Disposiciones generales para preservar la capacidad de supervivencia y garantizar la protección de las radio- equipos electrónicos contra los efectos de las armas electromagnéticas y el terrorismo electrónico.
RYABOV Yuri Georgievich,
Candidato de Ciencias Técnicas, Investigador Senior
GENERAL DISPOSICIONES PARA PRESERVAR LA SUPERVIBILIDAD Y PROTEGER LAS INSTALACIONES RADIOELECTRÓNICAS DE LA INFLUENCIA DE ARMAS ELECTROMAGNÉTICAS Y DEL TERRORISMO ELECTRÓNICO
Todas las modernas instalaciones de energía eléctrica, equipos de comunicaciones, sistemas de control de vehículos y equipos de soporte vital contienen equipos radioelectrónicos (RES), por lo que un problema urgente es la tarea de garantizar la confiabilidad y resistencia de los RES a factores de influencia externos. Este trabajo no aborda las cuestiones de protección contra la corrupción del software y contra los «virus» de información en la red de distribución, manifestaciones bien conocidas de actividad criminal, cuya lucha actualmente está organizada y llevada a cabo por los servicios gubernamentales. Se consideran los problemas del terrorismo electrónico asociados con el impacto de pulsos electromagnéticos (EMP) de alta intensidad en dispositivos electrónicos.
Las fuentes de EMR son numerosos factores electromagnéticos de origen natural y artificial: descargas de rayos y electricidad estática (SE), radiación de radares y equipos de transmisión de radio (radares y equipos de transmisión de radio), cortocircuitos en equipos de energía, en líneas eléctricas, etc. La resistencia a cuyos efectos se proporciona en el proceso de diseño de RES modernas y se controla en soportes especiales que simulan factores electromagnéticos (EF).
Los avances en la creación de fuentes de energía eficientes y el desarrollo de nuevos métodos para generar potentes EMP con una alta tasa de aumento y larga duración han llevado a la creación en EE.UU. y Rusia de nuevas armas electromagnéticas (EMW), cuyo objetivo principal es desactivar dispositivos electrónicos al afectar las partes vulnerables RES EMR y EMR-microondas. Se informa [1, 2] que EMP podría adoptarse para el servicio en esta década. La presencia de EMO o sus componentes en el mercado de armas conducirá al uso criminal de estos medios en el proceso de enfrentamientos competitivos, terrorismo y vandalismo de ciertos grupos de personas.
Los especialistas que participan en la evaluación de la resistencia de los dispositivos electrónicos a los efectos de los factores electromagnéticos y la compatibilidad electromagnética siempre pueden encontrar el «eslabón débil» en el complejo de equipos y seleccionar los medios técnicos adecuados de radiación electromagnética (EMR) que daña los dispositivos electrónicos de una manera no -forma de contacto — de forma remota. Estos generadores de EMR se pueden fabricar en forma de dispositivos portátiles, móviles, voladores y de disparo.
Un generador de radiación EMR contiene una fuente de energía, un modulador y un dispositivo de formación de campo: un antena. Los electrodomésticos comunes pueden ser partes de dichos generadores y usarse para terrorismo electromagnético “doméstico” [3].
La radiación EMR y EMR-microondas pueden afectar tanto a dispositivos electrónicos individuales como a objetos de áreas estratégicas, instalaciones de energía eléctrica.
El coste de fabricación de estos generadores, destinados a diversas aplicaciones, puede oscilar entre 5 y a 50 mil dólares americanos. Los costos de eliminar las consecuencias de la exposición a EMR en los sistemas de distribución electrónica son de 5 a 10 veces mayores debido a la búsqueda, detección, reparación y control adicional de los sistemas de distribución electrónica, si estos impactos no causaron una explosión o un incendio con las víctimas humanas asociadas.
Los costos de realizar trabajos relacionados con garantizar la resistencia de los dispositivos electrónicos a los efectos de la radiación electromagnética en las primeras etapas de diseño no ascienden a más del 2% del costo de desarrollo, y el costo de un dispositivo electrónico protegido no aumenta más. del 3 al 5%. Sin embargo, los costos aumentan en más de un orden de magnitud si se llevan a cabo medidas para proteger los dispositivos electrónicos de los efectos de los EMR en etapas posteriores del diseño.
Según datos experimentales, la relación entre el costo de reemplazar el eslabón débil afectado en el RES, por ejemplo, un producto de equipo electrónico (IET) en el control de entrada, después de la instalación en una placa de circuito impreso en condiciones de producción y durante el funcionamiento del RES, es 2:5:50. Incluso una sola exposición a los terminales del IET de un voltaje que exceda el “valor permitido del potencial estático” (según las especificaciones técnicas para el IET de 2 a 600 V) causa degradación de los parámetros del IET (aumento de la corriente inversa, cambio en características de entrada, etc.), lo que conduce a una disminución en el umbral de resistencia a los efectos de los pulsos de interferencia posteriores, una disminución de la resistencia a los efectos de factores climáticos, mecánicos y de radiación, una disminución significativa en la vida útil residual del IET (hasta 102 — 103 horas).
El impacto de las armas electromagnéticas provoca pulsos de voltaje de 100 a 10.000 V en los circuitos RES y en los terminales IET. Chispas masivas de las fundas de los cables en el cuerpo del equipo y tierra, averías en los bloques de montaje, conectores y entrehierros de hasta 50 mm. Se observan diferencias de tamaño entre los componentes del diseño RES. En este caso, la energía de las chispas oscila entre 0,1 y 100 mJ. Esta energía es suficiente para provocar averías en equipos electrónicos, cortocircuitos en los circuitos de alimentación, incendios y explosiones de sustancias inflamables en zonas electrónicas, ya que la energía de iniciación de muchas mezclas de polvo, gas y aire oscila entre 20 y 1 mJ, vapores de pintura y gasolina. de 1 a 0,01 mJ, daños a estructuras semiconductoras: de 1 a 0,001 mJ.
El efecto dañino de los EMF se logra debido a la acción de un campo electromagnético (EMF) sobre el RES, que tiene una alta tasa de aumento en los componentes magnéticos y eléctricos del EMF, creando valores altos de la distribución espacial del gradiente de potencial de campo en el espacio aéreo circundante y en el suelo, una duración de pulso larga y una tasa de repetición. El criterio principal para la resistencia de un complejo radioelectrónico a los efectos de la radiación electromagnética es la intensidad del campo de la radiación electromagnética cuando la intensidad de la interferencia en los circuitos de elementos vulnerables alcanza un nivel aceptable. Un criterio adicional puede ser la intensidad del campo cuando se registra la aparición de chispas en las cubiertas externas del equipo.
La propiedad dañina de los campos electromagnéticos aumenta entre 2 y 4 veces debido al diseño no óptimo de los sistemas electrónicos de distribución de energía, que tienen escudos electromagnéticos externos con esquinas afiladas, partes sobresalientes e irregularidades locales, cableado irracional de cables externos, circuitos internos, puesta a tierra. y sistemas de protección. La forma del escudo de protección electromagnética externo es de gran importancia para la resistencia del sistema de distribución de energía electrónica. Por ejemplo, cuando se expone a EMR en pantallas electromagnéticas hechas en forma de esfera y paralelepípedo del mismo volumen, la aparición de chispas en la superficie de este último ocurre con una intensidad EMF 3 veces menor que cuando EMR actúa sobre una bola. .
Los principales métodos para diseñar equipos técnicos terrestres que sean resistentes a condiciones comprometidas de los efectos de EMR, descargas de rayos y electricidad estática se detallan en OST 107.420082.031-97. El diagrama de bloques de seguridad electromagnética (EMS) se muestra en la Fig. 1 [3].
Fig. 1. Garantizar EMC
EMC — compatibilidad electromagnética
EF — factor electromagnético
Métodos indirectos racionales para probar la resistencia de un complejo RES a los efectos de EMR (y descargas de rayos) haciendo pasar una corriente a través de las cubiertas externas de RES, equivalente a los efectos de campo externos de EMR, y evaluaciones computacionales y experimentales de la resistencia de RES Los fragmentos se proporcionan en OST 107.20.57.002-88. Estos métodos indirectos para las pruebas operativas de RES se desarrollaron de acuerdo con los materiales de siete certificados de derechos de autor. La eficacia de los métodos indirectos se ve confirmada por los resultados de las pruebas de muchas muestras de equipos técnicos. El costo de probar RES y sus componentes por métodos indirectos es al menos 10 veces menor que el costo de probar RES usando métodos de campo indicados en ciertos GOST actuales [4].
Un indicador de la resistencia de RES a los efectos de EF es el nivel máximo de EF, en el que aún se cumple el criterio de resistencia de RES a los efectos de EF. El criterio para la resistencia de las RES en estado desenergizado a los efectos de EMR es la ausencia de fallas irreversibles y cambios inaceptables en los parámetros de las RES establecidos en la documentación reglamentaria (ND) o las especificaciones técnicas (TS) para las mismas. El criterio de resistencia del IET es que la tensión de ruido en los circuitos vulnerables conectados a los terminales del IET no exceda la U® permisible, establecida en el RD (especificaciones) para el IET según el parámetro resistencia a la electricidad estática.”
El criterio para la resistencia de las RES bajo voltaje a los efectos de la EMR es la ausencia de fallas (fallas) irreversibles y reversibles en el momento o después de la exposición a la EMR. El criterio de resistencia a fallas reversibles es que el voltaje de ruido en los circuitos vulnerables conectados a los terminales del IET no exceda el Ut adicional permitido establecido en el RD (especificaciones) para el IET de acuerdo con el parámetro «inmunidad al ruido de pulso».
Las investigaciones han demostrado que para los circuitos IET digitales a los que se aplican voltajes de fuente de alimentación, la amplitud del voltaje de conmutación del circuito en el que se produce una falla es Utperm ~ 0,01 Uoperm con la misma duración de pulso. En consecuencia, la relación entre los valores umbral de la energía del impulso perturbador es de 103 a 104 veces. Hay información sobre la creación de IET con una energía de conmutación de 10-14 J.
Un análisis de fuentes de información desde los años 60 del siglo pasado, dedicado a las cuestiones de la resistencia del IET a los efectos de la interferencia pulsada, muestra que para los productos estándar utilizados en circuitos digitales, la amplitud del voltaje de pulso de interferencia permitido Uо permitido se reduce en de 2 a 4 veces, y el umbral de conmutación del circuito de energía, hasta 80 veces en cada década posterior [5].
El impacto de la EMR según el mecanismo físico y el grado de peligro para dispositivos electrónicos se divide en tres categorías:
I categoría– el impacto de las tensiones parásitas en los circuitos de las partes estructurales funcionales (FSC) como resultado del paso de corriente a través de elementos resistivos, capacitivos e inductivos conectados a los circuitos de los conectores de entrada-salida del RES;
Categoría II – impacto de voltajes de interferencia en circuitos PCF inducidos por campos eléctricos y magnéticos que surgen en la ubicación de este PCF en el momento de la exposición a EMR;
Categoría III– el impacto de la tensión de interferencia en los terminales del PFC, causado por la propagación de la corriente a lo largo de los elementos estructurales, blindajes de cables y circuitos de tierra (caja) de este PFC en el momento de la exposición a la radiación electromagnética – la propagación de la corriente EMR a lo largo las cubiertas exteriores de la zona de distribución electrónica.
La evaluación del efecto destructivo de varias fuentes: radar, RPS, MR, SE se lleva a cabo probando RES para determinar la resistencia a los efectos de indicadores importantes y niveles máximos de intensidad de estas fuentes. En el RD para pruebas no hay recálculos equivalentes en los criterios de falla de RES para interferencias pulsadas y armónicas, diversas formas de pulso, duración, voltaje de interferencia en circuitos e intensidad de campo EMR — componentes magnéticos y eléctricos, etc.
Los desarrolladores y fabricantes de dispositivos electrónicos se encuentran en una situación difícil, quienes, para cumplir con las disposiciones del RD-50-697-90 sobre la certificación obligatoria de productos, por ejemplo, de acuerdo con GOST 29280-92 (IEC-1000- 4-91) “Pruebas de Inmunidad al Ruido”, deberá realizar 23 pruebas de dispositivos electrónicos para determinar la resistencia a interferencias en los circuitos de suministro de energía y control de acuerdo con los métodos de este ND. Por lo tanto, los servicios de desarrollo de RES, con pocos recursos, se ven obligados a ignorar estos procedimientos de control o elegir aquellos ND, cuyos métodos no requieren grandes gastos, pero garantizan la compatibilidad de los requisitos de todas las influencias, incluidos los efectos de los campos EMR y las corrientes EMR inducidas. .
Es posible reducir los costos al menos en un orden de magnitud utilizando modelos modificados de fallas de partes vulnerables de las RES: carga, alta velocidad y energía [4]. Los resultados de las pruebas de diversos equipos radioelectrónicos en diferentes organizaciones confirmaron la exactitud de los enfoques anteriores para evaluar la resistencia de los dispositivos electrónicos.
Para evaluar la resistencia de RES a los efectos de la radiación electromagnética por métodos indirectos directamente en el sitio de instalación estándar, se utilizan un generador de voltaje EMR portátil y registradores de voltaje de pulso autónomos en miniatura (ARIN) con memoria, conectados a la entrada de circuitos de control vulnerables. de RES. Actualmente, el método para evaluar el ruido impulsivo permisible en circuitos vulnerables a los efectos de conmutación de equipos de energía utilizando ARIN se utiliza para evaluar la compatibilidad electromagnética de los equipos de control, automatización y seguridad de centrales y subestaciones de energía y su resistencia a los efectos de EMR en el organizaciones de RAO UES de Rusia.
La protección de los dispositivos electrónicos contra los efectos de las armas electromagnéticas se lleva a cabo mediante métodos de diseño racional, utilizando métodos de blindaje conocidos, limitando los niveles de ruido en los circuitos, utilizando diversos sistemas de puesta a tierra, etc. Para proteger los receptores de señales de banda ancha de los efectos de los campos electromagnéticos y las descargas de rayos, se utilizó un dispositivo de protección del equipo con propiedades no lineales: transmite una señal débil y protege los campos electromagnéticos de alta intensidad (A.S. N 999185 del 20 de marzo de 1981). La capa protectora estaba hecha de tres capas. Las dos capas exteriores están hechas de un material radiotransparente y en la cavidad entre ellas había un gas que se ionizaba cuando se exponía a campos electromagnéticos de alta intensidad y protegía la antena de la energía de interferencia (Fig. 2).
Fig. 2.
1- concha;
2 — una cavidad llena de un material dieléctrico o gas fácilmente ionizante;
3 y 4 — capas exteriores de la cáscara;
5 — coleccionista;
6 — pantalla;
7— equipo protegido
Además de este dispositivo, se desarrolló y probó un dispositivo con propiedades no lineales, que es una rejilla metálica en la que se incluyeron diodos para cerrar las celdas de la rejilla cuando se exponen a potentes EMF. radiación.
Se sabe que cuando una persona permanece durante mucho tiempo en una habitación blindada, su rendimiento disminuye y sus indicadores de salud se deterioran. La razón de esto es una disminución de los factores electromagnéticos naturales en la habitación: campo geomagnético, campo eléctrico, ondas de Schumann, etc. De acuerdo con las directrices de la Supervisión Sanitaria y Epidemiológica del Estado R.2.2.755-99, el nivel de reducción del campo geomagnético en los lugares de trabajo industriales se incluye en el número de factores electromagnéticos sujetos a control periódico obligatorio.
El uso de material no lineal para proteger los lugares de trabajo resuelve este problema: los campos naturales no se debilitan y se protegen de los fuertes impactos provocados por el hombre.
Actualmente, se han desarrollado los requisitos teóricos para crear un material compuesto en láminas con una capa de barrera interna con propiedades no lineales. Los principales objetivos del desarrollo de dicho material son: soporte tecnológico para las características de frecuencia y amplitud especificadas, producción del material en un solo paso tecnológico, para que el material sea económico y adecuado para uso masivo en dispositivos electrónicos. Actualmente se han fabricado y probado las primeras muestras de dicho material. Se puede utilizar no solo para proteger dispositivos electrónicos de los efectos de la radiación EMR y EMR-microondas, sino también para proteger a los humanos de la radiación de radares, radares, radiación de teléfonos celulares, para crear sensores de umbral y registradores de potente radiación EMF, etc. Sin embargo, debido a la falta de financiación, se suspendió el trabajo de creación de material no lineal.
El terrorismo electromagnético puede tener como objetivo no sólo dañar los equipos técnicos, sino también directamente la salud humana. Por ejemplo, la energía de una descarga eléctrica de aproximadamente 0,8 julios a través del cuerpo humano provoca un shock y 80 julios es mortal. Actualmente, se han obtenido los resultados de la investigación biológica y se está desarrollando un documento reglamentario, donde se contrasta la exposición a dosis de EMR potente con una reducción de la vida humana en un año. Parece que se puede lograr una protección humana asequible contra influencias no autorizadas utilizando materiales no lineales.
La difusión de las tecnologías para la creación de EMR y la disponibilidad de elementos de los dispositivos de generación de EMR pone en la agenda la protección de los dispositivos electrónicos, los sistemas de control de las instalaciones de energía e información y de las personas de los efectos de los factores electromagnéticos de origen natural, artificial y doméstico. terrorismo, que puede causar grandes daños económicos debido a fallas de sistemas electrónicos y dispositivos de comunicación, explosiones e incendios de sustancias inflamables y cortocircuitos en el cableado eléctrico. Por tanto, los problemas de aumentar la resistencia de las FER a los efectos de la EMR y el desarrollo de materiales no lineales son una tarea urgente de la actualidad.
Literatura
1. Kadukov A.E., Razumov A.V. Fundamentos del uso técnico y operacional-táctico de armas electromagnéticas”. Revista de Electrónica de San Petersburgo, vol. 2, 2000.
2. “Rusia está poniendo las armas del futuro en el mercado”, periódico “Independent Military Review” N 39 (261), 19 25 de octubre de 2001.
3. Ryabov Yu .GRAMO. y otros. “Problemas de seguridad electromagnética y compatibilidad de productos y lugares de trabajo”. Nuevo en EMS, vol. 4, 1998.
4. Ryabov Yu.G., Lopatkin S.M. «Principios básicos de la monitorización de la resistencia electromagnética de equipos radioelectrónicos». Industria de la radio, vol. 2, 1994.
5. Ryabov Yu.G., Baburin V.M., Stavinsky V.N. Problemas para garantizar la seguridad electrostática y electromagnética de los lugares de trabajo”. Normas y Calidad, vol. 4, 1996.
Добавить комментарий