Электромагнитный импульс возникает после ядерного взрыва или мощной солнечной вспышки и представляет собой мощное кратковременное электромагнитное поле с длинами волн от 1 до 1000м и более, возникающее в момент взрыва, которое наводит сильные электрические напряжения и токи в проводниках различной протяженности в воздухе, земле, на технике и других объектах (металлические опоры, антенны, провода линий связи и электропередач, трубопроводы и т. п.) .
Чем грозит ЭМИ
При взаимодействии мгновенного и захватного гамма-излучений с атомами и молекулами среды последним сообщаются импульсы энергии. Основная часть энергии расходуется на сообщение поступательного движения электронам - и ионам, образовавшимся в результате ионизации. Первичные (быстрые) электроны движутся в радиальном направлении от центра взрыва и образуют радиальные электрические токи и поля, быстро нарастающие по времени. Обладая большой энергией, первичные электроны производят дальнейшую ионизацию, которая также приводит к образованию полей и токов. Возникающие кратковременные электрические и магнитные поля и представляют собой электромагнитный импульс (ЭМИ).
Приемники энергии ЭМИ - проводящие электрический ток тела: все воздушные и подземные линии связи, линии управления, сигнализации, электропередачи, металлические мачты и опоры, воздушные и подземные антенные устройства, наземные и подземные трубопроводы, металлические крыши и другие конструкции, изготовленные из металла. В момент взрыва в них На доли секунды возникает импульс электрического тока и появляется разность потенциала относительно земли.
Под действием этих напряжений может происходить: пробой изоляции кабелей, повреждение входных элементов аппаратуры, подключенной к антеннам, воздушным и подземным линиям (пробой трансформаторов связи, выход из строя разрядников, предохранителей, порча полупроводниковых приборов и т. д.), а также выгорание плавких вставок, включенных в линии для защиты аппаратуры. Высокие электрические потенциалы относительно земли, возникающие на экранах, жилах кабелей, антенно-фидерных линиях и проводных линиях связи могут представлять опасность для лиц, обслуживающих аппаратуру.
Наибольшую опасность ЭМИ представляет для аппаратуры необорудованной
специальной защитой, даже если она находится в особо прочных
сооружениях, способных выдерживать большие механические нагрузки от
действия ударной волны ядерного взрыва. ЭМИ для такой аппаратуры
является главным поражающим фактором. Линии электропередач и их
оборудование, рассчитанные на напряжение десятков - сотен киловольт,
являются устойчивыми к воздействию лектромагнитного
импульса. Необходимо также учитывать одновременность воздействия
импульса мгновенного гамма-излучения и ЭМИ: под действием первого -
увеличивается проводимость материалов, а под действием второго -
наводятся дополнительные электрические токи. Кроме того, следует
учитывать их одновременное воздействие на все системы, находящиеся в
районе взрыва.
На кабельных и воздушных линиях, попавших в зону мощных импульсов электромагнитного излучения, возникают (наводятся) высокие электрические напряжения. Наведенное напряжение может вызывать повреждения входных цепей аппаратуры на довольно удаленных участках этих линий.
В зависимости от характера воздействия ЭМИ на линии связи и подключенную к ним аппаратуру могут быть рекомендованы следующие способы защиты: применение двухпроводных симметричных линий связи, хорошо изолированных между собой и от земли; исключение применения однопроводных наружных линий связи; экранирование подземных кабелей медной, алюминиевой, свинцовой оболочкой; электромагнитное экранирование блоков (решетка фарадея, мет. корпус) и узлов аппаратуры; использование различного рода защитных входных устройств (АЗУ) и грозозащитных средств.
Рассмотрим
основные методы защиты:
1. Экраны и защитные устройства.
Металлические экраны отражают электромагнитные волны и гасят высокочастотную энергию. Через систему заземления ток, наведенный ЭМИ, стекает в землю, не причиняя вреда электронной аппаратуре, находящейся внутри металлических шкафов или коробов.
2. Защита кабелей.
Соединительные кабели для защиты прокладывают в земляных траншеях под цементным или бетонированным полом зданий либо заключают в стальные короба, которые заземляют. Можно размещать кабеля и на поверхности поля, закрыв их заземленными швеллерами.
Надежность повышается, если кабель разветвляется и подводится к нескольким шкафам с разделительными трансформаторами. В этом случае изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли. Также целесообразно применять фильтры от высокочастотных помех.
3. Защитные разрядники и плавкие предохранители.
Вылетит любой прибор на полупроводниках, а так же катушки зажигания если они в цепи, помочь могут размыкатели, отключать массу. Основные функции защитного разрядника - разомкнуть линию или отвести энергию для предотвращения повреждения в защищаемом оборудовании. Устанавливается на входы и выходы аппаратуры.
4. Грозозащитные устройства.
Обеспечивают «стекание» большого разряда в землю без повреждения изоляционных элементов линий.
5. Использование симметричных двухпроводных линий.
6. Защита периферийных устройств.
Указанные способы и средства защиты должны внедряться во все виды электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры с учетом характера поражающего действия электромагнитных излучений для обеспечения надежности работы предприятий в условиях ЧС мирного и военного времени.
Этот серьезный проект показывает, как получить импульс электромагнитной энергии в несколько мегаватт, который может нанести непоправимый вред электронному компьютеризированному и чувствительному к электромагнитным помехам коммуникационному оборудованию. Ядерный взрыв вызывает подобный импульс, для защиты от него электронных устройств необходимо принимать специальные меры. Этот проект требует накопления смертельного количества энергии, и его не следует пытаться реализовать вне специализированной лаборатории. Подобное устройство можно использовать для вывода из строя компьютерных систем управления автомобилем с целью остановки автомобиля в неординарных случаях угона или если за рулем находится пьяный
Рис. 25.1. Лабораторный электромагнитный импульсный генератор
и опасный для окружающих автомобилистов водитель. Электронное оборудование можно протестировать с помощью электронного импульсного генератора на чувствительность к мощным импульсным помехам – к молниям и потенциальному ядерному взрыву (это актуально для военного электронного оборудования).
Проект описан здесь без указания всех деталей, указаны только основные компоненты. Используется дешевый открытый искровой разрядник, но он даст только ограниченные результаты. Для достижения оптимальных результатов необходим газовый или радиоизотопный разрядник, который эффективен для создания помех как при потенциальном ядерном взрыве (рис. 25.1).
Общее описание устройство
Генераторы ударной волны способны вырабатывать сфокусированную акустическую или электромагнитную энергию, которая может разрушать предметы, применяться в медицинских целях, например, для разрушения камней во внутренних органах человека (почках, мочевом пузыре и т.д.). Генератор электромагнитных импульсов может вырабатывать электромагнитную энергию, которая может разрушать чувствительную электронику в компьютерах и микропроцессорном оборудовании. Нестабилизированные индуктивно-емкостные цепи LC могут вырабатывать импульсы в несколько гигаватт за счет использования устройств взрывания провода. Эти импульсы высокой энергии – электромагнитные импульсы (в иностранной технической литературе ЕМР – ElectroMagnetic Pulses) можно использовать для тестирования твердости металла параболических и эллиптических антенн, гудков и других направленных дистанционных воздействий на предметы.
Например, в настоящее время ведутся исследования по разработке системы, которая будет выводить автомобиль из строя во время опасной погони на высоких скоростях за человеком, совершившим противоправное действие, например, угонщиком или пьяным водителем. Секрет заключается в генерации обладающего достаточной энергией импульса для сжигания электронных управляющих процессорных модулей автомобиля. Это гораздо проще выполнить, когда автомобиль покрыт пластиком или оптоволокном, чем когда он покрыт металлом. Экранирование металлом создает дополнительные проблемы исследователю, разрабатывающему практически применимую систему. Можно построить устройство и для этого тяжелого случая, но оно может быть дорогостоящим и оказать вредное воздействие на дружественные устройства, заодно выводя их из строя. Поэтому исследователи находятся в поиске оптимальных решений для мирных и военных целей применения электромагнитных импульсов (ЕМР).
Цель проекта
Цель проекта заключается в генерации пикового импульса энергии для тестирования на прочность электронного оборудования. В частности, данный проект исследует использование подобных устройств для выведения из строя транспортных средств за счет разрушения микросхем компьютера. Мы проведем эксперименты по разрушению цепей электронных устройств с помощью направленной ударной волны.
Внимание! Донный проект использует смертельно опасную электрическую энергию, которая при неправильном контакте может убить человека мгновенно.
Система высокой энергии, которая будет собрана, использует взрывающийся провод, который может создать эффекты, подобные шрапнели. Разряд системы может серьезно повредить электронику близко расположенных компьютеров и другого аналогичного оборудования.
Конденсатор С заряжается от источника тока до напряжения источника питания в течение определенного периода времени. Когда он достигает напряжения, соответствующего определенному уровню запасенной энергии, ему дается возможность быстро разрядиться через индуктивность резонансного LC-конту- ра. Генерируется мощная, недемпфированная волна на собственной частоте резонансного контура и на ее гармониках. Индуктивность L резонансной цепи может состоять из катушки и индуктивности связанного с ней провода, а также собственной индуктивности конденсатора, которая составляет около 20 нГн. Конденсатор цепи является накопителем энергии и также оказывает влияние на резонансную частоту системы.
Излучение энергетического импульса может быть достигнуто посредством проводящей конической секции или металлической структуры в форме рупора. Некоторые экспериментаторы могут использовать полуволновые элементы с питанием, подаваемым на центр катушкой, связанной с катушкой резонансной цепи. Эта полуволновая антенна состоит из двух четвертьволновых секций, настроенных на частоту резонансной схемы. Они представляют собой катушки, намотка которых имеет примерно одинаковую длину с длиной четверти волны. Антенна имеет две радиально направленные части, параллельные длине или ширине антенны. Минимальное излучение происходит в точках, расположенных по оси или на концах, но мы не проверяли на практике этот подход. Например, газоразрядная лампа будет вспыхивать ярче на расстоянии от источника, индицируя мощный направленный импульс электромагнитной энергии.
Наша тестовая импульсная система вырабатывает электромагнитные импульсы в несколько мегаватт (1 МВт широкополосной энергии), которые распространяются с помощью конической секционной антенны, состоящей из параболического рефлектора диаметром 100-800 мм. Расширяющийся металлический рупор 25×25 см также обеспечивает определенную степень воздействия. Специальный
Рис. 25.2. Функциональная схема импульсного электромагнитного генератора Примечание:
Базовая теория работы устройства:
Резонансная схема LCR состоит из указанных на рисунке компонентов. Конденсатор С1 заряжается от зарядного устройства постоянного тока током l c . Напряжение V на С1 опг*а’ ouivwrcs. соотношением:
Искровой разрядник GAP установлен на запуск при напряжении V чуть ниже50000 В. При запуске пиковый ток достигает значения:
di/dt-V/L.
Период отклика схемы является функцией от 0,16 х (LC) 5 . Kj jhj />»–гп ц > затем i ьтэрное гея в индуктивность схемы за VaX, причем пиковое значение тока приводит к взрыву провода и прерывает этотток йог» с{№лстшнно перед тем, как он достигнет пикового значения. Иц’ .^сп*»*»^ энергия (LP) виа*/» – «сдается в виде вчрьва и в jftpcxa цл^хтигггуктосго электромагнитного излучения. Пиковая мощность ипрмоьл*тз1 описанным ниже образом и щ»«**и*гг многие мегаватты!
1. Цикл заряд а: dv=ldt/C.
(Выражает напряжение заряда на конденсаторе в функции времени, где I – постоянный ток.)
2. Накопленная энергия в С как функция от напряжения: £=0,5CV
(Выражает энергию в джоулях при увеличении напряжения.)
3. Время отклика V* цикла пикового тока: 1,57 (LC) 0 – 5 . (Выражает время для первого пика резонансного тока при запуске искрового разрядника.)
4. Пиковый ток вточке V* цикла: V(C/ Ц 05 (Выражает пиковый ток.)
5. Исходный отклик в функции от времени:
Ldi/dt+iR+ 1/С+ 1/CioLidt=0.
(Выражает напряжение как функцию от времени.)
6. Энергия катушки индуктивности в д жоулях: E=0,5U 2 .
7. Отклик, когда схема разомкнута при максимальном токе через L: LcPi/dt 2 +Rdi/dt+it/С=dv/dt.
Из этого выражения видно, что энергия катушки должна направляться куда-либо в течение очень короткого времени, результатом чего является взрывное поле высвобождения энергии Е х В.
Мощный импульс в много мегаватт вд иапазонеулырвныилс<*хчастот можно получить засчет д естабилизации LCR- схемы, как показано выше. Единственным ограничивающим фактором является собственное сопротивление, которое всегда присутствует в разных формах, например: провода, пивирхнистн-лй эффект, потери в диэлектриках и переключателях и т.д- Потери могут быть минимизированы для достижения оптимальных результатов. электромагнитная волна рвадихастль должна излучаться антенной, которая можетбытъ в виде параболической тарелки микроволновой печи или настроенного их**» in >чг>;*ттеля. i-M. < г п1гч электромагнитная волна будетзависетъотгеометрии конструкции. Большая длина г* Х’бодз обеспечит лучшие характеристики магнитного поля В, а короткие приесда в большей степени образуют поле электрическое поле Е. Эти параметры войдут в уравнения взаимодействия эффективности излучения антенны. Наилучшим подходом здесь является экспериментирование с конструкцией антенны для достижения оптимальных результатов с использованием ваших математических знаний для улучшения основных параметров. Повреждения схемы обычно являются результатом очень высокого di/dt (поле «В») импульса. Это предмет для обсуждения!
конденсатор 0,5 мкФ с малой индуктивностью заряжается за 20 с с помощью устройства ионного заряда, описанного в главе 1 «Антигравитационный проект», и дорабатывается, как показано. Можно достичь более высокой скорости заряда с помощью систем с более высоким током, которые можно получить по специальному заказу для более серьезных исследований через сайт www.amasingl.com.
Радиочастотный импульс высокой энергии можно генерировать также и в случае, где выход импульсного генератора взаимодействует с полноразмерной полуволновой антенной с центральным питанием, настроенной на частоты в диапазоне 1-1,5 МГц. Реальная дальность действия при частоте 1 МГц – более 150 м. Такая дальность действия может быть избыточна для многих экспериментов. Однако это нормально для коэффициента излучения, равного 1, во всех других схемах этот коэффициент меньше 1. Можно уменьшить длину реальных элементов с помощью настроенной четвертьволновой секции, состоящей из 75 м провода, намотанных через интервалы или с использованием двух-трех- метровых трубок из поливинилхлорида PVC. Эта схема вырабатывает импульс низкочастотной энергии.
Пожалуйста, имейте в виду, как это уже указывалось ранее, что импульсный выход этой системы может причинить вред компьютерам и любым приборам с микропроцессорами и другими аналогичными схемами на значительном расстоянии. Всегда будьте осторожны при тестировании и использовании этой системы, она может повредить устройства, которые просто находятся рядом. Описание основных частей, использованных в нашей лабораторной системе, дает рис. 25.2.
Конденсатор
Конденсатор С, используемый для подобных случаев, должен обладать очень низкой собственной индуктивностью и сопротивлением разряда. В то же время этот компонент должен обладать способностью к накоплению достаточной энергии для генерации необходимого импульса высокой энергии заданной частоты. К сожалению, два этих требования вступают в противоречие друг с другом, их трудно выполнить одновременно. Конденсаторы высокой энергии всегда будут обладать большей индуктивностью, чем конденсаторы низкой энергии. Другим важным фактором является использование сравнительного высокого напряжения для генерации сильных токов разряда. Эти значения необходимы для преодоления собственного комплексного импеданса последовательно соединенных индуктивного и резистивного сопротивлений на пути разряда.
В данной системе используется конденсатор 5 мкФ при 50000 В с индуктивностью 0,03 мкГн. Необходимая нам основная частота для схемы низкой энергии составляет 1 МГц. Энергия системы составляет 400 Дж при 40 кВ, что определяется соотношением:
Е = 1/2 CV 2 .
Катушка индуктивности
Вы можете использовать катушку из нескольких витков для экспериментов с низкими частотами с двойной антенной. Размеры определяются формулой индуктивности воздуха:
Рис. 25.7. Установка искрового разрядника для соединения с антенной при работе с низкой частотой
Применение устройство
Данная система предназначена для исследования чувствительности электронного оборудования к электромагнитным импульсам. Систему можно видоизменить для использования в полевых условиях и работы от перезаряжаемых аккумуляторных батарей. Ее энергию можно увеличить до уровня импульсов электромагнитной энергии в несколько килоджоулей, на собственный страх и риск пользователя. Нельзя предпринимать попыток изготовления своих вариантов устройства или использовать данное устройство, если вы не имеете достаточного опыта в использовании импульсных систем высокой энергии.
Импульсы электромагнитной энергии можно сфокусировать или запускать параллельно с помощью параболического отражателя. Экспериментальной мишенью может служить любое электронное оборудование и даже газоразрядная лампа. Вспышка акустической энергии может вызвать звуковую ударную волну или высокое звуковое давление на фокусном расстоянии параболической антенны.
Источники приобретении компонентов и деталей
Устройства заряда высокого напряжения, трансформаторы, конденсаторы, газовые искровые разрядники или радиоизотопные разрядники, импульсные генераторы MARX до 2 MB, генераторы ЕМР можно приобрести через сайт www.amasingl.com .
Введение.
Для того, чтобы понять всю сложность проблем угрозы ЭМИ и мер по защите от нее, необходимо кратко рассмотреть историю изучения этого физического явления и современное состояние знаний в этой области.
То, что ядерный взрыв будет обязательно сопровождаться электромагнитным излучением, было ясно физикам-теоретикам еще до первого испытания ядерного устройства в 1945 году. Во время проводившихся в конце 50-х - начале 60-х годов ядерных взрывов в атмосфере и космическом пространстве наличие ЭМИ было зафиксировано экспериментально.
Однако количественные характеристики импульса измерялись в недостаточной степени, во-первых, потому что отсутствовала контрольно-измерительная аппаратура, способная регистрировать чрезвычайно мощное электромагнитное излучение, существующее чрезвычайно короткое время (миллионные доли секунду), во-вторых, потому что в те годы в радиоэлектронной аппаратуре использовались исключительно электровакуумные приборы, которые мало подвержены воздействию ЭМИ, что снижало интерес к его изучению. Создание полупроводниковых приборов, а затем и интегральных схем, особенно устройств цифровой техники на их основе, и широкое внедрение средств в радиоэлектронную военную аппаратуру заставили военных специалистов по иному оценить угрозу ЭМИ.
Описание физика ЭМИ.
Механизм генерации ЭМИ заключается в следующем. При ядерном взрыве возникают гамма и рентгеновское излучения и образуется поток нейтронов. Гамма-излучение, взаимодействуя с молекулами атмосферных газов, выбивает из них так называемые комптоновские электроны. Если взрыв осуществляется на высоте 20-40 км., то эти электроны захватываются магнитным полем Земли и, вращаясь относительно силовых линий этого поля создают токи, генерирующие ЭМИ. При этом поле ЭМИ когерентно суммируется по направлению к земной поверхности, т.е. магнитное поле Земли выполняет роль, подобную фазированной антенной решетке. В результате этого резко увеличивается напряженность поля, а следовательно, и амплитуда ЭМИ в районах южнее и севернее эпицентра взрыва. Продолжительность данного процесса с момента взрыва от 1 - 3 до 100 нс.
На следующей стадии, длящейся примерно от 1 мкс до 1 с, ЭМИ создается комптоновскими электронами, выбитыми из молекул многократно отраженным гамма-излучением и за счет неупругого соударения этих электронов с потоком испускаемых при взрыве нейтронов. Интенсивность ЭМИ при этом оказывается примерно на три порядка ниже, чем на первой стадии.
На конечной стадии, занимающей период времени после взрыва от 1 с до нескольких минут, ЭМИ генерируется магнитогидродинамическим эффектом, порождаемым возмущениями магнитного поля Земли токопроводящим огненным шаром взрыва. Интенсивность ЭМИ на этой стадии весьма мала и составляет несколько десятков вольт на километр.
Наибольшую опасность для радиоэлектронных средств представляет первая стадия генерирования ЭМИ, на которой в соответствии с законом электромагнитной индукции из-за чрезвычайно быстрого нарастания амплитуды импульса (максимум достигается на 3 - 5 нс после взрыва) наведенное напряжение может достигать десятков киловольт на метр на уровне земной поверхности, плавно снижаясь по мере удаления от эпицентра взрыва. Кроме временного нарушения функционирования (функционального подавления) РЭС, допускающего последующее восстановление их работоспособности, ЭМИ оружие может осуществлять физическое разрушение (функциональное поражение) полупроводниковых элементов РЭС, в том числе находящихся в выключенном состоянии.
Следует отметить также возможность поражающего действия мощного излучения ЭМИ оружия на электротехнические и электро энергетические системы вооружения и военной техники (ВВТ), электронные системы зажигания двигателей внутреннего сгорания (рис.1). Токи, возбуждаемые электромагнитным полем в цепях электро или радиовзрывателей, установленных на боеприпасах, могут достигать уровней, достаточных для их срабатывания. Потоки высокой энергии в состоянии инициировать детонацию взрывчатых веществ (ВВ) боеголовок ракет, бомб и артиллерийских снарядов, а также неконтактный подрыв мин в радиусе 50–60 м от точки подрыва ЭМИ боеприпаса средних калибров (100–120 мм).
Рис.1.Принудительная остановка автомобиля с электронной системой зажигания.
В отношении поражающего действия ЭМИ оружия на личный состав, как правило, речь идет об эффектах временного нарушения адекватной сенсомоторики человека, возникновения ошибочных действий в его поведении и даже потери трудоспособности. Существенно, что негативные проявления воздействия мощных сверхкоротких СВЧ-импульсов не обязательно связаны с тепловым разрушением живых клеток биологических объектов. Поражающим фактором зачастую является высокая напряженность наведенного на мембранах клеток электрического поля, сравнимая с естественной квазистатической напряженностью собственного электрического поля внутриклеточных зарядов В опытах на животных установлено, что уже при плотности импульсно-модулированного СВЧ облучения на поверхности биологических тканей в 1, 5 мВт/см2 имеет место достоверное изменение электрических потенциалов мозга. Активность нервных клеток изменяется под действием одиночного СВЧ импульса продолжительностью от 0, 1 до 100 мс, если плотность энергии в нем достигает 100 мДж/см2. Последствия подобного влияния на человека пока мало изучены, однако известно, что облучение импульсами СВЧ иногда порождает звуковые галлюцинации, а при усилении мощности возможна даже потеря сознания.
Амплитуда напряжения, наводимого ЭМИ в проводниках, пропорциональна длине проводника, находящегося в его поле, и зависит от его ориентации относительно вектора напряженности электрического поля.
Так, напряженность поля ЭМИ в высоковольтных линиях электропередачи может достигать 50 кВ/м, что приведет к появлению в них токов силой до 12 тыс.ампер.
ЭМИ генерируются и при других видах ядерных взрывов - воздушном и наземном. Теоретически установлено, что в этих случаях его интенсивность зависит от степени ассимметричности пространственных параметров взрыва. Поэтому воздушный взрыв с точки зрения генерации ЭМИ наименее эффективен. ЭМИ наземного взрыва будет иметь высокую интенсивность, однако она быстро уменьшается по мере удаления от эпицентра.
Поскольку сбор экспериментальных данных при проведении подземных ядерных испытаний технически весьма сложен и дорогостоящ, то решение набора данных достигается методами и средствами физического моделирования.
Источники ЭМИ (оружие не летального воздействия). ЭМИ оружие может быть создано как в виде стационарных и мобильных электронных комплексов направленного излучения, так и в виде электромагнитных боеприпасов (ЭМБ), доставляемых к цели с помощью артиллерийских снарядов, мин, управляемых ракет(рис.2), авиабомб и т. п.
Стационарный генератор позволяет воспроизводить ЭМИ с горизонтальной поляризацией электрического поля. Он включает в себя высоковольтный генератор электрических импульсов (4 МВ), симметричную вибраторную излучающую антенну на двух мачтах и открытую бетонированную испытательную площадку. Установка обеспечивает формирование над испытательной площадкой (на высотах З и 10 м) ЭМИ с напряженностью поля, равной соответственно 35 и 50 кВ/м.
Мобильный (Транспортабельный) генератор НРDII предназначен для моделирования горизонтально поляризованного ЭМИ. Он включает в себя смонтированные на платформе трейлера высоковольтный генератор импульсов и симметричную вибраторную антенну, а также размещенную в отдельном фургоне аппаратуру сбора и обработки данных.
В основу ЭМБ положены методы преобразования химической энергии взрыва, горения и электрической энергии постоянного тока в энергию электромагнитного поля высокой мощности. Решение проблемы создания ЭМИ боеприпасов связано, прежде всего, с наличием компактных источников излучения, которые могли бы располагаться в отсеках боевой части управляемых ракет, а также в артиллерийских снарядах.
Наиболее компактными на сегодня источниками энергии для ЭМБ считаются спиральные взрывомагнитные генераторы (ВМГ), или генераторы с взрывным сжатием магнитного поля, имеющие наилучшие показатели удельной плотности энергии по массе (100 кДж/кг) и объему (10 кДж/см3), а также взрывные магнитодинамические генераторы (ВМДГ). В ВМГ с помощью взрывчатого вещества происходит преобразование энергии взрыва
в энергию магнитного поля с эффективностью до 10%, а при оптимальном выборе параметров ВМГ – даже до 20%. Такой тип устройств способен генерировать импульсы энергией в десятки мега джоулей и длительностью до 100 мкс. Пиковая мощность излучения может достигать 10 ТВт. ВМГ могут применяться автономно или как один из каскадов для накачки генераторов СВЧ диапазона. Ограниченная спектральная полоса излучения ВМГ (до нескольких мегагерц) делает их влияние на РЭС довольно избирательным.
Рис.2. Конструкция (а) и принцип (б) боевого применения типового ЭМБ.
Вследствие этого возникает проблема создания компактных антенных систем, согласованных с параметрами генерируемого ЭМИ. В ВМДГ взрывчатка или ракетное топливо применяются для образования плазменного потока, быстрое перемещение которого в магнитном поле приводит к возникновению сверхмощных токов сопутствующим электромагнитным излучением.
Основное преимущество ВМДГ многоразовость применения, поскольку картриджи со взрывчаткой или ракетным топливом могут закладываться в генератор многократно. Однако его удельные массогабаритные характеристики в 50 раз ниже, чем у ВМГ, и вдобавок технология ВМДГ еще не достаточно отработана, чтобы в ближайшей перспективе делать ставку на эти источники энергии.
Инструкция
Возьмите ненужный карманный пленочный фотоаппарат со вспышкой. Вытащите из него батарейки. Наденьте резиновые перчатки и разберите аппарат.
Разрядите накопительный конденсатор вспышки. Для этого возьмите сопротивлением около 1 кОм и мощностью 0,5 Вт, согните его выводы, зажмите его в небольших плоскогубцах с изолированными ручками, после чего, удерживая резистор только при помощи плоскогубцев, замкните им конденсатор на несколько десятков секунд.После этого окончательно разрядите конденсатор, замкнув его лезвием отвертки с изолированной ручкой еще на несколько десятков секунд.
Измерьте напряжение - оно не должно превышать нескольких вольт. При необходимости, разрядите конденсатор повторно.Напаяйте на выводы конденсатора перемычку.
Теперь разрядите конденсатор в цепи синхроконтакта. Он имеет малую емкость, поэтому для его разряда достаточно кратковременно замкнуть синхроконтакт. Держите при этом руки подальше от лампы-вспышки, поскольку при срабатывании синхроконтакта на нее со специального повышающего поступает импульс высокого напряжения.
Возьмите полый каркас диаметром в несколько . Намотайте на него несколько сотен витков изолированного провода диаметром около миллиметра. Поверх обмотки намотайте несколько слоев изоляционной ленты.
Катушку включите последовательно с накопительным конденсатором вспышки.Если у фотоаппарата нет кнопки проверки вспышки, подключите параллельно синхроконтакту кнопку с хорошей изоляцией, например, звонковую.
Сделайте в корпусе аппарата небольшие выемки для вывода проводов от кнопки и катушки. Они нужны для того, чтобы при сборке корпуса эти провода не оказались пережатыми, что грозит их обрывом. Снимите перемычку с накопительного конденсатора вспышки. Соберите аппарат, после чего снимите резиновые перчатки.
Вставьте в аппарат батарейки. Включите его, отвернув вспышку от себя, дождитесь зарядки конденсатора, после чего вставьте в катушку лезвие отвертки. Удерживая отвертку за ручку, чтобы она не вылетела, нажмите кнопку. Одновременно со вспышкой возникнет электромагнитный импульс, который намагнитит отвертку.
Если отвертка намагнитилась недостаточно хорошо, можно повторить операцию еще несколько раз. По мере использования отвертки она будет постепенно терять намагниченность. Беспокоиться по этому поводу не стоит - ведь теперь у вас есть прибор, которым ее можно всегда восстановить.Учтите, что намагниченные отвертки нравятся не всем домашним мастерам. Одни считают их очень удобными, другие - наоборот, очень неудобными.
Мощный электромагнитный импульс (ЭМИ) появляется вследствие всплеска энергии, которая излучается или проводится таким источником как солнце или взрывное устройство. Если в вашем арсенале выживальщика присутствуют электротехнические или электронные устройства, необходимо предусмотреть их защиту от ЭМИ, чтобы они смогли продолжать работать после начала боевых действий, природной или техногенной катастрофы.
Что такое электромагнитный импульс
Всякий раз, когда проходит через провода, он производит электрическое и магнитное поля, которые исходят перпендикулярно движению тока. Размер этих полей пропорционален силе тока. Длина провода напрямую влияет на силу тока индуцированного электромагнитного импульса. Кроме того, даже обычное включение питания производит короткий всплеск электрической и магнитной энергии.
При этом всплеск настолько мал, что едва заметен. Например, коммутационные действия в электрической схеме, двигателях и системах зажигания для газовых двигателей так же производят к небольшим ЭМИ импульсам, которые могут вызвать помехи на соседнем радио или телевидении. Для их поглощения используются фильтры, удаляющие незначительные всплески энергии и помехи от них.
Большой выброс энергии производится, когда некий заряд электричества быстро разряжается. Данный электростатический разряд (ESD) может шокировать человека или вызвать опасные искры вокруг паров топлива. Так же многие помнят, что в детстве мы бы протирали ноги об ковер, а затем касались друзей, создавая разряд ESD. Это тоже одна из форм ESD.
Чем сильнее энергия импульса, тем больше он может повредить здания и воздействовать людей. Например, молния является мощной формой ЭМИ. может быть очень опасным и стать причиной катастрофы. К счастью, большинство молнии замкнуто на землю, где электрический заряд поглощается. Громоотвод изобрел Бенджамин Франклин, благодаря чему сегодня сохраняются многие здания и сооружения.
Такие события, как ядерные взрывы, высотные неядерные взрывы и солнечные бури могут создать мощный ЭМИ, который наносит ущерб электрическому и электронному оборудованию, расположенному недалеко от источника события. Все это угрожает электросетям и функционированию большинства электрических и электронных устройств в нашей жизни.
Поражающие факторы электромагнитного импульса
Опасность ЭМИ заключается в том, что он поражает системы жизнеобеспечения и транспорта. Поэтому, например, при мощном воздействии электромагнитного импульса современная незащищенная автотехника выходит из строя. Особенно это касается автомобилей, произведенных после 1980 года. Поэтому в случае техногенной катастрофы, начала боевых действий или всплеска солнечной активности оптимально использовать автомашины старого образца.
Кроме того, электромагнитный импульс поражает:
Компьютеры.
Дисплеи.
Принтеры.
Маршрутизаторы.
Трансформаторы.
Генераторы.
Источники питания.
Стационарные телефоны.
Любые электронные схемы.
Телевизоры.
Радио, DVD плееры.
Игровые устройства.
Медиа центры
Усилители.
Системы связи (передатчики, приемники)
Кабели (передачи данных, телефонные, коаксиальные, USB и т.д.)
Провода (особенно большой длины).
Антенны (внешние и внутренние).
Электрические шнуры питания.
Системы зажигания (авто и самолетов).
Электрические схемы СВЧ.
Кондиционеры.
Аккумуляторы (все виды).
Фонарики.
Реле.
Системы сигнализации.
Контроллеры заряда.
Преобразователи.
Калькуляторы.
Электроинструменты.
Электронные запчасти.
Зарядные устройства.
Устройства контроля (CO2, детекторы дыма и т.д.).
Кардиостимуляторы.
Слуховые аппараты.
Устройства медицинского мониторинга и т.п.
Факторы, которые определяют урон от ЭМИ
Сила входящего электромагнитного импульса.
Расстояние до источника импульса.
Угол линии удара от источника к вашему положению на вращающейся Земле.
Размер и форма объектов, которые получают и собирают ЭМИ.
Степень изоляции приборов и устройств от вещей, которые могут собирать и передавать энергию ЭМИ.
Защита или экранирование приборов и устройств.
Как защититься от ЭМИ: первые действия
С большой долей вероятности небольшие системы не будут затронуты ЭМИ (англ. EMP), если они изолированы от сети питания. Поэтому при поступлении предупреждения о грядущем EMP отключите все подключенные к электрической розетке приборы и устройства. Не забудьте вентиляцию и термостаты. Отключите солнечные панели и весь дом от общей сети, откройте запорные переключатели между солнечными панелями и инвертором, и между преобразователем и распределительной панелью питания. При слаженных действиях это займет несколько минут.
Общая защита от электромагнитного излучения
Предлагаемые защитные действия:
Отключайте электронные устройства, когда они не используется.
Отключайте электроприборы, когда они не используются.
Не оставляйте компоненты, такие как принтеры и сканеры, в режиме ожидания.
Используйте короткие кабели для работы.
Установите защитную индукцию вокруг компонентов.
Используйте компоненты с автономными батареями.
Используйте рамочные антенны.
Подключите все провода заземления к одной общей точке заземления.
По возможности используйте небольшие устройства, которые менее чувствительны к ЭМИ.
Установите MOV (металл-оксид-варистор) переходные протекторы на портативные генераторы.
Используйте ИБП для защиты электроники от всплеска EMP.
Используйте блокирования устройства.
Используйте гибридную защиту (например, полосовой фильтр с последующим молниеотводом).
Держите чувствительные приборы и устройства подальше от длинных трасс кабеля или электропроводки, антенн, растяжек, металлических башен, гофрированного металла, стальных ограждений, железнодорожных путей.
Устанавливайте кабель под землей, в экранированных кабельных каналах.
Постройте одну или несколько клеток Фарадея.
Следует заранее продумать защитную систему. Например, резервный генератор, вероятно, не будет поврежден солнечной бурей, но ЭМИ может повредить чувствительные электронные контроллеры, так что экранирование является целесообразным. И наоборот, такой прибор, как источник бесперебойного питания (ИБП) может быть полезным сам по себе в качестве компонента защиты. Если EMP происходит, резкий рост может уничтожить ИБП, но это, скорее всего, защитит от разрушения подключенные устройства и компоненты.
Как построить клетку Фарадея
Клетку Фарадея можно смастерить в домашних условиях из металлических емкостей и контейнеров, таких как мусорный бак или ведро, шкаф, сейф, старая микроволновка. Подойдет любой объемный предмет, который имеет непрерывную поверхность без зазоров или больших отверстий. Необходимо наличие плотно облегающей крышки.
Установите непроводящий материал (картон, дерево, бумага, листы пены или пластика) на всех внутренних сторонах клетки Фарадея, чтобы сохранить содержимое от прикосновения металла. Кроме того, можно обернуть каждый элемент в пузырчатую пленку или пластик. Все приборы, которые находятся внутри, должны быть изолированы от всего остального и особенно от металлического контейнера.
Что поместить в клетку Фарадея
Поместите внутрь клетки весь электронный и электротехнический арсенал, который входит в НЗ, и те компоненты, которые закуплены «впрок». Так же там необходимо расположить все, что может быть чувствительно к ЭМИ, в случае получения предупредительного сигнала. В том числе:
Батарейки для радио.
Портативные рации.
Портативные телевизоры.
Светодиодные фонарики.
Солнечное зарядное устройство.
Компьютер (ноутбук или планшет).
Сотовые телефоны и смартфоны.
Различные лампочки.
Зарядные шнуры для мобильных телефонов, планшетов и т.п.
Как защитить важную информацию от ЭМИ
Имейте в виду, что электромагнитный импульс может нарушить инфраструктуру на длительное время, а в случае – навсегда. Поэтому стоит заранее подготовиться, и произвести резервное копирование важных файлов с помещением их на разных носителях в разные клетки Фарадея.
Вместо послесловия
Если предупреждение об ЭМИ небыло получено, но вы видите яркую вспышку с последующим отключением энергосистем, действуйте по своему усмотрению. Ведь нельзя знать заранее, насколько тяжелым и опасным будет электромагнитный импульс, дальность которого при некоторых видах взрывов достигает 1000 км. Но благодаря подготовке и предварительному планированию можно определить, насколько реально мы сможем выжить в мире после ЭМИ.
И будете в безопасности!
