ^{[ 48 ]}
• ParaView هو تطبيق متعدد المنصات لتحليل البيانات وعرضها بصريًا. ^{[ 50 ]} وهو جهد تعاوني، طُوِّر بواسطة مختبرات سانديا الوطنية، ومختبرات لوس ألاموس الوطنية، ومختبر أبحاث الجيش الأمريكي ، ومُوِّل من قِبَل برنامج المحاكاة والحوسبة المتقدمة . ^{[ 50 ]} وهو مُطوَّر بموجب ترخيص BSD. ^{[ 50 ]}
• Pyomo هي لغة برمجة رياضية للتحسين تعتمد على لغة بايثون وتدعم معظم محركات الحلول التجارية والمفتوحة المصدر.
• برنامج Soccoro، وهو جهد تعاوني بين جامعتي ويك فورست وفاندربيلت ، هو برنامج كائني التوجه يُستخدم لإجراء حسابات البنية الإلكترونية استنادًا إلى نظرية الكثافة الوظيفية. ^{[ 51 ]} يستخدم البرنامج مكتبات مثل MPI و BLAS و LAPACK ، وقد طُوّر بموجب رخصة جنو العمومية العامة. ^{[ 51 ]}
• مجموعة أدوات Titan Informatics هي مجموعة من المكتبات متعددة المنصات لاستيعاب وتحليل وعرض البيانات العلمية والمعلوماتية. ^{[ 52 ] [ 53 ]} وهي ثمرة جهد تعاوني مع شركة Kitware، وتستخدم مكونات مفتوحة المصدر متنوعة مثل مكتبة Boost Graph . ^{[ 52 ]} وقد طُوّرت بموجب ترخيص New BSD . ^{[ 52 ]}
• تريلينوس مكتبة برمجية كائنية التوجه لبناء تطبيقات علمية وهندسية قابلة للتوسع، مع التركيز على تقنيات الجبر الخطي. ^{[ 54 ]} معظم حزم تريلينوس مرخصة بموجب ترخيص BSD المعدل . ^{[ 54 ]}
• Xyce هو برنامج محاكاة دوائر تناظرية عالي الأداء ومفتوح المصدر ومتوافق مع SPICE ، وقادر على حل مشاكل الدوائر الكبيرة للغاية. ^{[ 55 ]}
• شارون هو برنامج محاكاة TCAD، وقد أتاحته سانديا كمصدر مفتوح في عام 2020. ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]} ويكتسب هذا البرنامج أهمية خاصة لأنه لم تكن هناك سابقًا برامج محاكاة TCAD رئيسية مفتوحة المصدر لإجراء عمليات محاكاة واسعة النطاق. ^{[ 57 ]}
• Tracktable عبارة عن منصة مفتوحة المصدر طورتها سانديا لمعالجة وتحليل وتصوير مسارات الأجسام المتحركة (المسارات). ^{[ 59 ]}

إضافةً إلى ذلك، تتعاون مختبرات سانديا الوطنية مع شركة Kitware لتطوير مجموعة أدوات التصور (VTK)، وهي حزمة برامج رسومية وتصورية متعددة المنصات. ^{[ 60 ]} وقد ركز هذا التعاون على تحسين قدرات VTK في تصور المعلومات، وأسهم بدوره في تطوير مشاريع أخرى مثل ParaView وTitan. ^{[ 50 ] [ 52 ] [ 60 ]}

في 30 يناير 2012، أعلنت سانديا عن نجاحها في اختبار إطلاق سهم موجه ذاتيًا قادر على إصابة أهداف على بُعد 2000 متر (2187 ياردة) . يبلغ طول السهم 100 ملم ( 4 بوصات) ، ويقع مركز ثقله عند مقدمته، وهو مصمم للإطلاق من بندقية ذات عيار صغير ذات سبطانة ملساء . يُحافظ على استقامة مساره أثناء الطيران بواسطة أربع زعانف تعمل كهرومغناطيسيًا، مُغلفة بغلاف بلاستيكي قابل للسحب ينفصل عند خروج السهم من السبطانة. لا يمكن إطلاق هذا السهم من سبطانات البنادق التقليدية ذات الأخاديد الحلزونية، لأن الثبات الجيروسكوبي الذي توفره هذه الأخاديد للرصاص العادي سيمنع السهم الموجه ذاتيًا من الدوران بثبات نحو الهدف أثناء الطيران، لذا فإن الزعانف مسؤولة عن تثبيته بدلًا من تدويره. يُحدد مؤشر ليزري الهدف، الذي يتتبعه المستشعر البصري للسهم ووحدة المعالجة المركزية ذات 8 بت . يُتيح صغر حجمها إجراء تصحيحات سريعة دون الحاجة إلى وحدة قياس بالقصور الذاتي ، مما يُقلل من تكلفتها. يبلغ التردد الطبيعي لجسم الرصاصة حوالي 30 هرتز ، لذا يُمكن إجراء التصحيحات 30 مرة في الثانية أثناء الطيران. تبلغ سرعة الفوهة مع البارود التجاري 2400 قدم/ثانية (730 متر/ثانية) (ماخ 2.1)، ولكن يُمكن للبارود المُخصص للاستخدام العسكري زيادة سرعتها ومدى إطلاقها. تُظهر نماذج الحاسوب أن الرصاصة القياسية ستُخطئ الهدف على مسافة 1000 متر (1094 ياردة) بمقدار 9.8 ياردة (9 أمتار) ، بينما ستُصيب الرصاصة المُوجهة المُكافئة الهدف في حدود 8 بوصات (20 سم) . تزداد الدقة مع زيادة المسافة، حيث تستقر حركة الرصاصة كلما طالت مدة طيرانها. ^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]}            

منذ تسعينيات القرن الماضي، أصبحت مختبرات سانديا الوطنية موطناً وموقعاً لأجهزة الكمبيوتر عالية الأداء والحواسيب العملاقة في الولايات المتحدة:

• معالج Intel Paragon XP/S 140، من عام 1993 إلى  ؟
• ASCI Red ، من عام 1997 إلى عام 2006
• ريد ستورم ، من عام 2005 إلى عام 2012
• سييلو ، من 2010 إلى 2016
• ترينيتي ، من عام 2015 حتى الآن
• أسترا، من عام 2018 وحتى الآن، تعتمد على معالجات ARM
• أتاواي، من عام 2019 حتى الآن

• مختبر بروكهافن الوطني
• رغوة إزالة التلوث
• جيس (لغة برمجة)
• مختبر لورانس ليفرمور الوطني
• المختبر الوطني للطاقة المتجددة
• برنامج الاستعداد للاختبار
• مطر التيتان
• VxInsight

• الموقع الرسمي
• صحيفة حقائق مختبر وزارة الطاقة