Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia

Sandia National Laboratories (SNL), Tiếng Việt: Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, còn được gọi là Sandia,  là một trong ba phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển thuộc Cục An ninh Hạt nhân Quốc gia (NNSA) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Trụ sở chính đặt tại Căn cứ Không quân Kirtland ở Albuquerque, New Mexico; phòng thí nghiệm có cơ sở chính thứ hai cạnh Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở Livermore, California, và một cơ sở thử nghiệm tại Waimea, Kauaʻi, Hawaii. Sandia thuộc sở hữu của chính phủ liên bang Hoa Kỳ, nhưng được quản lý và vận hành tư nhân bởi National Technology and Engineering Solutions of Sandia, một công ty con hoàn toàn thuộc sở hữu của Honeywell International.

Được thành lập năm 1949, SNL là một “phòng thí nghiệm đa nhiệm”, với mục tiêu chính là nâng cao an ninh quốc gia Hoa Kỳ thông qua việc phát triển các công nghệ dựa trên khoa học. Hoạt động của Sandia trải dài khoảng 70 lĩnh vực, bao gồm ngăn chặn hạt nhân, kiểm soát vũ khí, chống phổ biến vũ khí hạt nhân, xử lý chất thải nguy hại, và biến đổi khí hậu. Sandia còn triển khai nhiều sáng kiến nghiên cứu đa dạng, bao gồm sinh học tính toán, vật lý, khoa học vật liệu, năng lượng thay thế, tâm lý học, MEMS, và khoa học nhận thức. Đáng chú ý, Sandia từng là nơi đặt một số siêu máy tính đầu tiên và nhanh nhất thế giới, như ASCI Red và ASCI Red Storm, và hiện nay là nơi đặt Z Machine, máy phát tia X lớn nhất thế giới, được thiết kế để thử nghiệm vật liệu trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao. Sandia tiến hành nghiên cứu thông qua các thỏa thuận hợp tác với các tổ chức học thuật, chính phủ và thương mại. Các cơ hội giáo dục được cung cấp thông qua một số chương trình, bao gồm START HBCU (Securing Top Academic Research & Talent at Historically Black Colleges and Universities) và Sandia University Partnerships Network, hợp tác với Đại học Purdue, Đại học Texas tại Austin, Viện Công nghệ Georgia, Đại học Illinois Urbana–Champaign và Đại học New Mexico.

Lịch sử phòng thí nghiệm 

Nguồn gốc của Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia có từ Chiến tranh Thế giới thứ hai và Dự án Manhattan. Trước khi Hoa Kỳ chính thức tham chiến, Quân đội Hoa Kỳ đã thuê đất gần sân bay Albuquerque, New Mexico, được gọi là Oxnard Field, để phục vụ cho các máy bay tạm thời của Quân đội và Hải quân Hoa Kỳ.

Vào tháng 1 năm 1941, bắt đầu xây dựng Căn cứ Không quân Quân đội Albuquerque, dẫn đến việc thành lập Trường Huấn luyện Thợ Bom – Trường Bay Nâng cao Quân đội vào cuối năm. Ngay sau đó, căn cứ được đổi tên thành Kirtland Field, theo tên Đại tá Roy C. Kirtland, một phi công quân sự đầu tiên của Quân đội, và vào giữa năm 1942, Quân đội đã tiếp quản Oxnard Field. Trong những năm chiến tranh, các cơ sở được mở rộng thêm, và Kirtland Field trở thành một cơ sở huấn luyện quan trọng của Không quân Quân đội.

Trong nhiều tháng trước khi vụ nổ thử nghiệm bom nguyên tử đầu tiên, Trinity, thành công và việc phóng bom nguyên tử đầu tiên bằng máy bay (Dự án Alberta), J. Robert Oppenheimer – Giám đốc Phòng thí nghiệm Los Alamos – cùng cố vấn kỹ thuật Hartly Rowe bắt đầu tìm một địa điểm mới gần Los Alamos để tiếp tục phát triển vũ khí – đặc biệt là các khía cạnh phi hạt nhân. Họ thấy rằng một bộ phận riêng biệt sẽ tốt nhất để thực hiện những chức năng này.

Kirtland đã đáp ứng nhu cầu vận chuyển của Los Alamos cho cả Dự án Trinity và Alberta, do đó Oxnard Field được chuyển từ quyền quản lý của Không quân Lục quân sang Ban Kỹ sư Quân sự Hoa Kỳ, và sau đó được giao cho Manhattan Engineer District.

Vào tháng 7 năm 1945, tiền thân của Phòng thí nghiệm Sandia, được biết đến với tên “Z” Division, được thành lập tại Oxnard Field để xử lý việc phát triển vũ khí trong tương lai, thử nghiệm và lắp ráp bom cho Manhattan Engineer District. Chỉ thị của District về việc thành lập khu vực an toàn và xây dựng cơ sở cho “Z” Division gọi nơi này là “Sandia Base”, theo tên dãy núi Sandia gần đó – được coi là lần công nhận chính thức đầu tiên với cái tên “Sandia”.

Phòng thí nghiệm Sandia được Đại học California vận hành cho đến năm 1949, khi Tổng thống Harry S. Truman đề nghị Western Electric, một công ty con của American Telephone and Telegraph (AT&T), tiếp nhận việc vận hành như một “cơ hội để phục vụ xuất sắc lợi ích quốc gia.” Sandia Corporation, một công ty con hoàn toàn thuộc sở hữu của Western Electric, được thành lập vào ngày 5 tháng 10 năm 1949 và vào ngày 1 tháng 11 năm 1949 đã tiếp quản quản lý Phòng thí nghiệm. Quốc hội Hoa Kỳ chỉ định Sandia Laboratories là một phòng thí nghiệm quốc gia vào năm 1979. Vào tháng 10 năm 1993, Sandia National Laboratories (SNL) được quản lý và vận hành bởi Sandia Corporation, một công ty con hoàn toàn thuộc sở hữu của Lockheed Martin.

Vào tháng 12 năm 2016, thông báo rằng National Technology and Engineering Solutions of Sandia, dưới sự chỉ đạo của Honeywell International, sẽ tiếp quản việc quản lý Sandia National Laboratories kể từ ngày 1 tháng 5 năm 2017; hợp đồng này vẫn còn hiệu lực tính đến tháng 11 năm 2022, áp dụng lên các cơ sở nghiên cứu do chính phủ sở hữu tại Albuquerque, New Mexico (SNL/NM) trụ sở chính và là phòng thí nghiệm lớn nhất, với hơn 12.000 nhân viên; Livermore, California (SNL/CA) - phòng thí nghiệm nhỏ hơn, khoảng 1.700 nhân viên; Tonopah, Nevada; Shoreview, Minnesota; và Kauai, Hawaii. Tonopah và Kauaʻi được sử dụng tùy thuộc vào lịch trình thử nghiệm. Phòng thí nghiệm cũng quản lý DOE/SNL Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) Facility tại Lubbock, Texas.

Sandia dẫn đầu một dự án nghiên cứu cách khử nhiễm hệ thống tàu điện ngầm trong trường hợp xảy ra tấn công vũ khí sinh học (chẳng hạn như anthrax). Tính đến tháng 9 năm 2017, quy trình khử nhiễm tàu điện ngầm trong tình huống này “gần như sẵn sàng để triển khai”, theo một kỹ sư trưởng của Sandia.

Sự tích hợp của Sandia với cộng đồng địa phương bao gồm một chương trình thông qua Chương trình Năng lượng Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nhằm cung cấp năng lượng tái tạo thay thế cho các cộng đồng xa xôi của người Navajo, do kỹ sư cao cấp Sandra Begay dẫn dắt.

Giám đốc

Các vấn đề pháp lý 
Vào ngày 13 tháng 2 năm 2007, một tòa án bang New Mexico đã phán quyết Sandia Corporation phải chịu trách nhiệm bồi thường 4,7 triệu USD vì sa thải một cựu chuyên gia phân tích an ninh mạng, Shawn Carpenter. Người này đã báo cáo với cấp trên rằng hàng trăm mạng lưới của các cơ sở quân sự và nhà thầu quốc phòng đã bị xâm nhập, và thông tin nhạy cảm đang bị đánh cắp – bao gồm hàng trăm tài liệu mật của Lockheed liên quan đến dự án tàu quỹ đạo Sao Hỏa Mars Reconnaissance Orbiter.

Khi cấp trên yêu cầu ông dừng cuộc điều tra và không làm gì với thông tin này, ông đã liên hệ với các quan chức tình báo của Quân đội Hoa Kỳ, và sau đó là Cục Điều tra Liên bang (FBI) để xử lý các vi phạm an ninh quốc gia. Khi các nhà quản lý của Sandia phát hiện hành động này sau vài tháng, họ đã thu hồi quyền truy cập an ninh và sa thải ông.

Năm 2014, một cuộc điều tra xác định rằng Sandia Corporation đã sử dụng quỹ vận hành phòng thí nghiệm để chi trả cho hoạt động vận động hành lang, liên quan đến việc gia hạn hợp đồng trị giá 2 tỷ USD để vận hành phòng thí nghiệm. Sandia Corporation và công ty mẹ của nó, Lockheed Martin, đã đồng ý nộp phạt 4,8 triệu USD.

Technical areas 

SNL/NM bao gồm năm khu vực kỹ thuật (TA) và một số khu thử nghiệm bổ sung. Mỗi TA có các hoạt động đặc thù riêng; tuy nhiên, hoạt động của một số nhóm tại Sandia có thể trải dài qua nhiều TA, với một phần nhóm làm việc theo một hướng, trong khi phần khác của cùng nhóm lại đặt tại khu vực hoặc tòa nhà khác với các thiết bị chuyên dụng khác nhau. Mô tả từng khu vực như sau:

TA-I chủ yếu phục vụ ba hoạt động: thiết kế, nghiên cứu và phát triển hệ thống vũ khí; sản xuất hạn chế các thành phần của hệ thống vũ khí; và các chương trình năng lượng. Các cơ sở tại TA-I bao gồm thư viện chính, văn phòng, phòng thí nghiệm và xưởng phục vụ nhân viên hành chính và kỹ thuật.

TA-II là một cơ sở rộng 45 mẫu Anh (180.000 m²), được thành lập năm 1948 để lắp ráp các khối thuốc nổ hóa học chính cho vũ khí hạt nhân, và sau đó phục vụ lắp ráp vũ khí hạt nhân quy mô sản xuất. Các hoạt động tại TA-II bao gồm khử nhiễm, tháo dỡ và phục hồi môi trường đối với các cơ sở và bãi chôn lấp từng được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển trước đây. Việc xử lý bãi chôn chất thải mật bắt đầu từ tháng 3 năm 1998 và gần hoàn thành vào năm tài chính 2000. Một cơ sở thử nghiệm – Explosive Component Facility – tích hợp nhiều hoạt động thử nghiệm trước đây của TA-II cũng như một số thử nghiệm từng được thực hiện tại các khu thử nghiệm xa. Access Delay Technology Test Facility cũng nằm tại TA-II.

TA-III nằm liền kề và phía nam TA-V (cả hai đều cách TA-I khoảng 7 dặm – 11 km về phía nam). Các cơ sở tại TA-III bao gồm nhiều hệ thống thử nghiệm – thiết kế quy mô lớn như đường trượt tên lửa, máy ly tâm và cơ sở nhiệt bức xạ. Các cơ sở khác bao gồm máy tiêu hủy giấy, Phòng thí nghiệm Nóng chảy và Đông đặc, và Cơ sở Quản lý Chất thải Phóng xạ và Hỗn hợp (RMWMF). RMWMF đóng vai trò là cơ sở trung tâm xử lý đóng gói và lưu trữ chất thải mức thấp và chất thải hỗn hợp. Việc xử lý bãi chôn chất thải hóa học, bắt đầu từ tháng 9 năm 1998, vẫn đang tiếp tục tại TA-III.

TA-IV, nằm cách TA-I khoảng 1/2 dặm (0,80 km) về phía nam, bao gồm nhiều cơ sở nghiên cứu về hợp hạch giam giữ quán tính và năng lượng xung như: Nguồn electron megavolt bức xạ năng lượng cao (Hermes-III), Z Facility, cơ sở SPHINX (bức xạ tia X cường độ cao xung ngắn nanosecond) và máy gia tốc Saturn. TA-IV cũng là nơi thực hiện một số nghiên cứu về khoa học máy tính và khoa học nhận thức.

TA-V bao gồm hai lò phản ứng nghiên cứu, một cơ sở chiếu xạ gamma cường độ cao (sử dụng nguồn cobalt-60 và caesium-137), và Hot Cell Facility.

Ngoài ra, SNL/NM còn có các khu thử nghiệm nằm ngoài năm khu kỹ thuật trên. Những khu này, gọi chung là Coyote Test Field, nằm ở phía đông nam TA-III và/hoặc trong các hẻm núi phía tây của dãy núi Manzanita. Các cơ sở tại đây bao gồm Solar Tower Facility (34.9623 N, 106.5097 W), Lurance Canyon Burn Site, và Aerial Cable Facility.

Cơ sở Công nghệ Trang trại Gió Quy mô Thu nhỏ (SWiFT) 
Phối hợp với Văn phòng Công nghệ Năng lượng Gió (WETO) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Đại học Texas Tech, và tập đoàn tuabin gió Vestas, SNL vận hành Cơ sở Công nghệ Trang trại Gió Quy mô Thu nhỏ (SWiFT) tại Lubbock, Texas.

Phần mềm mã nguồn mở 

Vào những năm 1970, Sandia, Los Alamos và Ủy ban Trao đổi Kỹ thuật của Phòng thí nghiệm Vũ khí Không quân đã khởi xướng việc phát triển thư viện SLATEC, bao gồm các hàm toán học và thống kê, được viết bằng FORTRAN 77.

Ngày nay, Sandia National Laboratories là nơi phát triển nhiều dự án phần mềm mã nguồn mở:

 FCLib (Feature Characterization Library) là một thư viện dùng để nhận dạng và xử lý các vùng hoặc cấu trúc liên kết trong dữ liệu không–thời gian. CLib tập trung cung cấp các cấu trúc dữ liệu “nhận biết đặc trưng” và hỗ trợ phân tích dựa trên đặc trưng. Thư viện được viết bằng ngôn ngữ C và phát triển theo giấy phép kiểu BSD.
 LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) là một thư viện động lực học phân tử, dùng để mô phỏng các quá trình nguyên tử/cận nguyên tử song song ở quy mô lớn. Phần mềm này phát hành theo Giấy phép Công cộng GNU (GPL) và được phân phối trên trang web của Sandia cũng như SourceForge.
 LibVMI là một thư viện giúp đơn giản hóa việc đọc và ghi bộ nhớ trong các máy ảo đang chạy, một kỹ thuật được gọi là “quan sát nội bộ máy ảo” (virtual machine introspection). Thư viện này sử dụng Giấy phép Công cộng GNU Hạn chế.
 MapReduce-MPI Library là một triển khai của MapReduce cho các hệ thống song song bộ nhớ phân tán, sử dụng MPI (Message Passing Interface) để giao tiếp. Nó được phát triển theo giấy phép BSD đã chỉnh sửa.
 MultiThreaded Graph Library (MTGL) là tập hợp các thuật toán đồ thị được thiết kế để tận dụng các kiến trúc song song bộ nhớ chia sẻ như Cray XMT, hệ thống đa xử lý đối xứng (SMP) và các máy trạm đa lõi. Thư viện này sử dụng giấy phép BSD.
 ParaView là một ứng dụng đa nền tảng dùng để phân tích và trực quan hóa dữ liệu. Đây là dự án hợp tác giữa Sandia National Laboratories, Los Alamos National Laboratories và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ, được tài trợ bởi chương trình Advanced Simulation and Computing. Phần mềm phát triển theo giấy phép BSD.
 Pyomo là một ngôn ngữ lập trình tối ưu hóa dựa trên Python, hỗ trợ hầu hết các bộ giải (solver) thương mại và mã nguồn mở.
 Soccoro là một dự án hợp tác với Đại học Wake Forest và Đại học Vanderbilt, là phần mềm lập trình hướng đối tượng dùng để thực hiện các phép tính cấu trúc điện tử dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ. Nó sử dụng các thư viện như MPI, BLAS và LAPACK, và được phát triển theo giấy phép GNU GPL.
 Titan Informatics Toolkit là tập hợp các thư viện đa nền tảng để thu thập, phân tích và hiển thị dữ liệu khoa học và tin học. Đây là dự án hợp tác với Kitware, Inc., sử dụng nhiều thành phần mã nguồn mở như Boost Graph Library, và phát triển theo giấy phép BSD mới.
 Trilinos là một thư viện hướng đối tượng để xây dựng các ứng dụng khoa học và kỹ thuật có khả năng mở rộng, tập trung vào các kỹ thuật đại số tuyến tính. Phần lớn các gói trong Trilinos sử dụng giấy phép BSD đã chỉnh sửa.
 Xyce là một trình mô phỏng mạch tương tự hiệu năng cao, mã nguồn mở, tương thích với SPICE, có khả năng giải các bài toán mạch cực lớn.
 Charon là một trình mô phỏng TCAD được Sandia công bố mã nguồn mở vào năm 2020. Đây là phần mềm quan trọng vì trước đó không có trình mô phỏng TCAD quy mô lớn nào là mã nguồn mở.
 Tracktable là một nền tảng mã nguồn mở do Sandia phát triển để xử lý, phân tích và trực quan hóa quỹ đạo của các đối tượng chuyển động.

Ngoài ra, Sandia National Laboratories còn hợp tác với Kitware, Inc. trong việc phát triển Visualization Toolkit (VTK), một bộ phần mềm đồ họa và trực quan hóa đa nền tảng. Sự hợp tác này tập trung vào việc nâng cao khả năng trực quan hóa thông tin của VTK, và đồng thời đóng góp trở lại cho các dự án khác như ParaView và Titan.

Đạn tự dẫn đường 
ngày 30 tháng 1 năm 2012, Sandia thông báo rằng họ đã thử nghiệm thành công một đầu đạn tự dẫn có thể đánh trúng mục tiêu ở khoảng cách 2.000 m (2.187 yard). Đầu đạn dài 4 inch (100 mm), có trọng tâm nằm ở phần đầu, và được thiết kế để bắn từ súng nòng trơn cỡ nhỏ.

Đạn được giữ ổn định trong quá trình bay nhờ bốn cánh điều khiển kích hoạt bằng điện từ, được bao bọc trong một ống sabot bằng nhựa sẽ tách ra khi đạn rời nòng súng. Mũi đạn này không thể bắn từ nòng súng có rãnh xoắn thông thường, vì sự ổn định con quay do rãnh xoắn tạo ra sẽ ngăn cản viên đạn tự điều chỉnh hướng bay về phía mục tiêu; do đó, các cánh điều khiển đảm nhiệm việc ổn định thay cho chuyển động quay.

Một bộ chỉ thị laser đánh dấu mục tiêu, và mục tiêu này được cảm biến quang học cùng bộ vi xử lý 8-bit trên mũi đạn theo dõi. Kích thước nhỏ cho phép đạn điều chỉnh hướng nhanh chóng mà không cần hệ thống đo quán tính (IMU), giúp giảm chi phí.

Tần số dao động riêng của thân đạn vào khoảng 30 Hz, vì vậy có thể thực hiện 30 lần hiệu chỉnh mỗi giây trong khi bay. Vận tốc đầu nòng khi sử dụng thuốc súng thương mại là khoảng 2.400 ft/s (730 m/s) (Mach 2,1), nhưng thuốc súng quân sự tùy chỉnh có thể tăng tốc độ và tầm bắn.

Mô phỏng máy tính cho thấy một viên đạn thông thường sẽ lệch mục tiêu ở khoảng cách 1.000 m tới 9 m, trong khi một viên đạn dẫn đường tương đương có thể đánh trúng trong phạm vi 20 cm. Độ chính xác tăng lên khi khoảng cách lớn hơn, do chuyển động của đạn ổn định dần theo thời gian bay.

Siêu máy tính 
Kể từ những năm 1990, Sandia National Laboratories là nơi đặt và vận hành nhiều máy tính hiệu năng cao và siêu máy tính tại Hoa Kỳ:

 Intel Paragon XP/S 140, từ năm 1993 đến ?
 ASCI Red, từ năm 1997 đến 2006
 Red Storm, từ năm 2005 đến 2012
 Cielo, từ năm 2010 đến 2016
 Trinity, từ năm 2015 đến nay
 Astra, từ năm 2018 đến nay, dựa trên bộ xử lý ARM
 Attaway, từ năm 2019 đến nay

Xem thêm 
 Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven
 Decontamination foam
 Jess (ngôn ngữ lập trình)
 Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore
 Phòng thí nghiệm quốc gia Năng lượng Tái tạo
 Test Readiness Program
 Titan Rain
 VxInsight

Tham khảo

Đọc thêm 

 Computerworld article "Reverse Hacker Case Gets Costlier for Sandia Labs"
 San Jose Mercury News article "Ill Lab Workers Fight For Federal Compensation"
 Wired Magazine article "Linkin Park's Mysterious Cyberstalker"
 Slate article "Stalking Linkin Park" 
 FedSmith.com article "Linkin Park, Nuclear Research and Obsession"
 The Santa Fe New Mexican article "Judge Upholds $4.3 Million Jury Award to Fired Sandia Lab Analyst"
 TIME article "A Security Analyst Wins Big in Court"
 The Santa Fe New Mexican article "Jury Awards Fired Sandia Analyst $4.3 Million"
 HPCwire article "Sandia May Unwittingly Have Sold Supercomputer to China"
 Federal Computer Weekly article "Intercepts: Chinese Checkers"
 Congressional Research Service report "China: Suspected Acquisition of U.S. Nuclear Weapon Secrets"
 Sandia National Laboratory Cooperative Monitoring Center article "Engagement with China"
 BBC News "Security Overhaul at US Nuclear Labs"
 Fox News "Iowa Republican Demands Tighter Nuclear Lab Security"
 UPI article "Workers Get Bonus After Being Disciplined"
 IndustryWeek article "3D Silicon Photonic Lattice"
 October 6, 2005 The Santa Fe New Mexican article "Sandia Security Managers Recorded Workers' Calls"
 May 17, 2002 New Mexico Business Weekly article "Sandia National Laboratories Says it's Worthless"

Liên kết ngoài 

 
 DOE Laboratory Fact Sheet

1949 establishments in New Mexico
Economy of Albuquerque, New Mexico
Federally Funded Research and Development Centers
Honeywell
Livermore, California
Lockheed Martin
Military research of the United States
Nuclear weapons infrastructure of the United States
Plasma physics facilities
Research institutes in New Mexico
Supercomputer sites
United States Department of Energy national laboratories
Weapons manufacturing companies