受限准入条件下的核安全监测：基于遥感与开放源情报的扎波罗热核电站分析方法

《Remote Sensing Applications: Society and Environment》：Nuclear Safety Monitoring Under Restricted Access: A Remote Sensing and OSINT Approach to the Zaporizhzhia Nuclear Power Plant

　　

摘要
在准入受限的情况下对关键基础设施进行独立监测，需要能够根据外部可观测代理指标推断功能状态的遥感方法。本研究提出了一种多传感器卫星遥感分析，用于追踪扎波罗热核电站（ZNPP）的核安全相关功能。该电站是欧洲最大的核电站，目前处于军事占领下运营，且受到国际监督的限制。我们的研究展示了各种方法，这些方法在互补的空间、光谱和时间尺度上进行整合，以研究核电站的关键安全功能，主要包括余热排出、冷却水可用性、供电可靠性和物理完整性。对 Sentinel-2 和 Landsat 图像的多光谱水指数分析记录了 2023 年 6 月上游卡霍夫卡大坝被毁后冷却池地表水范围的变化，接近临界水阈值。来自 Hotsat-1 的高分辨率热红外图像解析了机组级别的热特征，独立证实了停机配置。对十年 Landsat 8/9 热时间序列进行动态模态分解（DMD），将可归因于反应堆的异常与季节性强迫隔离开来，检测到反应堆停机后具有统计学意义的转变。Sentinel-1 SAR 变化检测进一步确定了关键输电变电站的持续基础设施变更，与电网集成活动一致。我们的研究表明，整合各种传感器可以在地面验证受到限制或拒绝时，提供对核设施安全功能的系统和独立可验证的监测，这对国际核安全框架内的基于卫星的验证具有直接影响。

引言
扎波罗热核电站（ZNPP）的军事占领创造了一个在民用核电历史上前所未有的局面。连同最近影响伊朗布什尔核电站的空袭，ZNPP 说明了一个民用核设施陷入地缘政治冲突、暴露于军事活动、胁迫以及监管监督受损的案例（Brennan, 2026; 国际原子能机构，2026b; Przybylak, 2024; 路透社，2026）。虽然这两个案例都没有导致严重的放射性泄漏，但这些冲突增加了事故、误判或故意滥用核材料的风险（Dolzikova, 2025; 禁止核武器国际运动，2026）。迄今为止阻止灾难发生的情况，包括功能正常的冷却系统、可持续的外部电力和充足的水供应，并不保证会持续下去，而且国际社会几乎没有可靠的手段来跟踪其中发生的事情。
对核反应堆的军事攻击并非新鲜事：自 20 世纪中叶以来，至少发生了 40 起此类事件，涉及民用和军用核基础设施（Dolin 等人，2026; Dolzikova, 2025; Harmon, 2019），从 20 世纪 80 年代伊朗 - 伊拉克战争期间伊拉克轰炸伊朗布什尔核电站（Kock & Wolf, 1997），到 1981 年以色列袭击伊拉克奥斯拉克反应堆（D'Amato, 2010），再到 2026 年美国 - 以色列对布什尔周边地区的袭击（Fabian, 2026）。在这种背景下，ZNPP 与众不同。自 2022 年入侵以来，乌克兰核设施报告了超过 20 次袭击，ZNPP 是首个遭受长期军事占领的大型运营民用核电站，嵌入在活跃冲突区内。而不是单次打击或孤立事件，该电站经历了数年的反复中断、监管受限以及安全相关系统的逐渐恶化，所有这些都发生在并非为此类冲突构建的治理框架下。
国际人道法为武装冲突期间的核设施提供保护：1977 年《日内瓦公约》附加议定书禁止攻击“含有危险力量的设施”，在那里“危险力量的释放”可能会导致“平民人口遭受严重损失”（红十字会国际委员会，1977）。然而，现有框架在应对民用核设施在国际原子能机构（IAEA）保障下的长期军事占领方面准备不足，这是一种它们没有明确预期的情况（Dannenbaum, 2022; Dannenbaum, 2022b; Taebi & Mayer, 2017）。IAEA 一再警告，ZNPP 的条件违反了其核安全“不可或缺的支柱”，而其独立评估现场情况的能力仍然受限（国际原子能机构，2006; 国际原子能机构，2025a）。
当治理失败且冲突持续时，一个直接的后果是独立准入受到限制。国际核查人员被拒绝准入，供应链中断，负责维护安全的人员陷入困境（欧盟驻维也纳国际组织代表团，2025; 国际原子能机构，2024b, 2024a, 2025a; 路透社，2024a, 2024b）。重要的是，设施内部发生的事情在很大程度上取决于从外部可以观察到的内容，这赋予了开源情报（OSINT）和基于卫星的遥感作为解决信息差距的替代手段新的相关性（Dupont, 2013）。
高分辨率商业卫星图像的兴起，尤其是从 2000 年代初开始，使研究人员能够监测和分析此前属于政府和情报机构领域的敏感地点（Harrison, 2022）。早期应用集中在探测秘密和有争议的核计划，包括识别伊朗一个未申报的核浓缩设施（Al-Sayed, 2022），中国大规模导弹发射井建设（Kristensen & Korda, 2021），或有争议的反应堆在朝鲜的运行状态（Park & Puccioni, 2024）。那里的分析师将依靠解释外部可观测变量，如建设模式、热异常和基础设施变化，以推断难以在现场核实的潜在活动。即使是 IAEA 也越来越多地将开源数据纳入其验证工作中。例如，2018 年对其保障信息系统的升级正式推动了这一转变，使得能够将卫星图像和开源报道与国家声明进行更多交叉参考，以识别异常（国际原子能机构，2026a）。
卫星图像和开源报道也直接应用于 ZNPP。绿色和平乌克兰和麦肯齐情报服务公司使用商业图像记录了该基地的军事化（绿色和平乌克兰，2023, 2026; 麦肯齐情报服务公司，2025），而笹川和平基金会跟踪了卡霍夫卡大坝被毁后的冷却水可用性和基础设施脆弱性（冲突与观察站，2024; Kobayashi, 2023）。更广泛的学术文献也研究了冲突区核设施相关的各种技术、环境和运营风险（Asserhan, 2026; Dolin 等人，2026; Przybylak, 2024; Slessarev 等人，2024; Tsagkaris 等，2022; Wendland, 2023）。总的来说，这些研究强调了核设施对军事活动的脆弱性，并强调在冲突条件下需要改进监测和风险评估方法。
虽然这些研究提供了对冲突区核设施技术、环境和安全影响的重要见解，但它们主要依赖政策分析或专家判断。那些严重依赖卫星的研究往往更具事件驱动性，并专注于特定指标。较少关注开发一种集成且可持续的监测流水线，以在冲突期间跟踪核设施安全的多个维度。获取高分辨率商业图像进一步增加了限制：提供商有时限制或延迟发布活跃冲突区的图像，限制了在最需要信息时独立分析的范围和连续性（Rudar, 2026）。
本研究通过整合多个卫星传感器来弥补这些差距，涵盖一系列空间和光谱分辨率，包括免费获得的低和中分辨率多光谱数据，以系统跟踪 ZNPP 的安全功能。本研究不试图直接测量核安全（这需要现场仪表设备和在军事占领期间不可用的已验证运营数据），而是确定关键的安全相关功能，包括余热排出、供电稳定性和物理完整性——并将它们映射到从卫星图像和开源报道中得出的可观测代理指标。这些指标包括水可用性、热排放模式、输电基础设施状况和可见的结构损坏。这些观察使用了互补技术进行分析，包括光谱指数、热和合成孔径雷达（SAR）变化分析以及时间分解。为了将热信号中的运营变化与热记录中反复出现的环境变异性区分开来，分析中还纳入了动态模态分解（DMD），它将具有不同特征时间尺度的时间模式分离开来。这些互补方法共同实现了对安全相关条件的系统时间跟踪，提供了一种独立监测核设施的手段，以便在物理准入受到限制时。

片段
扎波罗热核电站：关注的安全功能与方法
ZNPP 是欧洲最大的核电站，由六台 VVER-1000/V-320 压水反应堆和涡轮机大厅组成，每台机组的装机容量为 1,000 兆瓦（电）（图 1）（NS Energy, 2022）。这六台机组负责乌克兰约 20% 的发电量（NS Energy, 2022）。截至 2026 年 6 月，所有六台反应堆均处于冷停堆模式，其中链式反应已停止。然而，燃料仍然具有强放射性并继续产生
冷却水可用性与余热排出
截至 2024 年 4 月，ZNPP 每个机组产生的余热不超过 800 千瓦，当包括存储在池中的乏燃料时，升至每单元不超过 2.5 兆瓦。热停堆和冷停堆之间的区别至关重要——处于热停堆的反应堆产生的热量比冷停堆时多得多，并且需要更积极的冷却，这使得单个机组的运行状态与冷却要求的紧迫性相关。两种互补的遥感
结论
本研究证明了整合多种遥感模式与开源信息以监测物理准入严重受限的核设施安全相关条件的效用。多光谱观测、热红外图像、SAR 和光学图像提供了关于冷却水可用性、热条件、电气基础设施和设施物理完整性的互补信息。
然而，这些能力具有
CRediT 作者贡献声明
Daniel M. Tartakovsky: 方法论，资金获取。Andrii Tuz: 写作 – 审阅与编辑，验证。Sulgiye Park: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。Erick Rodriguez: 方法论。Ayazhan Muratbek: 方法论，调查。Rose Gottemoeller: 资金获取。Allison Puccioni:
未引用参考文献
冲突，& 观察站，E，2024; 欧盟驻维也纳国际组织代表团，2025; Dolin, V., & 他人，2026; 绿色和平乌克兰，2026; 国际原子能机构，2022b; 国际原子能机构，2022d; 国际原子能机构，2022e; 国际原子能机构，2023a; 国际原子能机构，2023b; 国际原子能机构，2024a; 国际原子能机构，2024b; 国际原子
数据可用性
本研究使用通过公开可用的映射服务访问的卫星图像。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
利益冲突声明
? 作者声明以下财务利益/人际关系，这可能被视为潜在的利益冲突：Sulgiye Park 报告说得到了斯坦福大学以人为本的人工智能（HAI）的财务支持。如果有其他作者，他们声明他们没有已知的竞争性财务利益或可能影响本论文中报告的工作的人际关系。
致谢
本工作得到斯坦福大学以人为本的人工智能（HAI）种子赠款的支持。作者感谢 Alex Gow 和 SatVu 对热图像和讨论的慷慨支持。
Sulgiye Park|Ayazhan Muratbek|Erick Rodriguez|Andrii Tuz|Daniel M. Tartakovsky|Allison Puccioni|Rose Gottemoeller
斯坦福大学国际安全与合作中心，美国加州斯坦福大学，斯坦福，CA, USA, 94305