ТЕМА: ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ ІМПУЛЬС ЯДЕРНОГО ВИБУХУ
І ЗАХИСТ ВІД НЬОГО РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ.
З Про Д Е Р Ж А Н Н Я
1. Несмертельної зброї.
11. ПОГЛЯДИ КЕРІВНИЦТВА США І НАТО НА ВИКОРИСТАННЯ Елек
Тромагнитного ІМПУЛЬСУ У ВІЙСЬКОВИХ МЕТОЮ.
111. ІСТОРІЯ ПИТАННЯ І СУЧАСНИЙ СТАН ЗНАНЬ У
ОБЛАСТІ ЕМІ.
1У. ВИКОРИСТАННЯ Імітатор ЕМІ ДЛЯ НАБОРУ експеримен
Тальне ЗНАНЬ.
У. МОЖЛИВІ ШЛЯХИ ВИРІШЕННЯ ЗАДАЧІ ЗАХИСТУ ВІД ЕМІ.
1. Несмертельної зброї.
Військово-політичне керівництво США, не відмовляючись від використання насильства в якості одного з головних інструментів досягнення своїх цілей, здійснює пошук нових способів ведення бойових дій і створює для них кошти, в повній мірі враховують реалії сьогодення.
На початку 90-х років в США стала зароджуватися концепція, згідно з якою збройні сили країни повинні мати не тільки ядерні і звичайні озброєння, але й спеціальні засоби, що забезпечують ефективну участь в локальних конфліктах без нанесення противнику зайвих втрат в живій силі і матеріальних цінностях.
До цього спеціальному зброї американські військові фахівці в першу чергу відносять: засоби створення електромагнітного імпульсу (ЕМІ); генератори інфразвуку; хімічні склади та біологічні рецептури, здатні змінювати структуру базових матеріалів основних елементів бойової техніки; речовини, які виводять з ладу мастило і гумові вироби, викликають загустіння пального; лазери.
В даний час основні роботи з розвитку технологій зброї несмертельної дії (ОНСД) проводяться в управлінні перспективних досліджень міністерства оборони, Ліверморської і Лос-Аламоської лабораторіях міністерства енергетики, центрі розробок озброєння міністерства армії і т.д. Найбільш близькі до прийняття на озброєння різні типи лазерів для засліплення особового складу, хімічні засоби для його знерухомлення, генератори ЕМВ, негативно впливають на роботу електронної техніки.
ЗБРОЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ІМПУЛЬСУ.
Генератори ЕМІ (супер ЕМІ), як показують теоретичні роботи і проведені за кордоном експерименти, можна ефективно використати для виводу з ладу електронної і електротехнічної апаратури, для стирання інформації в банках даних і псування ЕВМ.
За допомогою ОНСД на основі генераторів ЕМІ можливий висновок з ладу ЕОМ, ключових радіо та електротехнічних засобів, систем електронного запалювання та інших автомобільних агрегатів, підрив або інактивація мінних полів. Вплив цієї зброї досить вибірково і політично цілком прийнятно, але потребує точна доставка його в райони поражаемой мети.
11. ПОГЛЯДИ КЕРІВНИЦТВА США І НАТО НА ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРО
МАГНІТНОГО ІМПУЛЬСУ У ВІЙСЬКОВИХ МЕТОЮ.
Незважаючи на визнання військово-політичним керівництвом США і НАТО неможливості перемоги в ядерній війні, різні аспекти вражаючої дії ядерної зброї продовжують широко обговорюватися. Так, в одному з розглянутих іноземними фахівцями сценаріїв початкового періоду ядерної війни особливе місце відводиться потенційної можливості виведення з ладу радіоелектронної техніки в результаті впливу на неї ЕМІ. Вважається, що підрив на висоті близько 400 км. тільки одного боєприпасів потужністю більше 10 Мт призведе до такого порушення функціонування радіоелектронних засобів у великому районі, при якому
час їх відновлення перевищить допустимі строки для прийняття відповідних заходів.
За розрахунками американських експертів, оптимальною точкою підриву ядерного боєприпасу для ураження ЕМІ радіоелектронних засобів майже на всій території США була б точка в космосі з епіцентром у районі географічного центру країни, що знаходиться в штаті Небраска.
Теоретичні дослідження і результати фізичних експериментів показують, що ЕМІ ядерного вибуху може привести не тільки до виходу з ладу напівпровідникових електронних пристроїв, але і до руйнування металевих провідників кабелів наземних споруд. Крім того можлива поразка апаратури ІСЗ, що знаходяться на низьких орбітах.
Для генерації ЕМІ ядерний боєприпас може підриватися в космічному просторі, що не призводить до виникнення ударної хвилі і випадання радіоактивних опадів. Тому в зарубіжній пресі висказивются наступні думки про "неядерному характері" такого бойового застосування ядерної зброї і про те, що удар з використанням ЕМВ не обов'язково призведе до загальної ядерної війни. Небезпека цих заяв очевидна, тому що одночасно деякі зарубіжні фахівці не виключають можливість масового ураження за допомогою ЕМІ і живої сили. В усякому разі цілком очевидно, що наводяться під впливом ЕМВ в металевих елементах техніки струми і напруги будуть смертельно небезпечні для особового складу.
111.ІСТОРІЯ ПИТАННЯ І СУЧАСНИЙ СТАН ЗНАНЬ У ГАЛУЗІ ЕМІ.
Для того, щоб зрозуміти всю складність проблем загрози ЕМІ і заходів по захисту від неї, необхідно коротко розглянути історію вивчення цього фізичного явища і сучасний стан знань у цій області.
Те, що ядерний вибух буде обов'язково супроводитися електромагнітним випромінюванням, був ясно фізикам-теоретикам ще до першого випробування ядерного пристрою в 1945 році. Під час проводилися в
Наприкінці 50-х - початку 60-х років ядерних вибухів в атмосфері і космічному просторі наявність ЕМІ було зафіксовано експеріментально.Однако кількісні характеристики імпульсу вимірювалися в недостатній мірі, по-перше, тому що була відсутня контрольно-вимірювальна апаратура, здатна реєструвати надзвичайно потужне електромагнітне випромінювання , існуюче надзвичайно короткий час (мільйонні частки секунду), по-друге, тому що в ті роки в радіоелектронній апаратурі використовувалися виключно електровакуумні прилади, які мало піддані впливу ЕМІ, що знижувало інтерес до його вивчення.
Створення напівпровідникових приладів, а потім і інтегральних схем, особливо пристроїв цифрової техніки на їх основі, та широке впровадження коштів в радіоелектронну військову апаратуру примусили військових фахівців з іншого оцінити загрозу ЕМІ. З 1970 року питання захисту зброї і військової техніки від ЕМІ сталі розглядатися міністерством оборони США як що мають вищу пріоритетність.
Механізм генерації ЕМІ полягає в наступному. При ядерному вибуху виникають гамма і рентгенівське випромінювання і утвориться потік нейтронів. Гамма-випромінювання, взаємодіючи з молекулами атмосферних газів, вибиває з них так звані комптоновські електрони. Якщо вибух здійснюється на висоті 20-40 км., То ці електрони захоплюються магнітним полем Землі і, обертаючись відносно силових ліній цього поля створюють струми, що генерують ЕМІ. При цьому полі ЕМІ когерентний підсумовується у напрямі до земної поверхні, тобто магнітне поле Землі виконує роль, подібну фазовій антеною решітки. У результаті цього різко збільшується напруженість поля, а отже, і амплітуда ЕМІ в районах південніше і північніше епіцентра вибуху. Тривалість даного процесу з моменту вибуху від 1 - 3 до 100 нс.
На наступній стадії, що триває приблизно від 1 мкс до 1 з, ЕМІ створюється комптоновськими електронами, вибитими з молекул багато разів відображеним гамма-випромінюванням і за рахунок непружного співудару цих електронів з потоком випускаються при вибуху. Інтенсивність ЕМІ при цьому виявляється приблизно на три порядки нижче, ніж на першій стадії.
На кінцевій стадії, що займає період часу після вибуху від 1 з до декількох хвилин, ЕМІ генерується магнітогідродинамічним ефектом, що породжується збуреннями магнітного поля Землі струмопровідною вогненною кулею вибуху. Інтенсивність ЕМІ на цій стадії вельми мала і становить декілька десятків вольт на кілометр.
Найбільшу небезпеку для радіоелектронних засобів являє перша стадія генерування ЕМВ, на якій відповідно до закону електромагнітної індукції через надзвичайно швидкого наростання амплітуди імпульсу (максимум досягається на 3 - 5 нс після вибуху) наведену напругу може досягати десятків кіловольт на метр на рівні земної поверхні , плавно знижуючись у міру віддалення від епіцентру вибуху.
Амплітуда напруги, наводимого ЕМІ в провідниках, пропорційна довжині провідника, що знаходиться в його полі, і залежить від його орієнтації щодо вектора напруженості електричного поля.
Так, напруженість поля ЕМІ в високовольтних лініях електропередачі може досягати 50 кВ / м, що призведе до появи в них струмів силою до 12 тис.ампер.
ЕМІ генеруються і при інших видах ядерних вибухів - повітряному і наземному. Теоретично встановлено, що в цих випадках його інтенсивність залежить від ступеня асиметричні просторових параметрів вибуху. Тому повітряний вибух з точки зору генерації ЕМІ найменш ефективний. ЕМІ наземного вибуху буде мати високу інтенсивність, проте вона швидко зменшується в міру віддалення від епіцентру.
1У. ВИКОРИСТАННЯ Імітатор ЕМІ ДЛЯ НАБОРУ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ
ДАНИХ.
Оскільки збір експериментальних даних при проведенні підземних ядерних випробувань технічно дуже складний і дорогий, то рішення набору даних досягається методами та засобами фізичного моделювання.
Серед капіталістичних країн передові позиції в розробці та
практичному використанні імітаторів ЕМІ ядерного вибуху займають США. Подібні імітатори представляють собою електрогенератори зі спеціальними випромінювачами, створюють електромагнітне поле з параметрами близькими до тих, які характерні для реального ЕМІ. У зону дії випромінювача поміщаються випробовуваний об'єкт і прилади, що реєструють інтенсивність поля, його частотний спектр і тривалість впливу.
Один з таких імітаторів, розгорнутий на авіабазі ВПС США Кіртленд, призначений для моделювання умов впливу ЕМІ на літак і його апаратуру. Він може використовуватися для випробувань таких великих літальних апаратів, як бомбардувальник В-52 або цивільний авіалайнер Боїнг-747.
В даний час створено і діє велика кількість імітаторів ЕМВ для випробувань авіаційної, космічної, корабельної та наземної техніки. Однак вони не повною мірою відтворюють реальні умови впливу ЕМІ ядерного вибуху внаслідок обмежень, накладених характеристиками випромінювачів, генераторів і джерел електроживлення на частотний спектр випромінювання, його потужність і швидкість наростання імпульсу. Разом з тим, і при цих обмеженнях вдається отримати достатньо повні і надійні дані про появу несправностей у напівпровідникових приладах, збою в їх функціонуванні і т.п., а також про ефективність дії різних захисних пристроїв. Крім того, такі випробування дозволили дати кількісну оцінку небезпеки різних шляхів впливу ЕМІ на радіоелектронну техніку.
Теорія електромагнітного поля показує, що такими шляхами для наземної техніки є перш за все різні антенні пристрої і кабельні вводи системи електроживлення, а для авіаційної і космічної техніки - антени, а також струми, що наводяться в обшивці, і випромінювання, проникаючі через скління кабін і лючки з нетокопроводящих матеріалів. Струми, що наводяться ЕМІ в наземних і заглиблених кабелях електроживлення довжиною в сотні і тисячі кілометрів, можуть досягати тисяч ампер, а напруження в розімкнутих ланцюгах таких кабелів - мільйон вольт. У антенних вводах, довжина яких не перевищує десятків метрів, що наводяться ЕМІ струми можуть мати силу в кілька сотень ампер. ЕМВ, що проникає безпосередньо через елементи споруд з діелектричних матеріалів (неекрановані стіни, вікна, двері тощо), може наводити у внутрішній електропроводці струми силою в десятки ампер.
Оскільки слабкострумові ланцюга та радіоелектронні прилади нормально діють при напругах в декілька вольт і струмах силою до декількох десятків міліампер, то для їх абсолютно надійного захисту від ЕМВ потрібно забезпечити зниження величини струмів і напруг у кабелях, до шести порядків.
У. МОЖЛИВІ ШЛЯХИ ВИРІШЕННЯ ЗАДАЧІ ЗАХИСТУ ВІД ЕМІ.
Ідеальною захистом від ЕМВ стало б повне укриття приміщення, в якому розміщена радіоелектронна апаратура, металевим екраном.
Разом з тим ясно, що практично забезпечити такий захист у ряді випадків неможливо, тому що для роботи апаратури часто потрібно забезпечити її електричний зв'язок із зовнішніми пристроями. Тому використовуються менш надійні засоби захисту, такі, як струмопровідні сітки або плівкові покриття для вікон, стільникові металеві конструкції для повітрязабірників і вентиляційних отворів і контактні пружинні прокладки, що розміщуються по периметру дверей та люків.
Більш складною технічною проблемою вважається захист від проникнення ЕМІ в апаратуру через різні кабельні вводи. Радикальним вирішенням цієї проблеми міг би стати перехід від електричних мереж зв'язку до практично не схильним до дії ЕМВ волоконно-оптичним. Однак заміна напівпровідникових приладів у всьому спектрі виконуваних ними функцій електронно-оптичними пристроями можливо лише у віддаленому майбутньому. Тому в даний час в якості засобів захисту кабельних вводів найбільш широко використовуються фільтри, в тому числі волоконні, а також іскрові розрядники, металлоокісние варистори і високошвидкісні зенеровскіе діоди.
Всі ці кошти мають як переваги, так і недоліки. Так, ємнісне-індуктивні фільтри достатньо ефективні для захисту від ЕМІ малої інтенсивності, а волоконні фільтри захищають у відносно вузькому діапазоні надвисоких частот.Іскровие розрядники володіють значною інерційністю і в основному придатні для захисту від перевантажень, що виникають під впливом напруг і струмів, що наводяться в обшивці літака, кожусі апаратури і оплітці кабелю.
Металлоокісние варистори, представляють собою напівпровідникові прилади, що різко підвищують свою провідність при високій напрузі.
Однак, при застосуванні цих приладів в якості засобів захисту від ЕМВ слід враховувати їх недостатньо високу швидкодію і погіршення характеристик при неодноразовому дії навантажень. Ці недоліки відсутні в високошвидкісних зенеровскіх діодів, дія яких заснована на різкому лавиноподібно зміні опору від відносно високого значення практично до нуля при перевищенні прикладеної до них напруги певної порогової величини. Крім того на відміну від варисторів характеристики зенеровскіх діодів після багаторазових впливів високих напруг і перемикань режимів не погіршуються.
Найбільш раціональним підходом до проектування засобів захисту від ЕМВ кабельних вводів є створення таких роз'ємів, в конструкції
яких передбачені спеціальні заходи, що забезпечують формування елементів фільтрів і установку вбудованих зенеровскіх діодів. Подібне рішення сприяє отриманню дуже малих значень ємності й індуктивності, що необхідно для забезпечення захисту від імпульсів, які мають незначну тривалість і, отже, потужну високочастотну складову. Використання з'єднувачів подібної конструкції дозволить вирішити проблему Обмеження масо-габаритних характеристик пристрою захисту.
Складність вирішення завдання захисту від ЕМВ і висока вартість розроблених для цих цілей коштів і методів змушують піти на перших парах по шляху їх вибіркового застосування в особливо важливих системах зброї і військової техніки. Першими цілеспрямованими роботами в даному напрямку були програми захисту від ЕМВ стратегічної зброї. Такий же шлях обрано і для захисту мають велику протяжність систем управління та зв'язку. Проте основним методом вирішення даної даної проблеми зарубіжні фахівці вважають створення так званих розподілених мереж зв'язку (типу "Гвен"), перші елементи яких вже розгорнені на континентальній частині США.
Сучасний стан проблеми ЕМІ можна оцінити таким чином. Досить добре досліджено теоретично та підтверджені експериментально механізми генерації ЕМІ і параметри його вражаючої дії. Розроблено стандарти захищеності апаратури і відомі ефективні засоби захисту. Однак для досягнення достатньої впевненості в надійності захисту систем і засобів від ЕМВ необхідно провести випробування за допомогою імітатора. Що стосується повномасштабних випробувань систем зв'язку та управління, то це завдання навряд чи буде вирішена в найближчому майбутньому.
Потужний ЕМІ можна створити не тільки в результаті ядерного вибуху.
Сучасні досягнення в області неядерних генераторів ЕМІ дозволяють зробити їх досить компактними для використання із звичайними і високоточними засобами доставки.
В даний час у деяких західних країнах ведуться роботи по генерації імпульсів електромагнітного випромінювання магнітодинамічних пристроями, а також високовольтними розрядами. Тому питання захищеності від впливу ЕМІ будуть залишатися в центрі уваги фахівців при будь-якому результаті переговорів про ядерне роззброєння.