Электромагнитный импульс — Мегаобучалка
Ядерные взрывы в атмосфере и в более высоких слоях приводят к возникновению мощных электромагнитных полей с длинами волн 1…1000 м и более. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом (ЭМИ). В результате возникновения напряжений и токов в проводниках различной протяженности ЭМИ может оказывать поражающее действие на радиоэлектронную аппаратуру и электротехническое оборудование; аппаратуру, кабельные и проводные линии систем связи, управления, энергоснабжения и т. п.
При наземном или низком воздушном взрыве (рис. 1.8) гамма-кванты, испускаемые из зоны протекания ядерных реакций, выбивают из атомов воздуха быстрые электроны, которые летят в направлении движения гамма-квантов со скоростью, близкой к скорости света, а положительные ионы (остатки атомов) остаются на месте. В результате такого разделения электрических зарядов в пространстве образуются элементарные и результирующие электрические и магнитные поля ЭМИ, наблюдающихся на расстоянии порядка нескольких километров от центра взрыва [46].
Рис. 1.8. Схема возникновения электромагнитного импульса при наземном ядерном взрыве:
а – образование элементарных электрических и магнитных полей; б – образование пространственных зарядов с электрическими и магнитными полями электромагнитного импульса; 1 – гамма-квант; 2 – атом любого элемента в воздухе; 3 – элементарное магнитное поле; 4 – элементарное электрическое поле; 5 – быстрый электрон
При воздушных взрывах изменяющиеся во времени электромагнитные поля способны распространяться за пределы источника, образуя поле излучения на больших расстояниях от центра взрыва. При высотном ядерном взрыве (Н>10 км) могут возникать поля ЭМИ в зоне взрыва и на высотах 20…40 км от поверхности земли (рис. 1.9). ЭМИ в зоне взрыва возникает за счет быстрых электронов, которые образуются в результате взаимодействия гамма-квантов ядерного взрыва с материалом оболочки боеприпаса и рентгеновского излучения с атомами окружающего разреженного воздушного пространства.
Рис. 1.9. Схема возникновения полей электромагнитного импульса
при высотном ядерном взрыве
Основными параметрами электромагнитного импульса, характеризующими его поражающее действие, являются изменения напряженностей электрического и магнитного полей во времени (форма импульса) и их ориентация в пространстве, а также величина максимальной напряженности поля (амплитуда импульса).
Электромагнитный импульс наземного ядерного взрыва в ближней зоне представляет собой одиночный импульсный сигнал с крутым фронтом и обладает длительностью до десятков миллисекунд. Длительность фронта импульса, характеризующая время, за которое поле нарастает до своего максимального значения, близка к времени протекания ядерных процессов, т. е. в типичных случаях она может иметь величину примерно 10
Напряженность электрического и магнитного полей зависит от мощности, высоты взрыва, расстояния от центра взрыва и свойств окружающей среды.
Поражающее действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре, в ней наводятся электрические токи и напряжения, которые могут вызвать пробой изоляции, повреждение трансформаторов и полупроводниковых приборов, сгорание разрядников, перегорание плавких вставок и других элементов радиотехнических устройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления. Когда ЭМИ недостаточен для повреждения приборов или отдельных деталей, то возможно нарушение их работоспособности [58].
Рис. 1.10. Изменение напряженности поля электромагнитного импульса:
а – начальная фаза; б – основная фаза; в – длительность
первого квазиполупериода
Если ядерные взрывы произойдут вблизи линий энергоснабжения, связи, имеющих большую протяженность, то наведенные в них напряжения могут распространяться по проводам на многие километры и вызывать повреждение аппаратуры и поражение личного состава, находящегося на безопасном удалении по отношению к другим поражающим факторам ядерного взрыва.
ЭМИ представляет опасность и для прочных сооружений, которые рассчитаны на устойчивость к воздействию ударных волн наземного ядерного взрыва, произведенного на расстоянии нескольких сотен метров. Сильные электромагнитные поля могут повредить электрические цепи и нарушить работу неэкранированного и электротехнического оборудования, так что потребуется время для его восстановления.
Электромагнитный импульс может свидетельствовать о таких параметрах ядерного взрыва, как мощность, вид взрыва и координаты.
Защита от ЭМИ достигается экранированием линий энергоснабжения и управления, а также аппаратуры. Все наружные линии, например, должны быть двухпроводными, хорошо изолированными от земли, с малоинерционными разрядниками и плавкими вставками. Для защиты чувствительного электронного оборудования целесообразно использовать разрядники с небольшим порогом зажигания.
Последствия ядерного взрыва — Безопасность жизнедеятельности
Ядерное оружие — это средство массового поражения, оно способно уничтожить всё, что попадется на пути. Последствия ядерного взрыва губительно сказывается на природу, наносят колоссальный урон флоре и фауне. Постоянно идет гонка ядерного вооружения. Важно знать, что даже незначительный конфликт может привести к уничтожению жизни на планете.
Классификация ядерных взрывов.
Ядерные взрывы подразделяют на следующие виды:
—Наземные. Такие взрывы происходят на поверхности земли. Происходит разрушение построек, живой силы. В эпицентре образуется воронка, по земле проносится ударная волна.
—Подземные. Взрыв происходит в толще земли. В атмосферу выбрасывается радиоактивный столб земли. Ударная волна вызывает землетрясение. Данный вид ядерного взрыва используется для уничтожения подземных объектов
— Надводные. Как понятно из названия взрыв происходит над водой. Образуется радиоактивное облако из водяных капель. Происходит заражение акватории. Взрыв вызывает цунами, разрушительные волны. Уничтожаются корабли, нефтяные вышки.
— Подводные. Взрыв происходит под водой, в результате вверх устремляется столб воды. Образуется радиоактивный туман, осадки. При взрыве уничтожаются корабли, подводные лодки.
— Воздушные. При воздушном взрыве происходит мощное световое излучение с высокой температурой. Используется для уничтожения самолетов, аэродромов, войск.
— Высотные. Взрыв происходит на многокилометровой высоте. Образуется светящаяся шарообразные зона, переходящая в кольцевое облако. Происходит мощный выброс радиации. При высотном взрыве блокируется радиоволны, уничтожаются космические корабли и спутники.
Поражающие факторы ядерного взрыва
При взрыве ядерной бомбы выделяется колоссальное количество энергии, разрушающей все на своем пути. Ядерный взрыв способен испепелить деревья, людей, разрушить здания и технику. Есть несколько поражающих факторов ядерного взрыва.
Световое излучение
При взрыве высвобождается энергия с видимым спектром излучения. Образуется шар света, который состоит из раскаленных газов, грунта, фрагментов снаряда. Продолжительность вспышки может достигать десятков секунд, а температура может достигать 7000 градусов.
В результате этого излучения возникают сильнейшие пожары. Люди получают сильнейшие ожоги. Вспышка может привести к потере зрения.
Для защиты от светового излучения необходимо спрятаться за преградой.
Ударная волна
Основной поражающий фактор ядерного взрыва — это ударная волна. Представляет из себя область высокого давления, распространяющееся от эпицентра. Скорость распространения превышает скорость звука.
Появление и действие ударной волны можно разделить на несколько этапов:
— в первые мгновения взрыва образуется огненный шар
— в центре резко возрастает давление и температура и образуется волна
— воздушные массы приходят в движение с ударной волной, нанося огромные разрушения
— удаляясь от эпицентра давление ослабевает и воздушная масса возвращается назад
— давление выравнивается и воздушные массы останавливаются
Есть всего несколько секунд, чтобы укрыться от ударной волны. Укрываться следует в подвалах, подземных строениях.
Проникающая радиация
Проникающая реакция — это потоки нейтронов и гамма-излучения, распространяющиеся во все стороны из зоны взрыва в течение короткого времени — до нескольких десятков секунд. Проникающая радиация вызывает:
— нарушаются физико-химические и биологические процессы в живых тканях
— выводит из строя аппаратуру
— происходит радиационное заражение местности
Для защиты от радиации необходимо укрыться в помещении с толстыми стенами. Хорошо защищают свинец и железо.
Электромагнитный импульс
Электромагнитный импульс представляет из себя кратковременное сильное электромагнитное излучение с широким диапазоном волн. Электромагнитный импульс используется для выведения из строя военной техники. В результате ЭМИ происхолит:
— выгорание предохранителей
— нарушение изоляционного материала
— выходят из строя полупроводники
Максимальный урон электромагнитный импульс наносит при взрыве ядерной бомбы на высоте более 30 км.
Сейсмовзрывные волны
В результате ядерного взрыва образуются колебания поверхности, распространяющаяся во все стороны от эпицентра. В результате разрушаются здания, подземные строения, шахты.
Последствия ядерного взрыва
В результате ядерного взрыва происходит колоссальные разрушения. Наносится непоправимый урон для экологии. Разрушается озоновый слой планеты. Начинают происходить климатические изменения.
Ядерный взрыв поднимает большее количество пыли, пепла в воздух. Образуется смог, облака. Солнечный свет не может добраться до поверхности земли, происходит понижение температуры.
В результате ядерного взрыва начинаются пожары. В атмосферу попадают продукты горения, происходит разрушение озонового слоя. Всё живой начинает подвергаться солнечному излучению, которое приводит к ожогам, раку у людей. У растений прекращается фотосинтез и они погибают. Всё это может длиться в течение сотен лет, пока озоновый слой не восстановится.
Последствия ядерного взрыва скажутся на всё живое. Похолодание отразится на тропической флоре и фауне. Уменьшение кормовой базы в водоёмах скажется на рыбе и водоплавающих животных. Ухудшится экология. Настанет дефицит воды и продуктов питания.
ВОЙНА ЯДЕРНАЯ | Энциклопедия Кругосвет
Содержание статьиВОЙНА ЯДЕРНАЯ. Хотя ядерное оружие использовалось в военных действиях всего дважды (в 1945), все последующие десятилетия международная дипломатия и военная стратегия государств находились под сильным влиянием разрабатывавшихся планов ведения возможной ядерной войны.
Бомбы, опустошившие Хиросиму и Нагасаки, сейчас затерялись бы в огромных ядерных арсеналах сверхдержав как ничтожные мелочи. Теперь даже оружие индивидуального использования гораздо разрушительней по своему действию. Тринитротолуоловый эквивалент бомбы, сброшенной на Хиросиму, составлял 13 килотонн; взрывная мощь крупнейших ядерных ракет, появившихся в начале 1990-х годов, например советской стратегической ракеты SS-18 (класса «земля-земля»), достигает 20 Мт (млн. т) ТНТ, т.е. в 1540 раз больше.
Чтобы понять, каким может оказаться характер ядерной войны в современных условиях, необходимо привлечь опытные и расчетные данные. При этом следует представлять возможных противников и те спорные проблемы, которые могут вызвать их столкновение. Надо знать, каким оружием они располагают и каким образом могут его использовать. Учитывая поражающие воздействия многочисленных ядерных взрывов и зная возможности и уязвимость общества и самой Земли, можно оценить масштабы пагубных последствий применения ядерного оружия.
Первая ядерная война.
В 8 ч 15 мин утра 6 августа 1945 Хиросиму внезапно накрыло ослепительное голубовато-белесое сияние. Первая атомная бомба была доставлена к цели бомбардировщиком Б-29 с базы ВВС США на острове Тиниан (Марианские острова) и взорвана на высоте 580 м. В эпицентре взрыва температура достигла миллионов градусов, а давление – ок. 109 Па. Три дня спустя другой бомбардировщик Б-29 прошел мимо своей основной цели – Кокура (ныне Китакюсю), так как она была покрыта густыми облаками, и направился к запасной – Нагасаки. Бомба взорвалась в 11 ч утра местного времени на высоте 500 м с приблизительно той же эффективностью, что и первая. Тактика нанесения бомбового удара единственным самолетом (сопровождаемым лишь самолетом наблюдения за погодными условиями) при одновременных рутинных массированных налетах была рассчитана на то, чтобы не привлекать внимания японской противовоздушной обороны. Когда Б-29 появился над Хиросимой, большинство ее жителей не бросились в укрытия вопреки нескольким нерешительным объявлениям по местному радио. Перед этим был объявлен отбой воздушной тревоги, и многие люди находились на улицах и в легких строениях. В итоге убитых оказалось втрое больше, чем предполагалось. К концу 1945 от этого взрыва погибло уже 140 000 человек, столько же было раненых. Площадь разрушений составила 11,4 кв. км, где пострадало 90% домов, треть из которых была полностью уничтожена. В Нагасаки оказалось меньше разрушений (пострадало 36% домов) и людских потерь (вдвое меньше, чем в Хиросиме). Причиной тому были вытянутая территория города и то, что его отдаленные районы прикрывали холмы.
В первой половине 1945 Япония подвергалась интенсивным бомбардировкам с воздуха. Количество ее жертв достигло миллиона (включая 100 тыс. убитых при налете на Токио 9 марта 1945). Отличие атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки от обычных бомбежек состояло в том, что один самолет произвел такие разрушения, для каких потребовался бы налет 200 самолетов с обычными бомбами; эти разрушения носили мгновенный характер; соотношение погибших к раненым оказалось намного выше; атомный взрыв сопровождался мощной радиацией, которая во многих случаях привела к раку, лейкемии и губительным патологиям у беременных женщин. Число непосредственно пострадавших достигло 90% от количества погибших, но длительные последействия радиации оказались еще более губительными.
Последствия ядерной войны.
Хотя бомбардировки Хиросимы и Нагасаки не планировались как эксперименты, изучение их последствий позволило многое узнать об особенностях ядерной войны. К 1963, когда был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, США и СССР произвели 500 взрывов. В течение следующих двух десятилетий было осуществлено более 1000 подземных взрывов.
Физические эффекты ядерного взрыва.
Энергия ядерного взрыва распространяется в виде ударной волны, проникающей радиации, теплового и электромагнитного излучения. После взрыва на землю выпадают радиоактивные осадки. У разных типов оружия различны энергия взрыва и виды радиоактивных осадков. Кроме того, поражающая мощь зависит от высоты взрыва, погодных условий, скорости ветра и характера цели (табл. 1). Несмотря на различия, всем ядерным взрывам присущи некоторые общие свойства. Ударная волна вызывает наибольшие механические разрушения. Она проявляется в резких перепадах давления воздуха, которое разрушает объекты (в частности, здания), и в мощных ветровых потоках, которые уносят и валят людей и объекты. На ударную волну расходуется ок. 50% энергии взрыва, ок. 35% – на тепловое излучение в форме, исходящее от вспышки, которая опережает ударную волну на несколько секунд; оно ослепляет при взгляде на него с расстояния многих километров, вызывает сильные ожоги на расстоянии до 11 км, воспламеняет горючие материалы на обширном пространстве. Во время взрыва испускается интенсивное ионизирующее излучение. Обычно оно измеряется в бэрах – биологических эквивалентах рентгена. Доза в 100 бэр вызывает острую форму лучевой болезни, а в 1000 бэр приводит к летальному исходу. В диапазоне доз между указанными значениями вероятность смерти облученного зависит от его возраста и состояния здоровья. Дозы даже существенно ниже 100 бэр могут приводить к долговременным недугам и предрасположенности к раковым заболеваниям.
| Таблица 1. РАЗРУШЕНИЯ, ПРОИЗВОДИМЫЕ ЯДЕРНЫМ ВЗРЫВОМ В 1 МТ | |||
| Расстояние от эпицентра взрыва, км | Разрушения | Скорость ветра, км/ч | Избыточное давление, кПа |
| 1,6–3,2 | Сильные разрушения или уничтожение всех наземных сооружений. | 483 | 200 |
| 3,2–4,8 | Сильные разрушения зданий из железобетона. Умеренные разрушения автодорожных и железнодорожных сооружений. | ||
| 4,8–6,4 | – « – | 272 | 35 |
| 6,4–8 | Сильные повреждения кирпичных строений. Ожоги 3-й степени. | ||
| 8–9,6 | Сильные повреждения строений с деревянным каркаcом. Ожоги 2-й степени. | 176 | 28 |
| 9,6–11,2 | Возгорание бумаги и тканей. Повал 30% деревьев. Ожоги 1-й степени. | ||
| 11,2–12,8 | –«– | 112 | 14 |
| 17,6–19,2 | Возгорание сухой листвы. | 64 | 8,4 |
При взрыве мощного ядерного заряда количество погибших от ударной волны и теплового излучения будет несравненно больше числа погибших от проникающей радиации. При взрыве малой ядерной бомбы (такой, какая разрушила Хиросиму) большая доля летальных исходов обусловливается проникающей радиацией. Оружие с повышенным излучением, или нейтронная бомба, может убить почти все живое исключительно радиацией.
При взрыве на земной поверхности выпадает больше радиоактивных осадков, т.к. при этом в воздух взметаются массы пыли. Поражающий эффект зависит и от того, идет ли дождь и куда дует ветер. При взрыве бомбы в 1 Мт радиоактивные осадки могут покрыть площадь до 2600 кв. км. Различные радиоактивные частицы распадаются с разными скоростями; до сих пор на земную поверхность возвращаются частицы, заброшенные в стратосферу при атмосферных испытаниях ядерного оружия в 1950–1960-х годах. Одни – слабо пораженные – зоны могут стать относительно безопасными в считанные недели, другим на это требуются годы.
Электромагнитный импульс (ЭМИ) возникает в результате вторичных реакций – при поглощении гамма-излучения ядерного взрыва воздухом или почвой. По своей природе он подобен радиоволнам, но напряженность электрического поля в нем намного выше; проявляется ЭМИ как единичный всплеск продолжительностью в доли секунды. Наиболее мощные ЭМИ возникают при взрывах на большой высоте (выше 30 км) и распространяются на десятки тысяч километров. Они не угрожают непосредственно жизни людей, но способны парализовать системы электроснабжения и связи.
Последствия ядерных взрывов для людей.
Если различные физические эффекты, возникающие при ядерных взрывах, можно рассчитать достаточно точно, то предсказать последствия их воздействий сложнее. Исследования привели к заключению, что не поддающиеся предварительной оценке следствия ядерной войны столь же значительны, как и те, которые могут быть рассчитаны заранее.
Возможности защиты от воздействия ядерного взрыва весьма ограниченны. Невозможно спасти тех, кто окажется в эпицентре взрыва. Всех людей спрятать под землю нельзя; это осуществимо только для сохранения правительства и руководства вооруженных сил. Кроме упоминаемых в руководствах по гражданской обороне способах спасения от жара, света и ударной волны, имеются практичные способы эффективной защиты только от радиоактивных осадков. Можно эвакуировать большое количество людей из зон повышенного риска, но при этом возникнут тяжелые осложнения в системах транспорта и снабжения. В случае критического развития событий эвакуация примет, скорее всего, неорганизованный характер и вызовет панику.
Как уже упоминалось, на распределение радиоактивных осадков будут влиять погодные условия. Разрушение плотин может привести к наводнениям. Повреждения атомных электростанций вызовут дополнительное повышение уровня радиации. В городах обрушатся высотные здания и образуются груды обломков с погребенными под ними людьми. В сельской местности радиация поразит посевы, что приведет к массовому голоду. В случае ядерного удара зимой уцелевшие при взрыве люди останутся без укрытий и погибнут от холода.
Возможности общества хоть как-то справиться с последствиями взрыва будут очень сильно зависеть от того, в какой степени пострадают государственные системы управления, здравоохранения, связи, правоохранительные и противопожарные службы. Начнутся пожары и эпидемии, мародерство и голодные бунты. Дополнительным фактором отчаяния станет ожидание дальнейших военных действий.
Повышенные дозы радиации приводят к росту раковых заболеваний, выкидышей, патологий у новорожденных. На животных было экспериментально установлено, что радиация поражает молекулы ДНК. В результате такого поражения возникают генетические мутации и хромосомные аберрации; правда, большинство таких мутаций не переходит к потомкам, поскольку приводят к летальным исходам.
Первым пагубным воздействием долговременного характера явится разрушение озонового слоя. Озоновый слой стратосферы экранирует земную поверхность от большей части ультрафиолетового излучения Солнца. Это излучение губительно для многих форм жизни, поэтому считается, что образование озонового слоя ок. 600 миллионов лет назад стало тем условием, благодаря которому появились многоклеточные организмы и вообще жизнь на Земле. Согласно докладу национальной академии наук США, в мировой ядерной войне может быть взорвано до 10 000 Мт ядерных зарядов, что приведет к разрушению озонового слоя на 70% над Северным полушарием и на 40% – над Южным. Эти разрушения озонового слоя повлекут за собой губительные последствия для всего живого: люди получат обширные ожоги и даже раковые заболевания кожи; некоторые растения и мелкие организмы погибнут мгновенно; многие люди и животные ослепнут и потеряют способность ориентироваться.
В результате крупномасштабной ядерной войны произойдет климатическая катастрофа. При ядерных взрывах загорятся города и леса, одлака из радиоактивной пыли окутают Землю непроницаемым покрывалом, что неминуемо приведет к резкому падению температуры у земной поверхности. После ядерных взрывов суммарной силой 10 000 Мт в центральных районах континентов Северного полушария температура снизится до минус 31° С. Температура вод мирового океана останется выше 0° С, но из-за большой разности температур возникнут жестокие штормы. Затем, спустя несколько месяцев, к Земле прорвется солнечный свет, но, по-видимому, богатый ультрафиолетом из-за разрушения озонового слоя. К этому времени уже произойдут гибель посевов, лесов, животных и голодный мор людей. Трудно ожидать, что где-либо на Земле уцелеет хоть какое-то человеческое сообщество.
Гонка ядерных вооружений.
Невозможность добиться превосходства на стратегическом уровне, т.е. с помощью межконтинентальных бомбардировщиков и ракет, привела к форсированной разработке ядерными державами тактического ядерного оружия. Было создано три типа такого оружия: малого радиуса действия – в виде артиллерийских снарядов, ракет, тяжелых и глубинных бомб и даже мин – для применения наряду с традиционным оружием; среднего радиуса действия, которое по мощи сравнимо со стратегическим и доставляется тоже бомбардировщиками или ракетами, но, в отличие от стратегического, размещается ближе к целям; оружие промежуточного класса, которое можно доставлять в основном ракетами и бомбардировщиками. В итоге Европа по обе стороны линии раздела западного и восточного блоков оказалась начиненной всевозможными видами оружия и стала заложницей противостояния США и СССР.
В середине 1960-х годов в США возобладала доктрина, состоящая в том, что стабильность международного положения будет достигнута, когда обе стороны обеспечат себя средствами второго удара. Эту ситуацию министр обороны США Р.Макнамара определил как взаимное гарантированное уничтожение. При этом считалось, что США должны обладать возможностями уничтожить от 20 до 30% населения Советского Союза и от 50 до 75% его промышленных мощностей.
Для успеха первого удара необходимо поражать наземные центры управления и вооруженные силы противника, а также располагать системой обороны, способной обеспечить перехват тех видов оружия врага, которые избежали этого удара. Чтобы силы второго удара были неуязвимы при первом ударе, они должны находиться в укрепленных стартовых шахтах или непрерывно перемещаться. Наиболее эффективным средством базирования мобильных баллистических ракет оказались подводные лодки.
Гораздо более проблематичным оказалось создание надежной системы защиты от баллистических ракет. Выяснилось, что решить в течение считанных минут сложнейшие задачи – обнаружить атакующую ракету, вычислить ее траекторию и перехватить – немыслимо трудно. Появление разделяющихся боеголовок индивидуального наведения чрезвычайно усложнило задачи обороны и привело к заключению о практической бесполезности ПРО.
В мае 1972 обе сверхдержавы, осознав очевидную тщетность усилий в создании надежной системы защиты от баллистических ракет, в результате переговоров об ограничении стратегических вооружений (ОСВ) подписали договор по ПРО. Однако в марте 1983 президент США Р.Рейган дал ход крупномасштабной программе разработок противоракетных систем космического базирования с применением направленных пучков энергии. См. также ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ.
Тем временем наст
Электромагнитный импульс — Ядерный ЭМИ
Тема ядерного электромагнитного импульса (ЭМИ) очень загадочна для большинства людей, и ее часто неправильно понимают. Это также является предметом большого количества дезинформации. (Это серьезная и постоянная проблема, потому что многие люди хотят игнорировать науку и превращать ее в политическую проблему или, что еще хуже, в вопрос голливудской фантазии.) На этом сайте есть много дополнительных страниц EMP, включая отдельные страницы на Индивидуальная защита ЭМИ , Советские ядерные испытания ЭМИ в 1962 г. и других тем, связанных с ЭМИ , включая отдельную страницу с примечаниями и техническими ссылками .На этом веб-сайте также есть очень важная страница о широко распространенных мифах EMP и карта сайта EMP Pages . Большая часть информации здесь описывает возможные воздействия ЭМИ на континентальную часть США, но эту информацию можно использовать для описания воздействия на любую промышленно развитую страну.
Выступая перед Комитетом по делам вооруженных сил Конгресса США 7 октября 1999 г., выдающийся физик д-р.Лоуэлл Вуд, говоря о Starfish Prime и связанных с ними ядерных испытаниях, производящих ЭМИ в 1962 году, заявил:
«К счастью, эти испытания проводились над островом Джонстон в центре Тихого океана, а не над островом. Испытательный полигон в Неваде, или электромагнитный импульс все еще будет неизгладимо отпечататься в умах жителей западных США, а также в учебниках истории. Как бы то ни было, значительный ущерб был нанесен как гражданским, так и военным электрическим системам по всему миру. Гавайские острова, более 800 миль от эпицентра.В то время происхождение и характер этого повреждения были успешно скрыты — чему способствовал его таинственный характер и, по сути, невероятная правда ». |
Небо после ядерного испытания Starfish Prime
с расстояния почти 900 миль
Хотя ядерный ЭМИ был известен с самых первых дней испытаний ядерного оружия (и часто вызывал проблемы в окрестностях — особенно с оборудованием для мониторинга), масштабы воздействия высотного ядерного ЭМИ не были известны до испытаний 1962 года. термоядерного оружия в космосе под названием Starfish Prime test.В ходе испытания Starfish Prime были выведены из строя некоторые электрические и электронные компоненты на Гавайях, особенно в Гонолулу, который находился на расстоянии 897 миль (1445 километров) от ядерного взрыва. Ущерб был очень ограниченным по сравнению с тем, что было бы сегодня, потому что электрические и электронные компоненты 1962 года были намного более устойчивы к воздействию ЭМИ, чем чувствительная микроэлектроника сегодня. Кроме того, боеголовка Starfish Prime была очень неэффективной при производстве ЭМИ.
Величина воздействия ЭМИ-атаки на Соединенные Штаты или любую подобную развитую страну останется неизвестной, пока она не произойдет.Если устройство не очень маленькое или не взорвется на недостаточно большой высоте, вполне вероятно, что оно выйдет из строя почти всю электрическую сеть Соединенных Штатов. Это разрушило бы многие другие электрические и (особенно) электронные устройства. Более крупное оборудование на основе микроэлектроники и устройства, подключенные к антеннам или к электросети во время импульса, будут особенно уязвимыми. Возможны также преднамеренные региональные атаки с использованием ядерных взрывов на малой высоте.
Испытание Starfish Prime (часть Operation Fishbowl ) было взорвано за 59 минут и 51 секунду до полуночи по времени Гонолулу в ночь на 8 июля 1962 года (в официальных документах указана дата 9 июля, поскольку это было Дата на гринвичском меридиане, известном как Всемирное координированное время). Это считалось важным научным событием, и за ним наблюдали сотни научных инструментов в Тихом океане и в космосе. Хотя ожидался электромагнитный импульс, точное измерение размера импульса не могло быть произведено немедленно, потому что уважаемый физик провел расчеты, которые сильно занизили размер ЭМИ.Следовательно, амплитуда импульса полностью вышла за пределы шкалы, на которой были установлены научные приборы вблизи полигона. Хотя многие научные инструменты вышли из строя, в последующие месяцы был получен и проанализирован большой объем данных, особенно с оборудования, расположенного в более отдаленных местах.
Когда термоядерная боеголовка W49 мощностью 1,44 мегатонны взорвалась на высоте 250 миль (400 км), она не издавала ни звука. В небе произошла очень короткая и очень яркая белая вспышка, которая, по словам очевидцев, выглядела как огромная лампа-вспышка, уходящая в небо.Вспышку можно было легко увидеть даже в пасмурном небе на острове Кваджалейн, примерно в 2000 км. на запад-юго-запад.
После белой вспышки все небо над средней частью Тихого океана на мгновение засветилось зеленым, а вокруг «нулевого неба» образовалось яркое красное свечение, где произошел взрыв. Первоначальный огненный шар длился меньше секунды, прежде чем рассеялся вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Затем последовало яркое красно-оранжевое полярное сияние продолжительностью более 7 минут.Радиосвязь дальнего действия была нарушена на период времени от нескольких минут до нескольких часов после взрыва (в зависимости от частоты и используемого радиотракта).
В результате явления, не имеющего отношения к ЭМИ, радиационное облако от испытания Starfish Prime впоследствии уничтожило по крайней мере 5 спутников США и один советский спутник. Самым известным из спутников был Telstar I, первый в мире активный спутник связи. Telstar I был запущен на следующий день после испытания Starfish Prime, и он действительно продемонстрировал ценность активных спутников связи с трансатлантическими телевизионными трансляциями в прямом эфире. до того, как он вышел на орбиту из-за излучения, произведенного Starfish Prime (и другими последующими ядерными испытаниями в космосе).Telstar I был поврежден облаком радиации. Повреждение Telstar 1 увеличивалось каждый раз, когда он проходил через пояс радиации, и через несколько месяцев он полностью вышел из строя.
(Для получения дополнительной информации об этой проблеме со спутником см. Первые 31 страницу книги «Сопутствующий ущерб спутникам в результате ЭМИ-атаки», где содержится значительный объем информации об этой дополнительной проблеме ядерных ЭМИ-атак. Вы также можете получить подробный полный отчет по адресу сайт правительства DTIC.Этот отчет 2010 года изначально был написан в поддержку Комиссии США по ЭМИ.)
Ядерный ЭМИ на самом деле является электромагнитным многоимпульсным . EMP обычно описывается с точки зрения 3 компонентов. E1 импульс — это очень быстрый импульс, который может вызвать очень высокое напряжение в оборудовании, а также вдоль электрических проводов и кабелей. E1 — это компонент, который уничтожает компьютеры и коммуникационное оборудование, и он слишком быстр для обычных молниезащитных устройств (хотя устройства, которые достаточно быстрые, производятся регулярно, но редко используются в гражданской инфраструктуре).Компонент импульса E2 является наиболее простым для защиты от электрических импульсов, производимых молнией, и имеет сходство по силе и времени с ними.
Импульс E3 на очень отличается от импульсов E1 и E2 от EMP. Компонент пульса E3 — очень медленный пульс, настолько медленный, что большинство людей не будут использовать слово «пульс» для его описания. . Компонент E3 длится от десятков до сотен секунд и вызван ядерной детонацией, отклоняющей магнитное поле Земли, с последующим восстановлением магнитного поля до его естественного места.Компонент E3 имеет сходство с геомагнитной бурей, вызванной очень сильной солнечной бурей.
В публикациях в Интернете почти всегда много путаницы по поводу очень разных аспектов различных компонентов ядерной ЭМИ. Кроме того, существует большая путаница в различении высотных ядерных ЭМИ, неядерных ЭМИ-оружия и солнечных геомагнитных бурь. Между этими очень разными электромагнитными помехами есть очень большие различия; хотя есть много общего между геомагнитными бурями, вызванными солнечными лучами, и компонентом E3 (но , а не другими компонентами) высотного ядерного ЭМИ.Почти все, что написано в популярных статьях, даже в самых респектабельных публикациях, представляет собой почти непонятную смесь информации, сбивающую с толку эффекты компонентов E1 и E3 электромагнитного импульса. Это во многом стало причиной появления большого количества широко распространенных мифов об ЭМИ.
Важно отметить, что ядерный ЭМИ не может быть понят без понимания различий между компонентами E1 и E3 ядерного ЭМИ.Многие умные технологи вызвали огромную путаницу, делая заявления без какого-либо четкого понимания совершенно разных компонентов, генерируемых ядерным ЭМИ. Для более подробного обсуждения этих компонентов см. Страницу E1-E2-E3.
См. EMP Sitemap Page многих страниц EMP на этом веб-сайте.
Компонент E1 импульса — наиболее часто обсуждаемый компонент. Гамма-лучи от ядерного взрыва в космосе могут преодолевать большие расстояния.Когда эти гамма-лучи попадают в верхние слои атмосферы, они выбивают электроны в атомах в верхних слоях атмосферы, которые (если бы они не отклонялись магнитным полем Земли), двигались бы в основном вниз с релятивистской скоростью. Это формирует, по сути, чрезвычайно большой когерентный вертикальный всплеск электрического тока в верхних слоях атмосферы по всей пораженной области. Этот ток взаимодействует с магнитным полем Земли, заставляя релятивистские электроны вращаться по спирали вокруг силовых линий магнитного поля, создавая сильный электромагнитный импульс, который возникает в нескольких милях над головой, даже если точка ядерного взрыва может находиться на расстоянии тысячи миль или более.Поскольку импульс E1 генерируется локально, даже если исходный источник энергии гамма-излучения может находиться в космосе на большом расстоянии, импульс может охватывать чрезвычайно большие области и с чрезвычайно большим полем ЭМИ по всей пораженной области.
Рисунок выше взят из Агентства США по уменьшению угрозы о компоненте E1 ядерного электромагнитного импульса. Область источника — это область верхних слоев атмосферы, где гамма-излучение от оружия выбивает электроны из атомов в атмосфере, которые, как правило, движутся в нисходящем направлении со скоростью примерно 94 процента от скорости света и подвергаются воздействию Магнитное поле Земли для генерации мощного выброса электромагнитной энергии.Эта область источника , где фактически генерируется ЭМИ, представляет собой очень большую область в центре стратосферы. (На карте с правой стороны иллюстрации HOB — это высота ядерного взрыва в километрах.) |
Величина ядерного ЭМИ над Соединенными Штатами была бы намного больше, чем испытания в Тихий океан укажет. Для любого конкретного оружия величина всех компонентов ЭМИ примерно пропорциональна силе магнитного поля Земли.Магнитное поле Земли над центром континентальной части Соединенных Штатов примерно в удвоено напряженности, чем в месте проведения испытания Starfish Prime.
См. Отдельную статью о ядерных испытаниях на большой высоте Operation Fishbowl .
Важно подчеркнуть, что, хотя ЭМИ-атаки, затрагивающие всю континентальную часть Соединенных Штатов, возможны, меньшие региональные ЭМИ-атаки, запущенные на меньших высотах с меньшей ракетой или с высотного аэростата , вероятно, гораздо более вероятны.Эти атаки на более низкой высоте затронут гораздо меньшую территорию и, вероятно, будут иметь гораздо меньшую интенсивность, но все же могут нанести серьезный ущерб центрам обработки данных и другим объектам с высокой степенью зависимости от микроэлектроники.
Starfish Prime был термоядерным оружием на 1,44 мегатонны, но на самом деле был крайне неэффективен при производстве ЭМИ. Гораздо меньшее ядерное оружие деления, требующее гораздо меньшего опыта, было бы гораздо более эффективным при производстве ЭМИ, особенно очень быстрого компонента E1 .В общем, чем проще ядерное оружие, тем эффективнее оно производит ЭМИ. (См. Примечания на странице ЭМИ.) Термоядерное оружие (так называемые водородные бомбы) обычно очень неэффективно генерирует импульс E1 с быстрым нарастанием. (Оружие с высоким выходом энергии намного лучше генерирует более медленный импульс E3 , подобный геомагнитной буре, который нанес значительный ущерб Казахстану в упомянутом ниже советском испытании. Этот импульс E3 может вызывать большие токи даже при длительных линии метро.)
Несколько стран произвели одноступенчатое ядерное оружие мощностью более 100 килотонн. Они были бы намного более эффективны при производстве ЭМИ, чем взрывы Starfish Prime. (Самое первое ядерное оружие, испытанное Францией, имело мощность 70 килотонн). В начале 1950-х в Соединенных Штатах имелся запас из 90 бомб с высокопроизводительным оружием деления, которое могло бы стать мощным ЭМИ-оружием. Это были 500-килотонные одноступенчатые бомбы деления, известные как Mark 18 .На момент производства Mark 18 об EMP было известно очень мало. Единственное реальное испытание бомбы Mark 18 было проведено на полигоне в Тихом океане 16 ноября 1952 года на высоте всего 1480 футов (450 метров), поэтому ничего не было обнаружено о ее возможностях для высотного ЭМИ (хотя похоже, что фактическая мощность была ближе к 540 килотоннам, что было выше расчетной мощности). К настоящему времени некоторые страны, несомненно, обладают очень продвинутым ядерным оружием с улучшенным ЭМИ, хотя эти детали строго засекречены.
Бомба Mark 18 , испытанная в 1952 году, также была известна как бомба из супер ораллоя. Он был сделан из сферической оболочки из очень высокообогащенного урана, окруженной сложной симметричной системой имплозии, которая имела толщину 44 сантиметра. Хотя его часто называют очень продвинутым устройством, оно было разработано людьми, у которых не было компьютеров с мощностью, даже приближающейся к мощности компьютера, который вы используете для чтения этой веб-страницы. Более полувека назад по меньшей мере 90 таких бомб были построены Соединенными Штатами.В 1952 году они пытались сохранить высокообогащенный уран на складе, поэтому Mark 18 был окружен тампером из природного урана. Любой, кто делает подобное оружие для ЭМИ, вероятно, мог бы усилить его ЭМИ эффекты, применив тампер из обогащенного урана и относительно тонкий внешний кожух, сделанный из относительно прозрачного для гамма-излучения высокопрочного сплава. Кроме того, существуют методы увеличения энергии гамма-лучей за пределы уровней, доступных в ядерном оружии первого и второго поколений.Эти методы увеличили бы электрическое поле ЭМИ, по крайней мере, несколько выше старого максимума в 50 000 вольт на метр, хотя мы не знаем насколько.
Сегодня, если бы хотя бы одна из этих 500-килотонных бомб, таких как Mark 18 , была взорвана в 300 милях над центральной частью Соединенных Штатов, экономика страны была бы практически мгновенно разрушена. Очень небольшая часть электрической или электронной инфраструктуры страны по-прежнему будет функционировать. Это не означает, что каждое устройство будет уничтожено. , но взаимозависимость различных электрических и электронных инфраструктур позволяет остановить почти всю экономическую деятельность с лишь ограниченным повреждением критически важных инфраструктур.Скорее всего, пройдут месяцы или годы, прежде чем большая часть электросети будет отремонтирована из-за разрушения большого количества трансформаторов в электросети. Сегодня несколько стран имеют возможность произвести оружие, подобное этой бомбе 1952 года, и отправить его на необходимую высоту. (31 мая 1957 года Англия испытала одноступенчатое оружие мощностью 720 килотонн, получившее название Orange Herald). В ближайшие годы число стран, обладающих такой способностью, несомненно, будет расти.
Объяснение того, почему все ядерное оружие, испытанное до сих пор над землей, было ЭМИ-оружием с подавлением , а также легкость, с которой это оружие могло быть превращено в усиленное ЭМИ-оружие, см. В первой половине Интернета. страница на Оружие Super-EMP .
Мгновенное отключение электросети произойдет в первую очередь из-за широкого использования твердотельных SCADA (устройств диспетчерского управления и сбора данных) в электросети.Они будут уничтожены импульсом E1, но, вероятно, могут быть заменены в течение нескольких недель. Более серьезной проблемой будет перезапуск электросети. (Никаких процедур для «черного запуска» всей электросети никогда не было разработано. Для запуска крупной электростанции действительно требуется электричество.) Самой большой проблемой будет потеря многих критически важных силовых трансформаторов из-за геомагнитно индуцированных токов, поскольку замену которых нельзя было получить по крайней мере несколько лет.Потеря многих из этих силовых трансформаторов значительно усложнит повторный запуск тех частей сети, которые можно было бы отремонтировать гораздо быстрее. Потеря достаточного количества этих больших силовых трансформаторов фактически разрушила бы энергосистему, как мы теперь ее знаем. Нам остается только надеяться, что было достаточно небольших островков местной электроэнергии, чтобы обеспечить минимальный прожиточный минимум экономики.
Последствия потенциальных опасностей для электросети кардинально изменились за последние несколько десятилетий, поскольку доступность электричества превратилась из удобства в то, от чего сейчас зависит наша жизнь.Этот переход электричества от удобства к необходимости для поддержания жизни человека происходил настолько постепенно, что большинство из нас не заметили этого глубокого изменения. Знания и технологии прежних времен, позволяющие выживать в течение длительного времени без электричества, в современном обществе в основном утрачены.
Упоминая бомбу Mark 18 1952 года, я не хочу иметь в виду, что страны, разрабатывающие ядерное оружие, начнут с такой старой технологии.Новые автомобильные компании 21 века не начинают с Stanley Steamer или Model T; и новые радиокомпании начинают не с цепей Маркони и клапанов Флеминга. Современные методы и материалы, а также передовые вычислительные мощности позволяют новым проектам ядерного оружия значительно обогнать Манхэттенский проект. Связанное с этим заблуждение — вера в то, что из-за трудностей, с которыми Соединенные Штаты и старый Советский Союз столкнулись при переходе от базового оружия деления к термоядерному оружию, все страны столкнутся с аналогичными трудностями и задержками.Производство базового оружия деления требует значительных промышленных мощностей для производства расщепляющегося материала. Для перехода оттуда к термоядерному оружию просто требуются вычислительные мощности и знания.
Спустя много лет после того, как он оставил лаборатории ядерного оружия, главный разработчик бомбы Mark 18 написал статью для Scientific American , описывающую в общих чертах, как можно значительно усилить специфические эффекты ядерного оружия (включая ЭМИ). и как такие эффекты могут быть сконцентрированы в одном направлении от взрыва.(См. Scientific American , Теодор Б. Тейлор «Ядерное оружие третьего поколения», страницы 30–39. Том 256, № 4. Апрель 1987 г.)
Советский Союз получил свое представление о серьезности высотных ядерных ЭМИ эффектов в гораздо более густонаселенной местности, чем Тихий океан. Самое разрушительное событие ядерной ЭМИ в истории (до сих пор), намного хуже, чем испытание Starfish Prime, произошло в октябре 1962 года над Центральной Азией. В письменных документах время и дата указаны как 3:41 GMT / UTC утром 22 октября 1962 года.Боевая часть была запущена из Капустин Яра советской ракетой Р-12. Хотя основная цель испытания заключалась в обнаружении воздействия ЭМИ на определенные военные системы, большая величина некоторых воздействий на гражданскую инфраструктуру была совершенно неожиданной.
Через несколько часов после восхода солнца в Казахстане тем облачным октябрьским утром Советский Союз взорвал термоядерную боеголовку мощностью 300 килотонн в космосе на высоте 290 километров (около 180 миль) над точкой к западу от города Жезказган в центральной части города. Казахстан.Тест был широко известен как Test 184 (хотя в некоторых советских документах он упоминается как К-3). Он вывел из строя крупную 1000-километровую (600-мильную) подземную линию электропередачи, идущую от Астаны (тогда называемой Акмола), столица Казахстана, город Алматы. Сообщалось о некоторых пожарах. В городе Караганда ЭМП вызвала пожар на городской электростанции, которая была подключена к длинной подземной линии электропередачи. (Большинство деталей об этой линии метро очень отрывочны, а заявленная длина кажется невероятно большой для одной длины линии, по которой проходит любой вид переменного тока без какой-либо станции регенерации.Вероятно, указанная длина была совокупной длиной нескольких различных линий, отходящих от промышленного города Караганда, крупного центра угледобывающего региона.)
EMP также вырубил главную воздушную телефонную линию протяженностью 570 км, наведя в ней токи от 1500 до 3400 ампер. (Линия была разделена на несколько подсетей, соединенных ретрансляторами.) Вдоль телефонной линии было установлено множество газонаполненных устройств защиты от перенапряжения и предохранителей. Все защиты от перенапряжения сработали, а — все предохранителей на линии. ЭМИ повредил радиостанции на расстоянии 600 км (360 миль) от места испытания и вырубил радар в 1000 км (600 миль) от места взрыва. Также были повреждены некоторые военные дизель-генераторы. Повторное повреждение дизель-генераторов из-за компонента E1 импульса после серии высотных испытаний было самым удивительным аспектом ущерба для советских ученых.
Последующий анализ показал, что боеголовка, использованная в советских испытаниях 1962 года, была особенно неэффективна для генерации ЭМИ.Если бы боеголовка W49, использовавшаяся в американском испытании Starfish Prime, использовалась в советских испытаниях, ущерб от ЭМИ над Казахстаном был бы намного больше. Если бы использовалось оружие, использовавшееся в более раннем американском испытании на большой высоте Hardtack-Teak на 3,8 мегатонны, ущерб был бы еще больше.
И Соединенные Штаты, и Советский Союз провели в космосе испытания ядерного оружия, генерирующего ЭМИ, в самые мрачные дни кубинского ракетного кризиса, когда мир уже был на грани ядерной войны.
Советский Союз взорвал дополнительные 300 килотонн над Казахстаном 28 октября и 1 ноября 1962 года. Соединенные Штаты взорвали относительно небольшое ядерное оружие (вероятно, около 7 килотонн) в космосе над Тихим океаном 20 октября 1962 года, а также взорвали 400 килотонн. килотонн ядерного оружия в космосе над Тихим океаном 26 октября и 1 ноября 1962 года. (В период с 13 октября по 1 ноября 1962 года было 16 советских и 6 американских наземных ядерных взрывов.) Два человека получили ожоги сетчатки глаза, когда они смотрели на ночную вспышку взрыва 26 октября (Bluegill Triple Prime) прямо над головой, которая произошла на высоте 50 километров.(Из-за неисправности системы наведения взрыв 26 октября произошел почти прямо над островом Джонстон.)
Остров Джонстон сейчас несколько больше, чем был в 1962 году (из-за проекта дноуглубительных работ в 1964 году), а аэропорт сейчас закрыт. На острове Джонстон было как минимум три стартовых площадки для ядерных испытаний на большой высоте. Испытания 1958 года (Hardtack-Teak и Hardtack-Orange) были запущены с одного конца острова, а испытания Operation Fishbowl, включая Starfish Prime, — с другого.После того, как запуск Bluegill Prime привел к катастрофическому взрыву вскоре после успешного испытания Starfish Prime, разрушенная стартовая площадка была восстановлена вместе с запасной стартовой площадкой. Вы можете увидеть текущий остров в это спутниковый снимок Wikimapia острова Джонстон.
Большая часть данных ЭМИ по тестам US Bluegill Triple Prime , Checkmate и Kingfish на большой высоте 1962 года, а также испытаниям Hardtack-Teak и Hardtack-Orange 1958 года остаются засекреченными десятилетиями. после завершения испытаний.Секретность этих испытаний представляет опасность для Соединенных Штатов, поскольку не позволяет уязвимым гражданам Соединенных Штатов в полной мере узнать о последствиях применения оружия, которое может оказать драматическое влияние на их жизнь в будущем. Однако вполне вероятно, что данные о E1, полученные в результате испытаний Hardtack-Teak и Hardtack-Orange, так и не были получены из-за плохого понимания в 1958 году явления ЭМИ на большой высоте. Испытания Teak и Orange проводились на гораздо меньшей высоте, чем Starfish Prime.Боеголовки Teak и Orange нанесли бы гораздо больший ущерб на Гавайях, чем Starfish Prime, если бы они были взорваны на одной и той же высоте. Боеголовки Teak и Orange были более чем в два раза мощнее, а также производили более чем в 5 раз больше мгновенного гамма-излучения, чем Starfish Prime. Более высокий мгновенный выход гаммы имел бы особенно серьезные последствия для ЭМИ в таком отдаленном месте, как Гавайи.
Test 184 был запущен с территории России примерно в 30 милях от границы с Казахстаном.Если бы Test 184 дублировали сегодня с использованием тех же точек запуска и взрыва, это, вероятно, было бы расценено как ядерная атака против другой страны. (В то время, конечно, Казахстан был частью Советского Союза.)
Есть отдельная страница с более подробной информацией, включая ссылки, о советских ядерных испытаниях ЭМИ в 1962 году .
В конечном счете, однако, все ядерное оружие, взорванное до 1963 года, было ядерным оружием с подавленным ЭМИ .Несколько простых модификаций сделают усовершенствованное ядерное оружие EMP легче, меньше и в некоторых отношениях проще в изготовлении.
Этот сайт написан инженером-электронщиком, который десятилетиями беспокоился о возможности атаки ЭМИ на Соединенные Штаты. В ближайшие годы мы вступаем в период особой уязвимости для ЭМИ, поскольку индустриальная цивилизация теперь почти полностью зависит от микроэлектроники. (Надеюсь, использование волоконной оптики снизит текущую уязвимость в течение следующих десяти лет, и, возможно, SCADA будут лучше защищены.Кроме того, срочно нужно что-то делать с ситуацией с трансформатором электросети.)
Большинство людей, обладающих определенными знаниями в этой области и серьезно обдумывающих проблему, считают вероятность атаки ЭМИ на Соединенные Штаты в течение следующих десяти лет примерно между 20 и 70 процентами. Вероятность солнечной бури, достаточно большой, чтобы разрушить сотни крупнейших трансформаторов в энергосистеме Соединенных Штатов когда-нибудь в течение этого столетия, по широко распространенному мнению, находится в диапазоне от 50 до 90 процентов.
(Мое собственное предположение состоит в том, что вероятность долгосрочной потери большей части мировой энергосистемы в результате солнечной супер-бури, вероятно, намного больше, чем вероятность ядерной ЭМИ-атаки на Соединенные Штаты; однако крайняя уязвимость Соединенных Штатов Критическая инфраструктура государства просто приглашает к ядерной ЭМИ-атаке.)
Время, необходимое для восстановления после ядерной ЭМИ-атаки, обычно оценивается от двух месяцев до десяти лет. Почти наверняка настанет время больших экономических трудностей.Будет ли это время экономических трудностей краткосрочным или долгим, будет зависеть от реакции американцев. людей после мероприятия, и была ли проведена какая-либо подготовка к мероприятию. Пока такая заблаговременная подготовка практически отсутствует.
На широко распространенные в прошлом отключения электроэнергии в Соединенных Штатах люди реагировали самым разнообразным поведением — от беспорядков и грабежей (как многие поступили во время отключения электричества в Нью-Йорке 13 июля 1977 года) до терпеливого ожидания завершения кризиса (как и произошли в связи с некоторыми недавними отключениями электроэнергии, такими как широко распространенное отключение электроэнергии 14 августа 2003 г. на северо-востоке U.С.).
Если бы период восстановления был долгим, и особенно если бы электронная связь не использовалась в течение нескольких месяцев, цивилизация в Соединенных Штатах могла бы достичь переломного момента, когда восстановление стало бы трудным или невозможным.
Электросеть, используемая сегодня, очень мало изменилась по сравнению с системой, разработанной Николой Тесла и реализованной Westinghouse, начиная с 1890-х годов. Адаптация переменного тока сделала возможной современную электрификацию, но также сделала энергосистему очень уязвимой для геомагнитно-индуцированных токов, включая токи, вызванные компонентом E3 ядерного ЭМИ, а также сильными солнечными бурями.
Ядерная ЭМИ-атака может исходить из многих источников. Ракета, запущенная из океана у побережья Соединенных Штатов и способная доставить ядерное оружие по крайней мере на тысячу миль вглубь суши в центральную часть Соединенных Штатов, создаст проблемы, которые будут разрушительными для всей страны. Оружие в 100 килотонн в тонком корпусе, оптимизированное для производства гамма-излучения (или даже относительно примитивная бомба из супер-ораллоя, созданная более 61 года назад), взорвалось на высоте 250–300 миль над уровнем моря. Небраска, может уничтожить практически все незащищенное электронное оборудование в континентальной части США, южной Канаде и северной Мексике (за исключением небольших предметов, не подключенных к какой-либо внешней проводке).Такое оружие также, скорее всего, выбило бы от 70 до 100 процентов электрической сети на этой очень большой территории. Были бы выведены из строя почти все незащищенные системы электронной связи. В лучшем случае, при такой полной неподготовленности к такому событию, как мы сейчас, реконструкция потребовала бы как минимум трех лет, если бы оружие было достаточно большим, чтобы разрушить большие трансформаторы энергосистемы.
Чем больше проводится подготовка к атаке ЭМИ, тем менее серьезными могут быть долгосрочные последствия.Для сравнения, готовность к атаке с помощью ЭМИ не будет стоить больших затрат, а преимущества будут включать в себя более высокую надежность всей электрической и электронной инфраструктуры, даже если ядерная атака ЭМИ никогда не произошла. Адекватная подготовка и защита могут продлить время восстановления до месяца или двух, но такие приготовления никогда не проводились, и мало кто заинтересован в их проведении.
Укрепление электронной и электрической инфраструктуры США от атаки EMP — лучший способ гарантировать, что такая атака не произойдет.Оставаясь настолько уязвимыми, как сейчас, Соединенные Штаты становятся очень заманчивой целью для такого рода атак.
Не защищая свою электрическую и электронную инфраструктуру от ядерных ЭМИ, Соединенные Штаты поощряют и поощряют распространение ядерного оружия. Эти Незащищенные инфраструктуры позволяют странам, которые в настоящее время не имеют программы создания ядерного оружия, в конечном итоге получить возможность эффективно уничтожить Соединенные Штаты с помощью одного или нескольких относительно простых ядерных боеприпасов.
Сильные солнечные бури могут вызвать перегрузки по току в электросети, которые очень похожи на более медленную составляющую E3 ядерного электромагнитного импульса. Есть веские основания полагать, что прошедшее столетие сильной зависимости человека от электрических систем также, к счастью для нас, было необычно спокойным периодом для солнечной активности. Нам не всегда может повезти.
В 1859 году солнечная вспышка вызвала геомагнитную бурю, которая была во много раз сильнее, чем все, что происходило с тех пор, как появилась современная электрическая сеть.Нам кое-что известно об электрическом сбое, которое вызвало событие 1859 Кэррингтон из-за разрушения телеграфных систем в Европе и Северной Америке. Многие люди, изучавшие событие 1859 года, полагают, что, если бы такая геомагнитная буря произошла сегодня, она отключила бы всю электрическую сеть Соединенных Штатов (за возможным исключением Гавайев и некоторых из самых южных регионов страны). . Вполне вероятно, что такая геомагнитная буря уничтожит большинство крупнейших трансформаторов (345 кВ.и выше) в электросети. В наличии очень мало запчастей для этих очень больших трансформаторов, и до недавнего времени они не производились в Соединенных Штатах в течение многих лет. Защита от ядерных ЭМИ — это также защита от многих непредсказуемых природных явлений, которые могут иметь катастрофические последствия.
Хотя вполне возможно, что ядерная ЭМИ-атака никогда не произойдет, солнечная вспышка, которая полностью отключит электрическую сеть (на очень длительный период времени), почти наверняка произойдет в конечном итоге, если не будут приняты соответствующие меры защиты .Подробный недавний отчет о влиянии геомагнитных бурь и компонента EMP E3 см. В разделе «События суровой космической погоды — понимание социальных и экономических последствий» Национального исследовательского совета национальных академий США. Солнечная буря размером с событие 1859 года или даже более короткая геомагнитная буря, произошедшая 14-15 мая 1921 года, могла одновременно вывести из строя электросети США, Канады, северной Европы и Австралии со временем восстановления от 4 до 10 лет (поскольку солнечная буря сожгла бы большие трансформаторы). по всему миру, для которых существует очень мало запчастей.) До недавнего времени Соединенные Штаты не имели возможности производить замену для этих больших трансформаторов. Эта ситуация постепенно начинает меняться, но электросети Соединенных Штатов потребуются годы, чтобы обеспечить достаточный запас запасных трансформаторов.
Есть надежда, что люди начинают осознавать важность этой проблемы. В 2010 году одна крупная компания, производящая трансформаторы для малых и средних сетей, объявила о планах начать наращивание мощностей на предприятии в Соединенных Штатах, чтобы перейти к производству некоторых из самых больших трансформаторов.См. Веб-сайт Waukesha Electric (который недавно был переименован в SPX Transformer Solutions ), где указано, что они серьезно относятся к производству критически важных очень больших трансформаторов для энергосистемы. Завод в Ваукеше был открыт в начале 2012 года и получил ряд заказов на критически важные трансформаторы большой мощности. Кроме того, в начале 2011 года компания Mitsubishi Electric объявила о планах начать строительство самых больших трансформаторов к началу 2013 года на новом заводе в Мемфисе, штат Теннесси.Этот завод Mitsubishi действительно открылся в середине апреля 2013 года. На момент открытия завода Mitsubishi уже получила заказы от двух крупных электроэнергетических компаний. С появлением двух новых крупных заводов в Соединенных Штатах, большему количеству электрических компаний необходимо размещать заказы на критически важные запасные части. Бесполезно ждать, пока случится бедствие. Эти два трансформаторных завода не могут производить трансформаторы, если у них еще нет электричества.
Некоторые дополнительные мощности по производству трансформаторов теперь доступны в Северной Америке.Обновленную информацию о ситуации на 2012 год см. В исследовании Министерства энергетики США по трансформаторам большой мощности, июнь 2012 года. Эти предприятия обеспечивают лишь несколько процентов потребностей США в крупных трансформаторах. Кроме того, очень важно помнить, что без функционирующей энергосистемы сложно работать на крупных предприятиях любого типа. Запасные части должны быть под рукой, прежде чем возникнут серьезные проблемы.
Компания Emprimus , специализирующаяся на защите от электромагнитных помех, разработала систему блокировки постоянного тока SolidGround Neutral для защиты трансформаторов в электросети. SolidGround является зарегистрированным товарным знаком этой компании. Система Emprimus SolidGround предназначена для защиты трансформаторов крупных электросетей от солнечных штормов и от компонента E3 ядерных ЭМИ. Эта система также имеет ядерную защиту E1.
В Соединенных Штатах Комиссия по ядерному регулированию, наконец, рассматривает опасности для атомных электростанций, которые могут возникнуть в результате долгосрочного отключения энергосистемы.
Важно понимать, что сильные солнечные бури производят только компонент E3, который перегорает трансформаторы электросети и наводит постоянный ток в очень длинных электрических проводниках.Солнечные бури не производят быстрого компонента E1, который может быть настолько разрушительным для электроники. Некоторые астрономические явления могут вызвать всплеск гамма-излучения, который может вызвать чрезвычайно большой импульс E1, но это чрезвычайно редко, редко и поражает Землю только во временных масштабах от нескольких миллионов до сотен миллионов лет. Солнечные бури могут повредить спутники и, следовательно, спутниковую связь, но единственный прямой вред электронному оборудованию на земле связан с потерей электроэнергии.Действительно сильная солнечная буря может вызвать временные сбои в компьютерных схемах из-за увеличения космической радиации на уровне земли; однако почти все эти нарушения можно было исправить, перезагрузив компьютер. (Многолетняя потеря электроэнергии означает, что значительная часть населения умрет из-за голода, нехватки питьевой воды и потери современных канализационных сетей.)
Разработана страница о том, что люди могут сделать, чтобы защитить себя от угрозы EMP — и есть много того, что люди могут сделать.
Часть военной системы США защищена от ЭМИ. Почти весь коммерческий сектор не защищен. Большинство резервных копий данных коммерческих систем защищены практически от всех других угроз, но не защищены от EMP; и большинство резервных копий данных находится в области, которая может быть затронута атакой EMP. Компьютерные системы и содержащаяся в них информация особенно уязвимы. Как говорит Макс в повествовании в первом эпизоде старого телесериала Dark Angel : «.. . электромагнитный импульс превратил все единицы и нули в старые добрые нули. . . «Атака EMP буквально обанкротила бы тысячи малых и средних предприятий в Соединенных Штатах менее чем за миллисекунду.
Хотя компьютерные жесткие диски , а не будут удалены, электроника на жестких дисках, которые специально не защищены от ЭМИ, вероятно, будет разрушена, что сделает восстановление данных, которые все еще хранятся на жестком диске магнитным способом, очень дорого.Кроме того, некоторые данные могут быть повреждены на любом жесткие диски компьютера, которые вращались во время атаки EMP.
Почти все радиовещательные станции, особенно телевизионные, прекратили бы выходить в эфир. Из-за высокого уровня компьютеризированной автоматизации оборудование в большинстве радио- и телестудий будет настолько разрушено, что большинство коммерческих станций будет повреждено и не подлежит ремонту. Радиостудии на самом деле более уязвимы к необратимым повреждениям, чем многие портативные радиоприемники.В настоящее время профилактическое обслуживание вещательного оборудования в Соединенных Штатах проводится очень мало, и почти все вещательные станции в Соединенных Штатах сегодня гораздо более уязвимы для ЭМИ, чем когда-либо в прошлом.
В нынешней ситуации передатчики вещательного телевидения было бы легче ремонтировать, чем студийное оборудование. С переходом на цифровое телевизионное вещание в Соединенных Штатах цифровые кодеры станут крайне слабым звеном в хрупкой цепочке цифрового телевизионного вещания.Вполне вероятно, что несколько FM-станций могут вернуться в эфир в течение недели после атаки EMP, если экстренные радиопередачи исходят с сайтов FM-передатчиков, но они бы находиться в воздухе только до тех пор, пока не закончится топливо для их генератора, и электронные системы запуска и управления многих резервных генераторов будут разрушены импульсом.
Ядерная атака с помощью ЭМИ, вероятно, навсегда изменит структуру телевизионного вещания в Соединенных Штатах, поскольку было бы нецелесообразно с финансовой точки зрения восстановить большинство местных телевизионных станций (за исключением, возможно, крупнейших городов).Реконструкция телевизионного вещания, вероятно, будет осуществляться с использованием спутниковой и кабельной инфраструктуры, а местные новости будут предоставляться дочерними компаниями национальных новостных компаний через их национальную недавно укрепленную послеимпульсную инфраструктуру. An Полностью оптоволоконный Интернет (с оптоволоконным кабелем до конечного пользователя) приобретет значительно большее значение. Однако делать прогнозы о том, как будет выглядеть постимпульсный мир, очень сложно, поскольку сильное ЭМИ вызовет такой уровень разрушения электрической и электронной инфраструктуры, который сделает Соединенные Штаты (или любая другая столь же развитая страна) неспособны поддерживать что-либо близкое к своему нынешнему населению.
С момента запуска этого веб-сайта осведомленность о проблеме ЭМИ значительно возросла. Новая система экстренного вещания в Соединенных Штатах, известная как IPAWS, в настоящее время находится в стадии разработки (хотя некоторые из первых испытаний новой системы прошли очень плохо). Согласно заявлению Деймона Пенна, сотрудника DHS, сделанному комитету Палаты представителей США 8 июля 2011 года, ограниченное количество критически важных радиостанций модернизируется с некоторой защитой от ЭМИ.Станции, защищенные EMP, — это некоторые из тех, которые известны как станции первичной точки входа (PEP):
«Система PEP — это общенациональная сеть радиовещательных станций и других организаций, которая используется для распространения сообщений от президента или назначенных национальных органов власти в случае национальной чрезвычайной ситуации. Офис управления программами IPAWS продолжает расширять количество станций PEP по США. В августе 2009 года в системе изначально было 36 станций PEP, обеспечивающих прямое покрытие 67 процентов населения США.В настоящее время существует 49 действующих станций PEP и пять станций PEP в стадии строительства, что обеспечивает прямой охват 75 процентов населения США. К концу 2012 года количество станций PEP увеличится до 77 и будет напрямую охватывать более 90 процентов населения США. «Новые станции PEP используют стандартную конфигурацию, экономящую затраты на техническое обслуживание и обеспечивающую простоту перемещения между станциями. Станции имеют топливные баки с двойными стенками с защитой от разливов и современную систему управления топливом, а также резервное питание и передатчики с защитой от электромагнитных импульсов.Устаревшие станции модернизируются в соответствии с текущими стандартами устойчивости станций PEP ». |
В старом телесериале Dark Angel атака EMP должна была произойти 1 июня 2009 г. до 1980 г. и после 2009 г. модели. Для этого есть веская причина. Многие обычные бензиновые автомобили, произведенные примерно с 1980 года, могут не работать после атаки ЭМИ из-за их зависимости от электроники. Это, очевидно, создало бы огромную проблему для Соединенных Штатов после атаки ЭМИ, даже если бы только небольшой процент транспортных средств был поврежден.Просто убрать с дороги автомобили-инвалиды — сложная задача. Отключенные светофоры усугубят проблемы с дорожным движением.
В одном из эпизодов DVD-набора FutureWeapons Season 1, который транслировался в 2006 году, Ford Taurus проезжал мимо ядерного симулятора ЭМИ в Нью-Мексико и пульсировал. Вы можете купить DVD на Discovery Channel, но вы должны купить всю серию FutureWeapons 2006 года (которая включает больше информации о EMP), или вы можете увидеть, что случилось с Ford Taurus, в этом отрывке видео на YouTube.У меня есть некоторые вопросы о буквальной точности этого сегмента, но нет никаких сомнений в том, что некоторые транспортные средства действительно ведут себя именно таким образом при воздействии имитируемого ядерного ЭМИ.
См. Страницу EMP и автомобили .
Многие эффекты ядерной ЭМИ очень трудно предсказать в Соединенных Штатах 21 века. Многие транспортные средства, которые, как можно было бы ожидать, будут отключены ЭМИ из-за их зависимости от чувствительной электроники, могут быть достаточно хорошо защищены, чтобы продолжать работать.Автомобильные электронные системы зажигания в целом намного лучше экранированы и защищены от ЭМИ, чем другая электроника. (В конце концов, цель электронного зажигания — вызвать высоковольтные искры.) Цепи в автомобиле за пределами электронного зажигания на самом деле являются наиболее уязвимыми. Фактические испытания транспортных средств на симуляторах были очень непоследовательными. Даже если бы менее десяти процентов автомобилей на автомагистралях в течение дня были резко выведены из строя, возникновение пробок было бы почти непонятным.(Внезапное отключение десяти процентов автомобилей может на самом деле быть более хаотичным, чем внезапное отключение почти всех автомобилей.) Конечно, нет практического способа провести настоящее испытание ядерным ЭМИ. Даже ядерное испытание в космосе над Тихим океаном, вероятно, нанесет ущерб на миллиарды долларов сегодняшней электрической и электронной инфраструктуре в Тихоокеанском регионе. Такое испытание также нанесло бы огромный побочный ущерб спутникам на низкой околоземной орбите.
Испытания, проведенные Комиссией США по ЭМИ на 37 автомобилях (с электронными системами зажигания), показали, что все протестированные автомобили продолжали работать после моделирования ЭМИ, хотя большинство из них получили некоторые (в основном неприятные) электронные повреждения.Лица, связанные с Комиссией по ЭМИ, заявили, что их испытания на транспортных средствах были несколько вводящими в заблуждение, поскольку импульсы имитатора ЭМИ начинались с низких уровней и повторялись до тех пор, пока транспортное средство не испытало какое-то электронное расстройство. После того, как этот момент был достигнут, транспортное средство не подвергалось испытаниям на более высоких уровнях, поскольку автомобили были взяты в аренду, и Комиссия несет ответственность за любой ущерб, нанесенный транспортным средствам. Поэтому мы не знаем, в какой момент автомобили были бы повреждены безвозвратно.
Дополнительные испытания были проведены на 18 грузовиках, от легких пикапов до больших дизельных грузовиков. Результаты в целом были аналогичны результатам испытаний на автомобилях, хотя один пикап вообще не мог быть повторно запущен после моделирования EMP, и его пришлось отбуксировать в гараж для ремонта.
Испытания комиссии EMP проводились только на моделях автомобилей 1986–2002 годов. С 2002 года автомобили и грузовики стали в большей степени зависеть от чувствительной электроники.
Только один из каждых десяти миллионов гражданских автомобилей и легких грузовиков, используемых сегодня, был протестирован в симуляторе EMP.Это очень маленький размер выборки. Многие автомобили, которые будут работать после реального ЭМИ, вероятно, придется запускать нетрадиционным способом (например, временным перемычкой проводов под капотом) из-за повреждения цепей управления.
В отчетах о последствиях испытаний Starfish Prime 1962 года, которые были рассекречены в последние годы, говорится, что у некоторых автомобилей на Гавайях были повреждены старые неэлектронные системы зажигания из-за ЭМИ, поэтому повреждения автомобилей могут быть намного выше, чем мы думали ранее. .Эти отчеты, однако, основывались на неподтвержденные устные отчеты, сделанные спустя годы после инцидента, так что эти отчеты могли быть ненадежными. В те дни проблемы с зажиганием автомобилей были гораздо более распространенными, и большинство людей, чьи автомобили, возможно, были повреждены в результате испытания Starfish Prime, вероятно, никогда не связали бы проблемы с зажиганием своих автомобилей с ядерным испытанием. Повреждение дизельных генераторов во время советских ядерных испытаний ЭМИ в 1962 году указывает на то, что некоторые электрические повреждения проявляются не сразу.Хотя многие люди хотели бы точно знать, какие транспортные средства продолжат функционировать после ЭМИ, количество переменных огромно и включает ориентацию транспортного средства относительно точки детонации в конкретное время, когда устройство взорвалось.
Даже с транспортными средствами, которые не были выведены из строя EMP-атакой, могут произойти очень странные вещи. У меня был опыт, когда я выходил из машины на передатчике на вершине горы из-за радиочастотных полей.В этом случае радиочастотная электромагнитная энергия от нескольких расположенных поблизости мощных передатчиков вызвала блокировку дверей, когда ключи были в замке зажигания и двигатель работал. Конечно, это произошло в один из тех немногих случаев, когда у меня не было с собой лишнего набора ключей. У меня также были сообщения о внезапном срабатывании дворников на автомобилях последних моделей при движении рядом с мощными радиопередатчиками.
Для получения более подробной информации о проблеме с ЭМИ / автотранспортными средствами см. Отдельную страницу, посвященную ЭМИ и автотранспортным средствам .
В дополнение к обширному (почти континентальному) эффекту ядерных ЭМИ-атак, существует неминуемая угроза от гораздо меньшего электромагнитного оружия, которое может нанести только локальный ущерб. Многие из них относительно легко построить и, скорее всего, в ближайшие годы будут использоваться в США террористами, а также обычными вандалами. Электромагнитная бомба грузовика в небольшом грузовике или фургоне не обязательно приведет к уничтожению грузовика, который может уехать, но может нанести миллионы долларов ущерба компьютерным системам внутри здания.(См. Мою страницу о неядерных средствах генерации ЭМИ.)
Примером неядерного ЭМИ-устройства является устройство, продаваемое Eureka Aerospace, которое описано в видео на сайте Physorg. Эти устройства предназначены для уничтожения жизненно важной электроники в автомобилях. Хотя эти устройства могут быть полезны во многих случаях, в чужих руках они могут вызвать огромные разрушения со скоростью в миллионы долларов в час.
Ядерная ЭМИ-атака достаточно большого размера могла бы вывести из строя большую часть, если не всю, электрическую сеть.Степень повреждения электрической сети будет зависеть от размера бомбы. Полный ремонт энергосистемы займет от двух месяцев до трех и более лет. Многие компоненты, такие как большие трансформаторы, которые обычно устойчивы к большим переходным напряжениям, могут быть разрушены постоянным током, индуцированным составляющей E3 импульса, когда они подключены к очень сильному току. длинные медные провода. Расчетный срок службы более крупных трансформаторов в энергосистеме Соединенных Штатов обычно составляет 40 лет, но средний возраст этих трансформаторов уже превышает 42 года.Если бы у энергетических компаний было достаточно запасных частей, время ремонта можно было бы сократить до двух месяцев. Подходящими деталями являются , а не , которые в настоящее время находятся под рукой, и в большинстве случаев существует очень запасных частей для электрической сети, если эти детали не находятся под рукой у электросети. До недавнего времени в Соединенных Штатах не было производственных мощностей для больших силовых трансформаторов в своей энергосистеме. В течение последних нескольких лет все эти чрезвычайно тяжелые трансформаторы приходилось производить и импортировать из других стран. По состоянию на 2009 год срок поставки этих трансформаторов составлял 3 года с момента размещения заказа, но повсеместное одновременное разрушение этих трансформаторов полностью сократит очень ограниченные производственные мощности во всем мире.
Проблема запасных частей касается не только электросети. В течение последнего десятилетия наблюдалась общая тенденция к тому, что все коммерческие предприятия держали в наличии все меньше и меньше важных запасных частей.Многие технологические компании вообще не хранят запасных частей под рукой.
Электрические линии и линии связи, проложенные на воздушных опорах, будут наиболее подвержены ЭМИ. Хотя оптоволоконные линии не будут улавливать токи, индуцированные ЭМИ, как Советский Союз узнал в 1962 году, подземные телефонные и электрические линии не будут полностью защищены.
Большой проблемой в Соединенных Штатах будут системы электронной связи. Угроза EMP-атаки хорошо известна людям, которые могут что-то с ней поделать.В одном крупном исследовании (в 2004 г.), проведенном федеральным правительством США, говорится:
Несколько потенциальных противников имеют или могут получить возможность атаковать Соединенные Штаты с помощью высотного электромагнитного импульса, генерируемого ядерным оружием (ЭМИ). Решительный противник может достичь возможности атаки EMP, не обладая высоким уровнем сложности. EMP — одна из немногих угроз, которые могут держать наше общество под угрозой катастрофических последствий.EMP будет охватывать широкий географический регион в пределах прямой видимости от ядерного оружия. Он способен нанести значительный ущерб критически важной инфраструктуре и, следовательно, самой ткани американского общества, а также способности Соединенных Штатов и западных стран оказывать влияние и военную мощь. Общий элемент, который может произвести такое воздействие от ЭМИ, — это, прежде всего, электроника, которая присутствует во всех аспектах нашего общества и вооруженных сил, в сочетании с критически важной инфраструктурой.Наша уязвимость растет с каждым днем, поскольку мы продолжаем использовать электронику и зависим от нее. расти. Воздействие ЭМИ асимметрично по отношению к потенциальным героям, которые не так зависимы от современной электроники. Текущая уязвимость наших критически важных инфраструктур может как спровоцировать атаку, так и вознаградить ее, если ее не исправить. Исправление возможно и находится в пределах возможностей и ресурсов страны. |
В 2008 году Комиссия США по EMP опубликовала исследование, которое оказалось наиболее полным и ценным анализом существующих угроз EMP, написанных на сегодняшний день.Этот настоятельно рекомендуемый отчет доступен по адресу:
Примечание: (Это отчет на 200 страниц размером 7 мегабайт, загрузка которого может занять полчаса или больше, если вы используете медленное коммутируемое соединение.)
Оригинальный источник отчета:
http://www.empcommission.org/docs/A2473-EMP_Commission-7MB.pdf
Этот отчет представляет собой PDF-файл, для которого требуется бесплатная программа для чтения PDF-файлов Adobe Acrobat. Отчет объемом около 200 страниц в некоторых областях носит несколько технический характер, но это очень объективный и всеобъемлющий отчет.
Как указано в вышеприведенном отчете, даже если трансформаторы энергосистемы выдерживают атаку ЭМИ, энергосистема чрезвычайно уязвима для ЭМИ и других атак из-за устройств управления и мониторинга, называемых SCADA, которые можно легко вывести из строя даже с помощью относительно небольшого оружия. .
Для более короткого резюме, комментарии председателя Комиссии EMP, сделанные при представлении вышеуказанного отчета Конгрессу США, обобщены здесь на 7 страницах.
Большой объем дополнительной информации об ЭМИ, включая свидетельства многих очевидцев взрывов ядерных ЭМИ, см .:
Последствия испытаний ядерного оружия: научные факты
Еще один хороший отчет о проблеме ядерных ЭМИ — это отчет об угрозах электромагнитных импульсов в 2010 году, выпущенный ВВС США (первоначально выпущенный в 2005 году).
Из всего, что опубликовано в открытых (несекретных) англоязычных научных статьях, 50 000 вольт на метр — это максимальная напряженность электрического поля, которую может создать ядерное оружие первого и второго поколения любого размера. Однако сотрудники комиссии по ЭМИ заявили в показаниях под присягой перед Конгрессом США, что «супер-ЭМИ» оружие было разработано (более чем в одной стране), которое способно генерировать до 200000 вольт на метр ниже точки взрыва и 100000 вольт за метр на горизонте.Подтвердить правильность этих утверждений невозможно.
Обсуждение некоторых проблем, связанных с корреляцией результатов испытаний симулятора ЭМИ с реальными результатами высотных ядерных испытаний 1962 года, см. В этой расшифровке стенограммы обсуждения комитета Палаты представителей по вооруженным силам между конгрессменами и физиками.
Для получения дополнительной информации о супер-ЭМИ-оружии (включая то, почему все ядерное оружие, испытанное на земле, включая испытание Starfish Prime, на самом деле было -ЭМИ-оружием с подавлением ), см. Super-EMP, стр. .
Часовая телевизионная документальная программа по EMP была Электронный Армагеддон , эпизод National Geographic Explorer на канале National Geographic. В июне 2010 года ее показали четыре раза. Это была отличная программа с очень небольшим количеством фактических ошибок. DVD-R Electronic Armageddon можно приобрести в магазине National Geographic Video Store.
Документальный фильм Электронный Армагедон был повторен на канале National Geographic в США в октябре 2010 г .; и может время от времени повторяться в будущем.
В сентябре 2010 года Национальная лаборатория Ок-Ридж опубликовала серию отчетов для Федеральной комиссии по регулированию энергетики, Министерства энергетики и Министерства национальной безопасности о влиянии электромагнитных помех на электросеть США. Отчеты были написаны корпорацией Metatech Corporation и содержат обновленное и исчерпывающее представление о том, как электромагнитные помехи, такие как ядерное ЭМИ, могут повлиять на Соединенные Штаты. электросеть.Многих заинтересует только сводка Executive Summary . Некоторые из других отчетов состоят из сотен страниц.
На этом веб-сайте есть достаточно дополнительных научных ссылок и дополнительных заметок о ядерном ЭМИ, чтобы занять вас в течение многих дней, и очень скоро появится еще больше:
Фонд SUMMA при Университете Нью-Мексико теперь разместил в Интернете 44-минутный документальный фильм о (ныне законсервированном) крупнейшем в мире симуляторе ЭМИ под названием TRESTLE: Landmark of the Cold War .Доктор Карл Э. Баум, старший научный сотрудник / инженер, который разработал симулятор ЭМИ на эстакаде, а также поддерживал наиболее ценную концентрацию документов по ЭМИ в Фонде SUMMA, умер 2 декабря 2010 года в возрасте 70 лет после перенесенных страданий. удар. Фонд SUMMA является аффилированным лицом Университета Нью-Мексико.
Адрес электронной почты Джерри Эмануэльсона для электронной почты, связанной с EMP: [email protected] Буду признателен за уведомления о возможных ошибках и мертвых ссылках на моих веб-страницах или предложения относительно информации, которую необходимо добавить.Пожалуйста, не ждите, что я отвечу на неограниченное количество вопросов или бесплатно раздам информацию. Я уже вечно похоронен в электронной почте. Если вы задаете мне краткий вопрос, постарайтесь убедиться, что на этом веб-сайте еще нет ответа. У меня есть веб-сайт с 1996 года, и я получил бесчисленные тысячи вопросов. Примерно на половину этих вопросов уже даны ответы на веб-сайте. Однако электронная почта очень полезна для меня, когда я узнаю, что читатели хотят знать по этой теме.Я понимаю, что тема ядерных ЭМИ (а также солнечных бурь) очень загадочна для большинства людей.
Если у вас есть многочисленные вопросы, касающиеся EMP и вашей личной ситуации, я доступен для индивидуальной консультации по электронной почте и телефону с фиксированной почасовой оплатой. Если вы хотите потратить час моего времени или несколько часов, я довольно хорошо разбираюсь в индивидуальных ситуациях, используя электронную почту или телефон, и предлагаю возможные решения и ответы. Я вырос на ферме, но большую часть жизни провел в городе.Моя карьера была потрачена на работу на производственных предприятиях, а также на изолированных горных вершинах в Скалистых горах. Так что я хорошо разбираюсь в очень широком диапазоне ситуаций.
«В сфере технологий преобладают два типа людей: те, кто понимает, что им не удается, и те, кто управляет тем, чего они не понимают». — Арчибальд Патт . |
Юсуфа М.Задница |
| Я исследую основные технические проблемы и пытаюсь сравнить угрозу ядерных ЭМИ с угрозой мощной геомагнитной бури «раз в столетие». |
Сначала я кратко опишу источник различных типов электромагнитных импульсов, которые являются подкомпонентами того, что в общем называется «ЭМИ»: E1, E2 и E3.Для правильной оценки воздействия ЭМИ на электроэнергетические системы жизненно важны соответствующие спецификации этих подкомпонентов E1, E2 и E3. Я сделаю небольшой обзор некоторых исторических высотных ядерных взрывов в США и Советском Союзе, которые произошли в 1955-1962 годах, чтобы посмотреть, что можно узнать из таких архивных данных. Наконец, я оцениваю возможную угрозу, с которой мы можем столкнуться в результате атаки ЭМИ, а также от геомагнитных бурь, и в заключение предлагаю некоторые предлагаемые ответы.
Описание ядерных электромагнитных импульсов
Во время ядерного взрыва гамма-лучи образуются как в процессе деления, так и в результате неупругого рассеяния нейтронов в материале устройства.Большая часть этих энергетических гамма-лучей поглощается материалом самого оружия и никогда не исчезает. Для типичных конструкций бомб ожидается, что всего 0,1-0,5% общей мощности бомбы будет излучаться в виде мгновенных гамма-лучей. Более высокое число соответствует простому оружию деления малой мощности с относительно тонкими внешними оболочками, а меньшее число относится к более сложным двухступенчатым термоядерным устройствам. Эти мгновенные гамма-лучи излучаются в относительно тонкой (порядка нескольких метров) сферической оболочке, радиус которой увеличивается со скоростью света.
Когда ядерное ЭМИ устройство взрывается на высоте от 40 до 400 километров, направленные вниз гамма-лучи сталкиваются с электронами в молекулах воздуха тонких верхних слоев атмосферы, передавая свою энергию электронам посредством комптоновского процесса. Эти электроны выбрасываются из своих родительских молекул при высоких энергиях и после освобождения сталкиваются с другими электронами, создавая каскад примерно из 30 000 электронов для каждого исходного гамма-луча [4]. Электроны вращаются в магнитном поле Земли, испуская когерентное синхротронное излучение.Поскольку это излучение и гамма-лучи начального возбуждения распространяются со скоростью света, поле излучения ЭМИ «накапливается» аналогично «звуковому удару»: электромагнитное излучение формируется на разных расстояниях от источника. Взрыв происходит практически одновременно с наблюдателем на земле. Область источника импульса расположена, прежде всего, в области атмосферы толщиной примерно 10 километров на высоте примерно от 25 до 35 километров: намного выше 35 километров плотность слишком мала для образования большого количества комптоновских рассеянных электронов и гораздо ниже 25 километров большая часть мгновенной гаммы поглощается [4].Время нарастания импульса составляет наносекунды и обычно затухает в течение микросекунды или около того. В течение этого короткого времени он может создавать поля обычно от 100 до 30 000 В / м на уровне земли. Однако любая ионизация, присутствующая в области источника, будет иметь тенденцию «закоротить» ЭМИ. Во время взрыва также образуются рентгеновские лучи высокой энергии, которые усиливают ионизацию в высокогорной области источника ЭМИ. Этот источник ионизации в значительной степени игнорировался в оценках ЭМИ до 1986 года. Включение ионизации рентгеновскими лучами в более позднее моделирование снизило оценочные значения пиковых полей ЭМИ.
Точное значение индуцированного пикового электрического поля зависит от мощности бомбы, ее конструкции и других факторов, уже упомянутых выше, таких как высота взрыва, местная напряженность магнитного поля и географическая широта взрыва. Более высокая напряженность геомагнитного поля и более высокие широты (т. Е. Дальше от экватора, на севере или юге) обычно создают более сильное пиковое ЭМИ-поле при прочих равных условиях.
| ЭМИ воздействует на электрические системы, «присоединяясь» к ним: фактически, электрические устройства и их присоединения (например,г. силовые кабели), просто действуют как антенны, улавливающие сигнал ЭМИ. |
Для большого устройства (более 100 килотонн) значительные поля ЭМИ будут индуцированы за пределы касательного радиуса, то есть всей области на поверхности Земли, которая находится в пределах прямой видимости высотного взрыва. испытает импульс ЭМИ. Например, при взрыве на расстоянии 100 километров будет подвергаться воздействию импульса круговая область радиусом 1120 километров на поверхности земли, а при взрыве 40 километров будет открыта область радиусом 710 километров.Электрическое поле, ожидаемое к периферии этих открытых областей, будет примерно вдвое меньше пикового поля для высокопроизводительного оружия, но, что важно, оно будет значительно меньше в этой области для меньшего (~ 1 килотонна) устройства [5]. Для всплеска в высоких северных широтах, таких как Европа или Америка, область пика поля возникает в виде широкой дуги, расположенной к югу от всплеска «земля-ноль», из-за ориентации магнитного поля [Рис. 1]. Кроме того, поскольку излучение создается движением электронов поперек магнитного поля Земли, эти электроны, движущиеся прямо вдоль силовых линий магнитного поля, не будут излучать.Таким образом, существует также область почти нулевой напряженности поля к северу от «нулевой точки», где направленные вниз силовые линии магнитного поля от приподнятого места взрыва пересекают Землю, как показано на рисунке ниже.
Точный профиль импульса (время нарастания и затухания) также зависит от местоположения наблюдателя в зоне воздействия: как правило, чем дальше от области пикового поля, тем медленнее нарастание и затухание импульса. [6]
Вышеупомянутое обсуждение относится к быстрому, высокоамплитудному сигналу «E1» от ядерного взрыва.Однако за этим импульсом сразу же следуют сигналы ЭМИ с меньшей амплитудой, но с большей продолжительностью действия «E2» и «E3».
E2-часть ЭМИ возникает из-за ранее рассеянного окружающего гамма-излучения, а также из-за неупругого рассеяния образованных оружием нейтронов на ядрах молекул воздуха — процесс, который также дает обильное гамма-излучение вне устройства. Возможный захват постепенно замедляющихся нейтронов приводит к дополнительному гамма-излучению, так же как и к быстрому распаду некоторых продуктов деления.Сумма этих различных гамм приводит к импульсному комптоновскому электронному току (из-за отделения электронов от их родительских молекул), который зависит от полярного угла из-за градиента плотности атмосферы. Непосредственно под детонацией также присутствует нескомпенсированный вертикальный ток. Результирующий импульс «E2» имеет длительность примерно до 1 секунды. [7]
| Рис. 1. Изменение напряженности поля ЭМИ E1 на участке земли в пределах прямой видимости от взрыва, для большого ядерного устройства (> 100 кТл), взорвавшегося в северном полушарии.Область пикового электрического поля показана темной заштрихованной дугой к югу от «нулевой точки». Для устройства меньшего размера электрическое поле E1 на касательном радиусе будет значительно меньше 0,5 пикового значения (Glasstone and Dolan, 1977). «HOB» относится к высоте пакета. Для 40-километрового взрыва (оптимальная высота для небольшого оружия — см. Раздел V) касательный радиус составляет 710 км, но существенных полей E1 не ожидается за пределами 10xHOB или радиуса 400 км для устройства 1kt. (кредит: FAS) |
Еще более низкоамплитудный, но более продолжительный импульс ЭМИ E3 возникает в результате расширения ионизированного взрывного огненного шара и «вытеснения» магнитного поля Земли (из-за того, что это электропроводящая область), в «вздымающемся» действии.По этой причине он также известен как магнитогидродинамический (МГД) импульс. Этот импульс может длиться до 1000 секунд или дольше и иметь частоту менее 1 Гц.
Непосредственно под точкой разрыва временный слой ионизированного воздуха создается атмосферным поглощением рентгеновских лучей, производимых оружием. Эта область имеет тенденцию экранировать область под вспышкой для «ранней» части сигнала MHD-EMP. Однако с течением времени горячий ионизированный воздух под воздействием вспышки начинает подниматься и перемещаться через силовые линии геомагнитного поля Земли, вызывая протекание больших атмосферных токов.Эти ионосферные токи, вероятно, объясняют вторую фазу (> 10 с) сигнала МГД-ЭМИ. [8]
Наконец, авроральное движение заряженных частиц от детонации, спиралевидное вдоль магнитного поля Земли между сопряженными точками в противоположных полушариях, приводит к окончательному ЭМИ на чрезвычайно низких частотах, обычно 0,01 Гц. E3 (и полярное сияние) EMP больше всего похож на EMP, связанный с естественными геомагнитными бурями, и является тем, который наиболее непосредственно угрожает системам передачи электроэнергии на протяженных линиях [9].Импульс E3 — это низкочастотный импульс, который, в отличие от высокочастотных импульсов E1 и E2, может проникать в землю, где он может вызывать значительные электрические токи в очень длинных (более 100 километров) подземных кабелях. [10].
Подключение трех компонентов ЭМИ к системам заземления
ЭМИ воздействует на электрические системы, «соединяясь» с ними: в действительности, электрические устройства и их присоединения (например, силовые кабели) просто действуют как антенны, которые принимают сигнал ЭМИ. Различные типы ЭМИ — E1, E2 и E3 — по-разному связаны с различными типами электрических систем.[11,12]
Подсказка E1 хорошо взаимодействует с местными антеннами, короткими (1–10 м) кабелями, оборудованием в зданиях (через проемы) и может нарушить или повредить системы управления на основе интегральных схем (ИС), датчики, системы связи, системы защиты , компьютеры и аналогичные устройства. Наиболее распространенной защитой от воздействия E1 является использование электромагнитного экрана, фильтров и ограничителей перенапряжения [11].
E2 хорошо взаимодействует с более длинными проводящими линиями, вертикальными антенными мачтами и самолетами с проволочными антеннами.Она похожа на молнию по своей зависимости от времени, но, конечно, будет более распространена географически, но при этом будет меньшей по интенсивности, особенно для оружия малой мощности. Как признает комиссия EMP, импульс E2, как правило, не будет проблемой для систем критической инфраструктуры, поскольку они уже имеют защитные меры для защиты от случайных ударов молнии.
| Полезно рассмотреть фактические измеренные эффекты ЭМИ в результате ядерных испытаний во время холодной войны. |
E3 Pulse хорошо подходит для силовых и протяженных линий связи, включая подводные и подземные кабели. Низкие частоты (ниже герц) E3 затрудняют экранирование и изоляцию. Опыт геомагнитных бурь и ядерных испытаний в России и Америке 1960-х годов показывает, что существует большая вероятность нарушения энергоснабжения и наземных линий связи из-за импульсов E3 мощных (> 100 кт) ядерных устройств. Однако небольшие изолированные системы, как правило, не подвержены влиянию E3.Среда E3 изменяется настолько медленно, что модели анализа квази-постоянного тока подходят для оценки поведения индуцированных откликов энергосистемы.
Д-р Радсаки и г-н Каппенман суммировали эффекты E1 и E3 от большого ядерного устройства в своем заявлении перед Подкомитетом внутренней безопасности Палаты представителей по возникающим угрозам, кибербезопасности, науке и технологиям:
Для работы электросети наиболее важными являются импульсы… E1 и E3.Исследование, проведенное для Комиссии EMP, четко указывает на следующие проблемы:
1) Неисправности и повреждение твердотельных реле на электрических подстанциях (E1)
2) Неисправности и повреждение компьютерных средств управления на объектах производства электроэнергии, подстанции и центры управления (E1)
3) Неисправности и повреждение коммуникаций энергосистемы (E1)
4) Пробой и повреждение изоляторов распределительного класса (E1)
5) Падение напряжения в электросети из-за насыщения трансформатора (E3)
6) Повреждение трансформаторов [высокого напряжения] высокого и сверхвысокого напряжения [сверхвысокого напряжения] из-за внутреннего нагрева (E3)
Подкомпоненты E1, E2 и E3 EMP по-разному масштабируются в зависимости от мощности оружия (и конструкции), поэтому важно четко понимать, какие эффекты вас интересуют: i.е. воздействие на электронику на основе ИС (которая тесно связана с E1) или системы электроснабжения, подключенные к длинным линиям (которые наиболее сильно связаны с E3 и авроральным EMP). Таким образом, основные вопросы заключаются в том, какие сильные стороны импульсов E1 и E3 можно ожидать в каких частях страны от типов устройств, которыми противоборствующие государства могут обладать (или могут обладать в обозримом будущем), и, конечно, насколько вероятно, что участники совершить такую атаку. Прежде чем ответить на эти вопросы, полезно рассмотреть фактические измеренные эффекты ЭМИ в результате ядерных испытаний, проведенных в годы холодной войны.
стр. 2: реальный опыт >>
PPT — Электромагнитный импульс (ЭМИ) PowerPoint Presentation, скачать бесплатно
2010 Электромагнитный импульс (ЭМИ)
Что такое ЭМИ? • Электромагнитный импульс — это выброс электромагнитного излучения от взрыва или внезапно изменяющегося магнитного поля • ЭМИ от ядерного взрыва высоко над атмосферой • ЭМИ от солнечной бури
Типы ЭМИ Импульс E1 — очень быстрый компонент ядерного ЭМИ.Это слишком быстро для обычных молниеотводов и разрушает компьютеры и коммуникационное оборудование. E2 Pulse — много общего с импульсами, производимыми молнией. Наименее опасный вид ЭМИ из-за широкого применения молниезащиты. E3 Pulse — гораздо более медленный импульс, вызванный тем, что магнитное поле Земли отодвигается ядерным взрывом или солнечной бурей, после чего поле восстанавливается на свое естественное место. Этот процесс может вызывать геомагнитно индуцированные токи в длинных электрических проводниках (например, в линиях электропередач), которые могут повредить или разрушить трансформаторы линий электропередач.
Причины ЭМИ Ядерный взрыв на большой высоте Эффекты прямой видимости Простая бомба деления более эффективна, чем водородная бомба Геомагнитная солнечная буря Только импульс E3
Эффекты импульса E1 Импульс E1 распространяется со скоростью 90% световых пиков через 5-10 наносекунд, более 1 микросекунды Обычные автоматические выключатели не работают так быстро Амплитуда до 50000 вольт / метр Печатные платы в 1 миллион раз более чувствительны, чем вакуумные лампы. Это вызывает перегрев интегральных схем, подключенных к кабелям ложные показания, могут быть повреждены или уничтожены
SCADA Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) — это электронные системы управления, которые контролируют передачу и распределение электроэнергии, управление водными ресурсами и нефте- и газопроводы в Соединенных Штатах. Система SCADA физически является очень похоже на внутреннее устройство настольного персонального компьютера. Тесты показывают, что избранный ronics будет испытывать токи от 100 до 700 ампер во время импульса E1, воздействуя на значительную часть этих систем
Программируемый логический контроллер
Влияние импульса E2 Импульс E2 очень похож на электромагнитный импульс, производимый молния.Из-за широкого использования технологии молниезащиты, E2, вероятно, является наименее опасным типом EMP Эффект был бы похож на тысячи ударов молнии, поражающих линии электропередач одновременно Ущерб от импульса E1, который был непосредственно ранее, может частично ухудшить защиту от молнии E3 Pulse E3 Pulse длится от десятков секунд до нескольких минут Создает постоянный ток Наземные токи (GIC) в проводниках. Линии электропередачи на большие расстояния создают отличные проводники. Чем длиннее проводник и чем ниже его сопротивление, тем легче протекает GIC. токи от сотен до тысяч ампер будут протекать через трансформаторы, что может привести к перегреву и возгоранию.
Трансформатор поврежден во время геомагнитной бури 1989 года. 4800 нТ / мин G магнитное возмущение (Источник: J.Каппенман, Metatech Corp.)
Зоны вероятного обрушения энергосистемы Зоны вероятного обрушения энергосистемы из-за геомагнитного возмущения 4800 нТ / мин [Из Дж. Каппенмана, Metatech Corp., в «Сильные космические погодные явления», Советом по космическим исследованиям]
Воздействие на энергосистему «По оценке Комиссии, функциональный коллапс региона энергосистемы в основной зоне нападения практически неизбежен» Комиссия EMP 2008
Последствия из Power Loss «Если система электроснабжения будет отключена на какой-либо продолжительный период времени… последствия могут быть катастрофическими… машины остановятся; транспорт и связь будут строго ограничены; отопление, охлаждение и освещение прекратятся; будут прекращены поставки продуктов питания и воды; и многие люди могут умереть »2008 EMP Commission
Результаты испытаний и моделирования Компоненты SCADA Защитные реле энергосистем Легковые автомобили, грузовики, поезда, самолеты Сети связи Финансовые и банковские документы
Ядерные испытания EMP США — Морская звезда Prime (1962) 1.Взрыв 44 Мт, высота 250 миль над островом Джонстон в южной части Тихого океана 5,6 кв / м Импульс E1 в Гонолулу СССР — испытание 184 (1962 г.) Взрыв 300 кт, высота 180 миль над Казахстаном от 1000 до 1300 нТ / мин Импульс E3 Электростанция 300 миль удаленный объект подожжен импульсным воздействием E3 и уничтожен в течение 10 секунд В воздушной телефонной линии наведен ток 2500 А
Последствия Свет, отопление, приготовление пищи Перекачка воды и сточных вод Насосы для нефтепроводов и газопроводов, заправочные станции Транспорт Телекоммуникации Производство продуктов питания, охлаждение и распределение Аварийные службы
Геомагнитные бури март 1989 г. (Квебек) 480 нТ / мин Выключение электричества 6 миллионов человек за 92 секунды Май 1921 г. До 4800 нТ / мин Сентябрь.1859 г. (событие Кэррингтона) 2 000–5 000 нТл / мин
Угроза со стороны Ирана Иран провел испытание своих баллистических ракет «Шахаб-3» дальностью 800 миль с кораблей в Каспийском море. испытания Иран, как известно, разрабатывает спусковой механизм ядерной бомбы Иран также работает над установкой контейнера для ядерной бомбы в носовой обтекатель ракеты «Шахаб-3». Предполагается, что Иран имеет сейчас или менее чем через год достаточно обогащенного урана для одного человека. или две ядерные бомбы деления «Мир без Америки мыслим» Махмуд Ахмадинежад
Что мы можем сделать Восстановить комиссию по ЭМИ Провести дополнительные испытания Защитить трансформаторы и генерирующие установки Обеспечить доступность оборудования для замены Увеличить количество частотно-независимых «островов» в электрической системе. Расширьте аварийные источники питания. Расширьте возможности «черного запуска». Защитите критически важные системы SCADA и коммуникаций. nents
Wikizero — Электромагнитный импульс
Всплеск электромагнитной энергии
Электромагнитный импульс ( EMP ), также иногда называемый переходным электромагнитным возмущением, представляет собой короткий выброс электромагнитной энергии.Источник такого импульса может быть естественным или искусственным и может возникать как излучаемое, электрическое или магнитное поле или проводимый электрический ток, в зависимости от источника.
ЭМИ-помехи обычно разрушают или повреждают электронное оборудование, а при более высоких уровнях энергии мощное ЭМИ-событие, такое как удар молнии, может повредить физические объекты, такие как здания и конструкции самолетов. Управление эффектами ЭМИ является важным разделом техники электромагнитной совместимости (ЭМС).
Оружие было разработано для нанесения поражающего действия высокоэнергетическим ЭМИ.
Общие характеристики [править]
Электромагнитный импульс — это короткий выброс электромагнитной энергии. Его короткая продолжительность означает, что он будет распространяться по диапазону частот. Обычно импульсы характеризуются:
- Типом энергии (излучаемая, электрическая, магнитная или проводимая).
- Диапазон или спектр присутствующих частот.
- Форма импульса: форма, длительность и амплитуда.
Последние два из них, частотный спектр и форма импульса, взаимосвязаны посредством преобразования Фурье и могут рассматриваться как два способа описания одного и того же импульса.
Типы энергии [править]
Энергия ЭМИ может быть передана в любой из четырех форм:
Согласно уравнениям Максвелла, импульс электрической энергии всегда будет сопровождаться импульсом магнитной энергии. В типичном импульсе будет преобладать либо электрическая, либо магнитная форма.
Как правило, излучение действует только на больших расстояниях, а магнитные и электрические поля действуют на небольших расстояниях. Есть несколько исключений, например, солнечная магнитная вспышка.
Частотные диапазоны [править]
Импульс электромагнитной энергии обычно включает множество частот от очень низкого до некоторого верхнего предела в зависимости от источника. Диапазон, определяемый как ЭМИ, иногда называемый «постоянным током до дневного света», исключает самые высокие частоты, включая оптический (инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый) и ионизирующий (рентгеновское и гамма-лучи) диапазоны.
Некоторые типы событий ЭМИ могут оставлять оптический след, например молнии и искры, но это побочные эффекты электрического тока, протекающего через воздух, и не являются частью самого ЭМИ.
Формы импульса [править]
Форма волны импульса описывает, как его мгновенная амплитуда (напряженность поля или ток) изменяется во времени. Реальные импульсы, как правило, довольно сложны, поэтому часто используются упрощенные модели. Такая модель обычно описывается либо диаграммой, либо математическим уравнением.
| Прямоугольный импульс | Двойной экспоненциальный импульс | Затухающий синусоидальный импульс |
Большинство электромагнитных импульсов имеют очень острый передний фронт, быстро нарастающий до максимального уровня. Классическая модель представляет собой двухэкспоненциальную кривую, которая круто поднимается, быстро достигает пика и затем медленнее спадает. Однако импульсы от контролируемой коммутационной схемы часто имеют форму прямоугольного или «квадратного» импульса.
События ЭМИ обычно вызывают соответствующий сигнал в окружающей среде или материале. Связь обычно наиболее сильна в относительно узкой полосе частот, что приводит к характерной затухающей синусоидальной волне. Визуально это показано как высокочастотная синусоида, растущая и затухающая в более долгоживущей огибающей двойной экспоненциальной кривой. Затухающая синусоида обычно имеет гораздо меньшую энергию и более узкий разброс частот, чем исходный импульс, из-за передаточной характеристики режима связи.На практике испытательное оборудование ЭМИ часто вводит эти затухающие синусоидальные волны напрямую, а не пытается воссоздать опасные импульсы высокой энергии.
В последовательности импульсов, например, из схемы цифровых часов, форма волны повторяется через регулярные интервалы. Одного полного цикла импульсов достаточно, чтобы характеризовать такую регулярную, повторяющуюся последовательность.
ЭМИ возникает, когда источник испускает кратковременный импульс энергии. Энергия обычно является широкополосной по своей природе, хотя она часто возбуждает относительно узкополосный затухающий синусоидальный отклик в окружающей среде.Некоторые типы генерируются как повторяющиеся и регулярные последовательности импульсов .
Различные типы ЭМИ возникают из-за природных, искусственных и оружейных эффектов.
Типы естественного ЭМИ события включают:
- Грозовой электромагнитный импульс (ЛЭМП). Разряд обычно представляет собой начальный поток огромного тока, по крайней мере, в мегамперах, за которым следует серия импульсов с уменьшающейся энергией.
- Электростатический разряд (ESD), возникающий в результате сближения или даже контакта двух заряженных объектов.
- Метеорный ЭМИ. Разряд электромагнитной энергии в результате столкновения метеороида с космическим кораблем или взрывного разрушения метеороида, проходящего через атмосферу Земли. [1] [2]
- Корональный выброс массы (CME), иногда называемый солнечным EMP. Вспышка плазмы и сопутствующего магнитного поля, выброшенная из солнечной короны и выпущенная в солнечный ветер. [3]
Типы (гражданских) антропогенных событий ЭМИ включают:
- Переключающее действие электрической схемы, изолированное или повторяющееся (в виде последовательности импульсов).
- Электродвигатели могут создавать последовательность импульсов при замыкании внутренних электрических контактов и размыкании соединений при вращении якоря.
- Системы зажигания бензиновых двигателей могут создавать последовательность импульсов при включении или зажигании свечей зажигания.
- Постоянные коммутационные действия цифровой электронной схемы.
- Скачки в ЛЭП. Они могут достигать нескольких киловольт, что достаточно для повреждения недостаточно защищенного электронного оборудования.
Типы военных ЭМИ включают:
- Ядерный электромагнитный импульс (NEMP), возникший в результате ядерного взрыва.Вариантом этого является высотный ядерный ЭМИ (HEMP), который производит вторичный импульс из-за взаимодействия частиц с атмосферой Земли и магнитным полем.
- Неядерное электромагнитное импульсное оружие (NNEMP).
Молния [править]
Молния необычна тем, что обычно имеет предварительный «ведущий» разряд низкой энергии, наращивающий до основного импульса, который, в свою очередь, может сопровождаться с интервалами несколькими меньшими вспышками. [4] [5]
Электростатический разряд (ESD) [редактировать]
События ESD характеризуются высоким напряжением в несколько кВ, но небольшими токами и иногда вызывают видимые искры.Электростатический разряд рассматривается как небольшое локализованное явление, хотя технически вспышка молнии — это очень крупное явление электростатического разряда. Электростатический разряд также может быть создан руками человека, как, например, при ударе от генератора Ван де Граафа.
Событие электростатического разряда может повредить электронные схемы из-за подачи импульса высокого напряжения, а также вызвать у людей неприятный электрошок. Такое событие электростатического разряда может также вызвать искры, которые, в свою очередь, могут вызвать возгорание или взрывы паров топлива. По этой причине, перед дозаправкой самолета или попаданием паров топлива в воздух, топливная форсунка сначала подсоединяется к летательному аппарату для безопасного сброса статического электричества.
Коммутационные импульсы [править]
Переключающее действие электрической цепи вызывает резкое изменение потока электричества. Это резкое изменение — форма ЭМИ.
Простые электрические источники включают индуктивные нагрузки, такие как реле, соленоиды и щеточные контакты в электродвигателях. Обычно они посылают импульс на любые имеющиеся электрические соединения, а также излучают импульс энергии. Амплитуда обычно мала, и сигнал можно рассматривать как «шум» или «помехи».Выключение или «размыкание» цепи вызывает резкое изменение протекающего тока. Это, в свою очередь, может вызвать сильный импульс электрического поля на открытых контактах, вызывая искрение и повреждение. Часто бывает необходимо включить конструктивные особенности, чтобы ограничить такие эффекты.
Электронные устройства, такие как вакуумные лампы или клапаны, транзисторы и диоды, также могут очень быстро включаться и выключаться, вызывая аналогичные проблемы. Одноразовые импульсы могут быть вызваны полупроводниковыми переключателями и другими устройствами, которые используются время от времени.Однако многие миллионы транзисторов в современном компьютере могут многократно переключаться на частотах выше 1 ГГц, вызывая помехи, которые кажутся непрерывными.
Ядерный электромагнитный импульс (NEMP) [редактировать]
Ядерный электромагнитный импульс — это резкий импульс электромагнитного излучения, возникающий в результате ядерного взрыва. Результирующие быстро изменяющиеся электрические и магнитные поля могут взаимодействовать с электрическими / электронными системами, создавая разрушительные скачки тока и напряжения. [6]
Интенсивное испускаемое гамма-излучение может также ионизировать окружающий воздух, создавая вторичный ЭМИ, поскольку атомы воздуха сначала теряют свои электроны, а затем r
Wikizero — Электромагнитный импульс
Всплеск электромагнитной энергии
An электромагнитный импульс ( EMP ), также иногда называемый переходным электромагнитным возмущением, представляет собой короткий всплеск электромагнитной энергии. Источник такого импульса может быть естественным или искусственным и может возникать как излучаемое, электрическое или магнитное поле или проводимый электрический ток, в зависимости от источника.
ЭМИ-помехи обычно разрушают или повреждают электронное оборудование, а при более высоких уровнях энергии мощное ЭМИ-событие, такое как удар молнии, может повредить физические объекты, такие как здания и конструкции самолетов. Управление эффектами ЭМИ является важным разделом техники электромагнитной совместимости (ЭМС).
Оружие было разработано для нанесения поражающего действия высокоэнергетическим ЭМИ.
Общие характеристики [править]
Электромагнитный импульс — это короткий выброс электромагнитной энергии.Его короткая продолжительность означает, что он будет распространяться по диапазону частот. Обычно импульсы характеризуются:
- Типом энергии (излучаемая, электрическая, магнитная или проводимая).
- Диапазон или спектр присутствующих частот.
- Форма импульса: форма, длительность и амплитуда.
Последние два из них, частотный спектр и форма импульса, взаимосвязаны посредством преобразования Фурье и могут рассматриваться как два способа описания одного и того же импульса.
Типы энергии [править]
Энергия ЭМИ может быть передана в любой из четырех форм:
Согласно уравнениям Максвелла, импульс электрической энергии всегда будет сопровождаться импульсом магнитной энергии. В типичном импульсе будет преобладать либо электрическая, либо магнитная форма.
Как правило, излучение действует только на больших расстояниях, а магнитные и электрические поля действуют на небольших расстояниях. Есть несколько исключений, например, солнечная магнитная вспышка.
Частотные диапазоны [править]
Импульс электромагнитной энергии обычно включает множество частот от очень низкого до некоторого верхнего предела в зависимости от источника. Диапазон, определяемый как ЭМИ, иногда называемый «постоянным током до дневного света», исключает самые высокие частоты, включая оптический (инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый) и ионизирующий (рентгеновское и гамма-лучи) диапазоны.
Некоторые типы событий ЭМИ могут оставлять оптический след, например молнии и искры, но это побочные эффекты электрического тока, протекающего через воздух, и не являются частью самого ЭМИ.
Формы импульса [править]
Форма волны импульса описывает, как его мгновенная амплитуда (напряженность поля или ток) изменяется во времени. Реальные импульсы, как правило, довольно сложны, поэтому часто используются упрощенные модели. Такая модель обычно описывается либо диаграммой, либо математическим уравнением.
| Прямоугольный импульс | Двойной экспоненциальный импульс | Затухающий синусоидальный импульс |
Большинство электромагнитных импульсов имеют очень острый передний фронт, быстро нарастающий до максимального уровня.Классическая модель представляет собой двухэкспоненциальную кривую, которая круто поднимается, быстро достигает пика и затем медленнее спадает. Однако импульсы от контролируемой коммутационной схемы часто имеют форму прямоугольного или «квадратного» импульса.
События ЭМИ обычно вызывают соответствующий сигнал в окружающей среде или материале. Связь обычно наиболее сильна в относительно узкой полосе частот, что приводит к характерной затухающей синусоидальной волне. Визуально это показано как высокочастотная синусоида, растущая и затухающая в более долгоживущей огибающей двойной экспоненциальной кривой.Затухающая синусоида обычно имеет гораздо меньшую энергию и более узкий разброс частот, чем исходный импульс, из-за передаточной характеристики режима связи. На практике испытательное оборудование ЭМИ часто вводит эти затухающие синусоидальные волны напрямую, а не пытается воссоздать опасные импульсы высокой энергии.
В последовательности импульсов, например, из схемы цифровых часов, форма волны повторяется через регулярные интервалы. Одного полного цикла импульсов достаточно, чтобы характеризовать такую регулярную, повторяющуюся последовательность.
ЭМИ возникает, когда источник испускает кратковременный импульс энергии. Энергия обычно является широкополосной по своей природе, хотя она часто возбуждает относительно узкополосный затухающий синусоидальный отклик в окружающей среде. Некоторые типы генерируются как повторяющиеся и регулярные последовательности импульсов .
Различные типы ЭМИ возникают из-за природных, искусственных и оружейных эффектов.
Типы естественного ЭМИ события включают:
- Грозовой электромагнитный импульс (ЛЭМП).Разряд обычно представляет собой начальный поток огромного тока, по крайней мере, в мегамперах, за которым следует серия импульсов с уменьшающейся энергией.
- Электростатический разряд (ESD), возникающий в результате сближения или даже контакта двух заряженных объектов.
- Метеорный ЭМИ. Разряд электромагнитной энергии в результате столкновения метеороида с космическим кораблем или взрывного разрушения метеороида, проходящего через атмосферу Земли. [1] [2]
- Корональный выброс массы (CME), иногда называемый солнечным EMP.Вспышка плазмы и сопутствующего магнитного поля, выброшенная из солнечной короны и выпущенная в солнечный ветер. [3]
Типы (гражданских) антропогенных событий ЭМИ включают:
- Переключающее действие электрической схемы, изолированное или повторяющееся (в виде последовательности импульсов).
- Электродвигатели могут создавать последовательность импульсов при замыкании внутренних электрических контактов и размыкании соединений при вращении якоря.
- Системы зажигания бензиновых двигателей могут создавать последовательность импульсов при включении или зажигании свечей зажигания.
- Постоянные коммутационные действия цифровой электронной схемы.
- Скачки в ЛЭП. Они могут достигать нескольких киловольт, что достаточно для повреждения недостаточно защищенного электронного оборудования.
Типы военных ЭМИ включают:
- Ядерный электромагнитный импульс (NEMP), возникший в результате ядерного взрыва. Вариантом этого является высотный ядерный ЭМИ (HEMP), который производит вторичный импульс из-за взаимодействия частиц с атмосферой Земли и магнитным полем.
- Неядерное электромагнитное импульсное оружие (NNEMP).
Молния [править]
Молния необычна тем, что обычно имеет предварительный «ведущий» разряд низкой энергии, наращивающий до основного импульса, который, в свою очередь, может сопровождаться с интервалами несколькими меньшими вспышками. [4] [5]
Электростатический разряд (ESD) [редактировать]
События ESD характеризуются высоким напряжением в несколько кВ, но небольшими токами и иногда вызывают видимые искры.Электростатический разряд рассматривается как небольшое локализованное явление, хотя технически вспышка молнии — это очень крупное явление электростатического разряда. Электростатический разряд также может быть создан руками человека, как, например, при ударе от генератора Ван де Граафа.
Событие электростатического разряда может повредить электронные схемы из-за подачи импульса высокого напряжения, а также вызвать у людей неприятный электрошок. Такое событие электростатического разряда может также вызвать искры, которые, в свою очередь, могут вызвать возгорание или взрывы паров топлива. По этой причине, перед дозаправкой самолета или попаданием паров топлива в воздух, топливная форсунка сначала подсоединяется к летательному аппарату для безопасного сброса статического электричества.
Коммутационные импульсы [править]
Переключающее действие электрической цепи вызывает резкое изменение потока электричества. Это резкое изменение — форма ЭМИ.
Простые электрические источники включают индуктивные нагрузки, такие как реле, соленоиды и щеточные контакты в электродвигателях. Обычно они посылают импульс на любые имеющиеся электрические соединения, а также излучают импульс энергии. Амплитуда обычно мала, и сигнал можно рассматривать как «шум» или «помехи».Выключение или «размыкание» цепи вызывает резкое изменение протекающего тока. Это, в свою очередь, может вызвать сильный импульс электрического поля на открытых контактах, вызывая искрение и повреждение. Часто бывает необходимо включить конструктивные особенности, чтобы ограничить такие эффекты.
Электронные устройства, такие как вакуумные лампы или клапаны, транзисторы и диоды, также могут очень быстро включаться и выключаться, вызывая аналогичные проблемы. Одноразовые импульсы могут быть вызваны полупроводниковыми переключателями и другими устройствами, которые используются время от времени.Однако многие миллионы транзисторов в современном компьютере могут многократно переключаться на частотах выше 1 ГГц, вызывая помехи, которые кажутся непрерывными.
Ядерный электромагнитный импульс (NEMP) [редактировать]
Ядерный электромагнитный импульс — это резкий импульс электромагнитного излучения, возникающий в результате ядерного взрыва. Результирующие быстро изменяющиеся электрические и магнитные поля могут взаимодействовать с электрическими / электронными системами, создавая разрушительные скачки тока и напряжения. [6]
Интенсивное испускаемое гамма-излучение может также ионизировать окружающий воздух, создавая вторичный ЭМИ, поскольку атомы воздуха сначала теряют свои электроны и
Неядерное ЭМИ-оружие — Как работают электронные бомбы
Скорее всего, в арсенале США есть ЭМИ-оружие, но в каком виде непонятно. Большая часть исследований ЭМИ в Соединенных Штатах проводилась с использованием мощных микроволн (HPM). Репортеры широко предполагали, что они действительно существуют и что такое оружие может быть использовано в войне с Ираком.
Скорее всего, американские электронные бомбы HPM на самом деле вовсе не бомбы. Они, вероятно, больше похожи на сверхмощные микроволновые печи, которые могут генерировать концентрированный пучок микроволновой энергии. Одна из возможностей заключается в том, что устройство HPM будет установлено на крылатую ракету, разрушая наземные цели сверху.
Эта технология является передовой и дорогой, поэтому она была бы недоступна для вооруженных сил без значительных ресурсов. Но это только часть истории об электронной бомбе.Используя недорогие расходные материалы и элементарные инженерные знания, террористическая организация могла легко сконструировать опасное устройство электронной бомбы.
В конце сентября 2001 года «Популярная механика» опубликовала статью, в которой описывалась такая возможность. Статья посвящена бомбам-генераторам сжатия потока (FCG), которые датируются 1950-ми годами. Такая электронная бомба имеет довольно простую и потенциально недорогую конструкцию, показанную ниже. (Этот концептуальный проект бомбы взят из отчета, написанного Карло Коппом, оборонным аналитиком.Концепция дизайна уже некоторое время была широко доступна общественности. Из одного этого описания никто не сможет сконструировать действующую электронную бомбу).
Бомба состоит из металлического цилиндра (называемого якорем ), который окружен катушкой с проволокой (обмотка статора ). Цилиндр якоря заполнен фугасным взрывчатым веществом, а прочная оболочка окружает все устройство. Обмотка статора и цилиндр якоря разделены пустым пространством.Бомба также имеет источник питания, например батарею конденсаторов, которую можно подключить к статору.
Вот последовательность событий при взрыве бомбы:
- Переключатель подключает конденсаторы к статору, посылая электрический ток по проводам. Это создает сильное магнитное поле.
- Взрыватель воспламеняет взрывчатое вещество. Взрыв распространяется как волна через середину цилиндра якоря.
- По мере того, как взрыв проходит через цилиндр, цилиндр входит в контакт с обмоткой статора.Это создает короткое замыкание, отключая статор от источника питания.
- Движущееся короткое замыкание сжимает магнитное поле, создавая интенсивный электромагнитный всплеск.
Скорее всего, этот тип оружия поразит относительно небольшую территорию — ничего подобного ядерной ЭМИ-атаке — но может нанести серьезный ущерб.
В следующем разделе мы рассмотрим некоторые возможные эффекты EMP-атаки.
.