Электромагнитный импульс (ЭМИ) – это естественное явление, вызванное резким ускорением частиц (в основном, электронов), которое приводит к возникновению интенсивного всплеска электромагнитной энергии. Повседневными примерами ЭМИ могут служить следующие явления: молния, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания и солнечные вспышки. Несмотря на то, что электромагнитный импульс способен вывести из строя электронные устройства, данную технологию можно применить для целенаправленного и безопасного отключения электронных устройств или для обеспечения безопасности персональных и конфиденциальных данных.

Шаги

Создание элементарного электромагнитного излучателя

Соберите необходимые материалы. Для создания простейшего электромагнитного излучателя вам понадобится одноразовый фотоаппарат, медная проволока, резиновые перчатки, припой, паяльник и железный прут. Все эти предметы можно приобрести в ближайшем строительном магазине.

• Чем толще проволоку вы возьмете для эксперимента, тем мощнее получится итоговый излучатель.
• Если вы не сможете найти железный прут, можете заменить его стержнем из неметаллического материала. Однако обратите внимание, что подобная замена негативно скажется на мощности производимого импульса.
• В ходе работы с электрическими деталями, способными удерживать заряд, или при пропускании электрического тока через объект, мы настоятельно рекомендуем надевать резиновые перчатки, дабы избежать возможного электрического удара.

1. Соберите электромагнитную катушку. Электромагнитная катушка – это устройство, которое состоит из двух отдельных, но в то же время взаимосвязанных деталей: проводника и сердечника. В данном случае в качестве сердечника будет выступать железный прут, а в качестве проводника – медная проволока.

   Припаяйте концы электромагнитной катушки к конденсатору. Конденсатор, как правило, имеет вид цилиндра с двумя контактами, а найти его можно на любой монтажной плате. В одноразовом фотоаппарате такой конденсатор отвечает за вспышку. Перед отпаиванием конденсатора обязательно вытащите батарейку из фотоаппарата, иначе вас может ударить током.

   Найдите безопасное место для тестирования своего электромагнитного излучателя. В зависимости от задействованных материалов, эффективный радиус действия вашего ЭМИ будет составлять примерно один метр в любом направлении. Как бы то ни было, любая электроника, попавшая под ЭМИ, будет уничтожена.

   • Не забывайте, что ЭМИ воздействует на все без исключения устройства в радиусе поражения, начиная от аппаратов жизнеобеспечения, вроде кардиостимуляторов, и заканчивая мобильными телефонами. Любой ущерб, причиненный этим устройством посредством ЭМИ, может повлечь за собой юридические последствия.
   • Заземленная площадка, вроде пня или пластмассового стола, является идеальной поверхностью для тестирования электромагнитного излучателя.

2. Найдите подходящий объект для испытаний. Так как электромагнитное поле воздействует лишь на электронику, подумайте о приобретении какого-то недорогого устройства в ближайшем магазине электроники. Эксперимент можно считать успешным, если после активации ЭМИ электронное устройство перестанет работать.

   • Множество магазинов канцелярских товаров торгуют достаточно недорогими электронными калькуляторами, с помощью которых вы можете проверить эффективность созданного излучателя.

3. Вставьте батарейку обратно в камеру. Для восстановления заряда необходимо пропустить через конденсатор электричество, которое впоследствии обеспечит вашу электромагнитную катушку током и создаст электромагнитный импульс. Поместите объект для испытаний как можно ближе к ЭМ излучателю.

   Дайте конденсатору зарядиться. Позвольте батарейке снова зарядить конденсатор, отсоединив его от электромагнитной катушки, затем уже в резиновых перчатках или пластиковыми щипцами снова их соедините. Работая голыми руками, вы рискуете получить удар током.

   Включите конденсатор. Активация вспышки на камере высвободит накопленное в конденсаторе электричество, которое при прохождении через катушку создаст электромагнитный импульс.

   Создание портативного устройства ЭМ излучения

   1. Соберите все необходимое. Создание портативного устройства ЭМИ пройдет более гладко, если при себе у вас будут все необходимые инструменты и компоненты. Вам понадобятся следующие предметы:

      Вытащите монтажную плату из фотоаппарата. Внутри одноразового фотоаппарата находится монтажная плата, которая и отвечает за его функционал. Для начала вытащите батарейки, а затем уже и саму плату, не забыв при этом отметить положение конденсатора.

      • Работая с фотоаппаратом и конденсатором в резиновых перчатках, вы тем самым обезопасите себя от возможного электрического удара.
      • Конденсаторы, как правило, имеют вид цилиндра с двумя контактами, прикрепленными к плате. Это одна из важнейших деталей будущего устройства ЭМИ.
      • После того как вы вытащите батарейку, щелкните пару раз фотоаппаратом, чтобы израсходовать накопленный заряд в конденсаторе. Из-за накопленного заряда вас в любой момент может ударить током.

   2. Обмотайте медную проволоку вокруг железного сердечника. Возьмите достаточное количество медной проволоки, чтобы равномерно идущие витки могли полностью покрыть железный сердечник. Также убедитесь, чтобы витки плотно прилегали друг к другу, иначе это негативно скажется на мощности ЭМИ.

      • Оставьте небольшое количество провода на краях обмотки. Они нужны, чтобы подсоединить к катушке остальную часть устройства.

   3. Нанесите изоляцию на радиоантенну. Радиоантенна послужит в качестве рукоятки, на которой будут закреплены катушка и плата от фотоаппарата. Оберните основание антенны изолентой, дабы уберечься от удара током.

      Закрепите плату на плотном куске картона. Картон послужит в качестве еще одного слоя изоляции, который убережет вас от неприятного электрического разряда. Возьмите плату и изолентой закрепите ее на картоне, но так, чтобы она не закрывала дорожки электропроводящей цепи.

      • Закрепите плату лицевой стороной вверх, чтобы конденсатор и его проводящие дорожки не контактировали с картоном.
      • На картонной подложке для печатной платы также должно хватить достаточно места для батарейного отсека.

   4. Закрепите электромагнитную катушку на конце радиоантенны. Поскольку для создания ЭМИ электрический ток должен пройти через катушку, неплохо бы добавить второй слой изоляции, поместив небольшой кусочек картона между катушкой и антенной. Возьмите изоленту и закрепите катушку на куске картона.

      Припаяйте источник питания. Найдите на плате разъемы для батарейки и соедините их с соответствующими контактами батарейного отсека. После этого можете закрепить все это дело изолентой на свободном участке картонки.

      Подсоедините катушку к конденсатору. Необходимо припаять края медной проволоки к электродам вашего конденсатора. Между конденсатором и электромагнитной катушкой также следует установить переключатель, который бы управлял потоком электроэнергии между этими двумя компонентами.

// 1 Комментарий

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!

Проникающая радиация ядерного взрыва сильно ионизирует воздушную среду, что приводит к возникновению мощных электромагнитных полей, которые ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом.

Электромагнитный импульс образуется в основном в результате комптоновского механизма, сущность которого заключается в следующем. Гамма-кванты взрыва, взаимодействуя с атомами окружающей среды, образуют медленные положительные ионы и быстрые электроны, которые движутся по направлению порождающих их гамма-квантов. В результате этого в окружающем пространстве возникают свободные электрические заряды, токи и поля. В свою очередь быстрые электроны также ионизируют среду, создавая медленные электроны и положительно заряженные ионы. В результате этого среда становится электропроводящей. Под действием электрического поля, созданного быстрыми электронами, медленные электроны начинают двигаться навстречу быстрым электронам, образуя ток проводимости.

При асимметричном выходе и распространении гамма-квантов, вызванном, например, границей раздела воздух-грунт при наземном ядерном взрыве, токи проводимости в ближней зоне (на расстоянии до нескольких километров от центра взрыва) замыкаются через грунт и порождают магнитное поле. При воздушных взрывах асимметрия в распределении гамма-квантов и соответственно порождаемых ими токов возникает в результате неоднородной плотности атмосферы по высоте, конструкции ядерного боеприпаса и ряда других причин. Изменяющиеся во времени электромагнитные поля способны распространяться за пределы источника, образуя поле излучения на больших расстояниях от центра взрыва.

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 10-8 с. Амплитуда электрического поля в ближней зоне может быть до сотен киловольт на метр. Распространение электромагнитного поля в проводящей среде приводит к его сравнительно быстрому затуханию. Амплитуда импульса убывает пропорционально расстоянию от центра взрыва.

Для низких воздушных взрывов параметры электромагнитного импульса остаются примерно такими же, как и для наземных, но с увеличением высоты взрыва их амплитуды уменьшаются. Амплитуды электромагнитного импульса подземного и надводного ядерных взрывов значительно меньше амплитуд электромагнитного импульса взрывов в атмосфере, поэтому поражающее действие его при этих взрывах.практически не проявляется.

Поражающее действие электромагнитного импульса ядерного взрыва

Поражающее действие электромагнитного импульса ядерного взрыва на вооружение и военную технику проявляется в нарушении работоспособности радиоэлектронной аппаратуры и электротехнического оборудования. Степень поражающего действия зависит от параметров электромагнитного импульса, стойкости аппаратуры и характера взаимодействия ее с электромагнитными полями ядерного взрыва. На практике обычно различают непосредственное действие электромагнитного импульса на аппаратуру и воздействие на нее через коммуникационные линии. Наводимые на коммуникационных линиях токи и напряжения могут представлять опасность для аппаратуры и личного состава, находящихся на безопасных удалениях от воздействия других поражающих факторов ядерного взрыва

Уязвимыми к непосредственному воздействию электромагнитного импульса являются наиболее чувствительные элементы радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры (магнитные сердечники, пьезоэлементы, электровакуумные и газоразрядные приборы и др.). В результате непосредственного воздействия электромагнитного импульса и в зависимости от типа элемента, а также особенностей его конструкции одни из них могут временно или полностью потерять работоспособность, другие - вносить существенные помехи в работу аппаратуры.

Так, для некоторых магнитных сердечников, изготовленных из марганцово-цинковых ферритов и работающих в слабых полях, характерно сравнительно длительное время восстановления магнитной проницаемости, достигающее 30 мин после воздействия импульсного магнитного поля. Изменение магнитной проницаемости сердечников влияет на величину индуктивности дросселей и катушек и, следовательно, на работоспособность аппаратуры в целом

В пьезоэлементах на длительное время изменяется частота кварцевого резонатора в результате поглощения энергии электромагнитного поля. Работоспособность электровакуумных и газоразрядных приборов может быть нарушена в результате возникновения на выводах напряжений и токов от воздействия электромагнитного импульса.

В общем случае нарушение нормальной работы радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры в результате непосредственного воздействия электромагнитного импульса можно отнести к довольно редким явлениям, поскольку металлические кожухи самой аппаратуры, ограждающие конструкции сооружений, корпуса летательных аппаратов и т. п., в которых она размещается, значительно ослабляют поражающее действие электромагнитного импульса. Личный состав не поражается от непосредственного действия электромагнитного импульса. В наибольшей степени поражающее действие электромагнитного импульса на личный состав, радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру проявляется от наведенных токов и напряжений в кабельных линиях и антенно-фидерных устройствах.

Особенно высокие напряжения и значительные токи наводятся в кабельных линиях и антенно-фидерных устройствах, расположенных за пределами экранированных объектов. Так, например, амплитудные значения напряжения на жилах кабельной линии относительно их металлопокрова при условии, если линия оказывается вблизи центра наземного взрыва, могут достигать десятков киловольт, а тока в металлопокрове кабеля - десятков килоампер.

Наведенные токи и напряжения могут превысить допустимые уровни для аппаратуры, подключенной к кабельным линиям и антенно-фидерным устройствам. В результате чего такая аппаратура, расположенная вне зоны действия других поражающих факторов, получит повреждения. Наведенные токи и напряжения могут приводить также к появлению ложных сигналов и к сбоям в работе радиоэлектронных систем.

На практике стойкость приборов к действию импульсных напряжений и токов обычно характеризуют пороговой энергией повреждения, предельной величиной и скоростью нарастания (крутизной) импульса напряжения (тока).

В общем случае различают необратимые и обратимые нарушения работоспособности аппаратуры от воздействия электромагнитного импульса. Необратимые нарушения могут быть следствием либо тепловой перегрузки, либо электрического перенапряжения.

В результате тепловой перегрузки могут наблюдаться следующие повреждения элементов аппаратуры:

• перегорание предохранительных вставок, резисторов;
• разрушение обкладок керамических конденсаторов и электродов маломощных разрядников;
• спекание контактов слаботочных реле;
• обрыв проводов в местах пайки (сварки);
• расплавление токоведущих и резистивных слоев полупроводниковых приборов.

Следствием электрического перенапряжения могут быть электрические пробои, которые характерны для конденсаторов, переходных штепсельных разъемов, контактных групп реле, изоляции кабельных изделий. Нередки случаи, когда эффекты электрического пробоя и тепловой перегрузки происходят вместе, взаимно влияют друг на друга.

К обратимым изменениям относятся временные сбои в работе аппаратуры. Обратимые изменения, как правило, имеют место при коротких импульсных напряжениях, энергия которых недостаточна для появления необратимых изменений.

Стойкость изделий радиоэлектронной техники и электротехники к воздействию импульсных напряжений (токов) в значительной степени отличается друг от друга. Так, например, для повреждения транзисторов и диодов требуется энергия от 10^-1 до 10^-8 Дж, для реле различных типов от 10^-1 до 10^-3 Дж, для электродвигателей и трансформаторов - более 10 Дж. В целом стойкость аппаратуры к воздействию импульсных (напряжений) зависит от стойкости комплектующих ее изделий.

По степени подверженности воздействию наведенных токов и напряжений радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру условно разделяют на три группы:

• высокочувствительную (устройства и приборы на микромодулях и микросхемах);
• средней чувствительности (аппаратура, в состав которой входят слаботочные реле, электровакуумные приборы, транзисторы средней и большой мощности);
• низкочувствительную (аппаратура электросилового оборудования, электродвигатели и трансформаторы, автоматы, контакторы, реле и другие коммутационные и защитные аппараты силовых распределительных сетей).

В общем случае воздействие на аппаратуру и ее отказы зависят от параметров электромагнитного импульса, стойкости самой аппаратуры, электрофизических характеристик грунта (проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемость, пробивное напряжение), характеристик кабельных изделий и антенно-фидерных устройств, подключенных к аппаратуре. Однозначно оценить роль каждого из этих факторов, как правило, не представляется возможным, так как они сложным образом связаны между собой. Поэтому оценивать воздействие электромагнитного импульса на радиоэлектронные и электротехнические системы объектов необходимо отдельно для каждого конкретного случая с комплексным учетом действия всех этих факторов.

Эффективным способом защиты радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры является применение металлических экранов, которые в значительной мере снижают параметры электромагнитного импульса в экранированной полости. Электромагнитные поля могут появиться внутри экрана из-за диффузии внешних полей через стенки экрана, проникновения через неоднородности в экране (отверстия, щели и т. п.), а также за счет токов, заносимых внутрь экрана по металлопокровам внешних кабельных линий и с антенно-фидерных устройств.

В целях повышения эффективности защиты аппаратуры, расположенной внутри реальных экранов, применяют следующие меры:

• отдельные части экрана соединяют сваркой, выполненной сплошным непрерывным швом;
• металлические покрытия дверей в сооружениях электрически соединяют с основным экраном;
• применяют специальные трубы (патрубки) для ввода кабельных линий в сооружения; при этом трубы приваривают к основному экрану;
• металлопокровы кабельных линий и антенно-фидерных устройств соединяют с внешним контуром заземления сооруже­ния или экраном сооружения с внешней его стороны;
• высокочувствительную аппаратуру размещают в центральной части экранированной полости;
• вентиляционные отверстия в экране оборудуют электромагнитной защитой в виде металлических коробов (волноводов) или металлической сетки, устанавливаемой на входе в отверстия.

Для защиты аппаратуры, подключенной к внешним кабельным линиям и антенно-фидерным устройствам, устанавливают разрядники, дренажные катушки; применяют полупроводниковые стабилитроны (опорные диоды) для защиты высокочувствительной радиоэлектронной аппаратуры. Используют кабели с малым сопротивлением металлопокровов, прокладывают параллельно с кабельными линиями защитные тросы и другие способы защиты.

Наведенные токи и напряжения могут представлять опасность для личного состава, находящегося в соприкосновении с электропроводящими коммуникациями.

Для защиты личного состава от поражающего действия наведенных токов и напряжений наряду с общими мероприятиями по обеспечению электробезопасности необходимо принимать следующие дополнительные меры: покрывать полы рабочих помещений изоляционным материалом; применять рациональное заземление, обеспечивающее выравнивание потенциалов между частями электроустановок, металлоконструкций, стоек с аппаратурой, щитов, блоков и т. д., которых одновременно может касаться личный состав; строго соблюдать требования техники безопасности по эксплуатации импульсных электроразрядных установок при проведении работ, связанных с выполнением профилактических мероприятий и ремонтом аппаратуры и кабельных линий

Поражающее действие электромагнитного импульса (ЭМИ) обусловлено возникновением наведённых напряжений и токов в различных проводниках. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к электрической и радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее уязвимы линии связи, сигнализации и управления. При этом может произойти пробой изоляции, повреждение трансформаторов, порча полупроводниковых приборов и т. п.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭМИ

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. С 1970 года вопросы защиты оружия и военной техники от ЭМИ стали рассматриваться министерством обороны как имеющие высшую приоритетность.

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 решетки. 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.

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 слаботочные цепи и радиоэлектронные приборы нормально действуют при напряжениях в несколько вольт и токах силой до нескольких десятков миллиампер, то для их абсолютно надежной защиты от ЭМИ требуется обеспечить снижение величины токов и напряжений в кабелях, до шести порядков.

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЗАЩИТЫ ОТ ЭМИ

Идеальной защитой от ЭМИ явилось бы полное укрытие помещения, в котором размещена радиоэлектронная аппаратура, металлическим экраном. Вместе с тем ясно, что практически обеспечить такую защиту в ряде случаев невозможно, т.к. для работы аппаратуры часто требуется обеспечить ее электрическую связь с внешними устройствами. Поэтому используются менее надежные средства защиты, такие, как токопроводящие сетки или пленочные покрытия для окон, сотовые металлические конструкции для воздухозаборников и вентиляционных отверстий и контактные пружинные прокладки, размещаемые по периметру дверей и люков.

Более сложной технической проблемой считается защита от проникновения ЭМИ в аппаратуру через различные кабельные вводы. Радикальным решением данной проблемы мог бы стать переход от электрических сетей связи к практически не подверженным воздействию ЭМИ волоконно-оптическим. Однако замена полупроводниковых приборов во всем спектре выполняемых ими функций электронно-оптическими устройствами возможно только в отдаленном будущем. Поэтому в настоящее время в качестве средств защиты кабельных вводов наиболее широко используются фильтры, в том числе волоконные, а также искровые разрядники, металлоокисные варисторы и высокоскоростные зенеровские диоды.

Все эти средства имеют как преимущества, так и недостатки. Так, емкостно-индуктивные фильтры достаточно эффективны для защиты от ЭМИ малой интенсивности, а волоконные фильтры защищают в относительно узком диапазоне сверхвысоких частот.Искровые разрядники обладают значительной инерционностью и в основном пригодны для защиты от перегрузок, возникающих под воздействием напряжений и токов, наводимых в обшивке самолета, кожухе аппаратуры и оплетке кабеля.

Металлоокисные варисторы, представляют собой полупроводниковые приборы, резко повышающие свою проводимость при высоком напряжении. Однако, при применении этих приборов в качестве средств защиты от ЭМИ следует учитывать их недостаточно высокое быстродействие и ухудшение характеристик при неоднократном воздействии нагрузок. Эти недостатки отсутствуют у высокоскоростных зенеровских диодов, действие которых основано на резком лавинообразном изменении сопротивления от относительно высокого значения практически до нуля при превышении приложенного к ним напряжения определенной пороговой величины. Кроме того в отличии от варисторов характеристики зенеровских диодов после многократных воздействий высоких напряжений и переключений режимов не ухудшаются.

Наиболее рациональным подходом к проектированию средств защиты от ЭМИ кабельных вводов является создание таких разъемов, в конструкции которых предусмотрены специальные меры, обеспечивающие формирование элементов фильтров и установку встроенных зенеровских диодов. Подобное решение способствует получению очень малых значений емкости и индуктивности, что необходимо для обеспечения защиты от импульсов, которые имеют незначительную длительность и, следовательно, мощную высокочастотную составляющую. Использование разъемов подобной конструкции позволит решить проблему органичения массо-габаритных характеристик устройства защиты.

Клетка Фарадея - устройство для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала.

Принцип работы клетки Фарадея очень простой - при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле.

Клетка Фарадея защищает только от электрического поля. Статическое магнитное поле будет проникать внутрь. Изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое. Поэтому если с помощью клетки Фарадея блокируется изменяющееся электрическое поле, то изменяющееся магнитное поле генерироваться также не будет.

Однако в области высоких частот действие такого экрана основано на отражении электромагнитных волн от поверхности экрана и затухании высокочастотной энергии в его толще вследствие тепловых потерь на вихревые токи.

Способность клетки Фарадея экранировать электромагнитное излучение определяется:
толщиной материала, из которого она изготовлена;
глубиной поверхностного эффекта;
соотношением размеров проёмов в ней с длиной волны внешнего излучения.
Для экранировки кабеля необходимо создать клетку Фарадея с хорошо проводящей поверхностью по всей длине экранируемых проводников. Для того чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.

Ударная волна

Ударная волна (УВ) - область резко сжатого воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до высокой температуры (несколько десятков тысяч градусов). Этот слой сжатого воздуха представляет ударную волну. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны. За фронтом УВ следует область разряжения, где давление ниже атмосферного. Вблизи центра взрыва скорость распространения УВ в несколько раз превышает скорость звука. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает. На больших расстояниях ее скорость приближается к скорости распространения звука в воздухе.

Ударная волна боеприпаса средней мощности проходит: первый километр за 1,4 с; второй - за 4 с; пятый - за 12 с.

Поражающее воздействие УВ на людей, технику, здания и сооружения характеризуется: скоростным напором; избыточным давлением во фронте движения УВ и временем ее воздействия на объект (фаза сжатия).

Воздействие УВ на людей может быть непосредственным и косвенным. При непосредственном воздействии причиной травм является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается как резкий удар, ведущий к переломам, повреждению внутренних органов, разрыву кровеносных сосудов. При косвенном воздействии люди поражаются летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами. Косвенное воздействие достигает 80 % от всех поражений.

При избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см 2) незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие УВ с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждение органов слуха, сильные вывихи конечностей, поражения внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.

Степень поражения ударной волной различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, механической прочности (устойчивости объекта), а также от расстояния, на котором произошел взрыв, рельефа местности и положения объектов на местности.

Для защиты от воздействия УВ следует использовать: траншеи, щели и окопы, снижающие се действие в 1,5-2 раза; блиндажи - в 2-3 раза; убежища - в 3-5 раз; подвалы домов (зданий); рельеф местности (лес, овраги, лощины и т. д.).

Электромагнитный импульс (ЭМИ) - это совокупность электрических и магнитных полей, возникающих в результате ионизации атомов среды под воздействием гамма-излучения. Продолжительность его действия составляет несколько миллисекунд.

Основными параметрами ЭМИ являются наводимые в проводах и кабельных линиях токи и напряжения, которые могут приводить к повреждению и выводу из строя радиоэлектронной аппаратуры, а иногда и к повреждению работающих с аппаратурой людей.

При наземном и воздушном взрывах поражающее действие электромагнитного импульса наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра ядерного взрыва.

Наиболее эффективной защитой от электромагнитного импульса является экранирование линий энергоснабжения и управления, а также радио- и электроаппаратуры.

Обстановка, складывающаяся при применении ядерного оружия в очагах поражения.

Очаг ядерного поражения - это территория, в пределах которой в результате применения ядерного оружия произошли массовые поражения и гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, разрушения и повреждения зданий и сооружений, коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, транспортных коммуникаций и других объектов.