Elektromanyetik nabız - Electromagnetic pulse

Bir elektromanyetik nabız (EMP), bazen geçici bir elektromanyetik bozulma olarak da adlandırılır, kısa bir patlama elektromanyetik enerji. Böyle bir nabzın kaynağı doğal bir olay veya insan yapımı olabilir ve yayılan, elektrik veya manyetik alan veya yürütülen elektrik akımı kaynağa bağlı olarak.

EMP paraziti genellikle elektronik ekipmanı bozar veya zarar verir ve daha yüksek enerji seviyelerinde, yıldırım çarpması gibi güçlü bir EMP olayı, binalar ve uçak yapıları gibi fiziksel nesnelere zarar verebilir. EMP etkilerinin yönetimi, aşağıdakilerin önemli bir dalıdır: Elektromanyetik uyumluluk (EMC) mühendisliği.

Silahlar, yüksek enerjili EMP'nin zararlı etkilerini sağlamak için geliştirilmiştir.

Genel özellikleri

Elektromanyetik darbe, kısa bir elektromanyetik enerji dalgalanmasıdır. Kısa süresi, bir dizi frekansa yayılacağı anlamına gelir. Bakliyat tipik olarak şu şekilde karakterize edilir:

• Enerjinin türü (yayılan, elektrik, manyetik veya iletilen).
• Aralık veya spektrum mevcut frekansların.
• Darbe dalga formu: şekil, süre ve genlik.

Bunlardan son ikisi, frekans spektrumu ve darbe dalga formu, birbiriyle ilişkilidir. Fourier dönüşümü ve aynı nabzı tanımlamanın iki yolu olarak görülebilir.

Enerji türleri

EMP enerjisi, dört formdan herhangi birinde aktarılabilir:

• Elektrik alanı
• Manyetik alan
• Elektromanyetik radyasyon
• Elektrik iletimi

Göre Maxwell denklemleri, bir elektrik enerjisi darbesine her zaman bir manyetik enerji darbesi eşlik edecektir. Tipik bir darbede, ya elektrik ya da manyetik biçim hakim olacaktır.

Genel olarak, radyasyon yalnızca uzun mesafelerde etki eder, manyetik ve elektrik alanlar kısa mesafelerde etki eder. Gibi birkaç istisna vardır: güneş manyetik parlama.

Frekans aralıkları

Bir elektromanyetik enerji darbesi, tipik olarak, kaynağa bağlı olarak çok düşükten bir üst sınıra kadar birçok frekansı içerir. Bazen "DC'den gün ışığına" olarak adlandırılan EMP olarak tanımlanan aralık, optik (kızılötesi, görünür, ultraviyole) ve iyonize edici (X ve gama ışınları) aralıkları içeren en yüksek frekansları hariç tutar.

Yıldırım ve kıvılcım gibi bazı EMP olayları optik bir iz bırakabilir, ancak bunlar havadaki akım akışının yan etkileridir ve EMP'nin kendisinin bir parçası değildir.

Darbe dalga formları

Bir darbenin dalga biçimi, anlık genliğinin (alan gücü veya akımı) zaman içinde nasıl değiştiğini açıklar. Gerçek darbeler oldukça karmaşık olma eğilimindedir, bu nedenle genellikle basitleştirilmiş modeller kullanılır. Böyle bir model tipik olarak bir diyagramda veya matematiksel bir denklem olarak tanımlanır.

Dikdörtgen darbe

Çift üstel darbe

Sönümlü sinüs dalgası darbesi

Elektromanyetik darbelerin çoğu, maksimum seviyelerine hızla yükselen çok keskin bir ön kenara sahiptir. Klasik model, dik bir şekilde tırmanan, hızla zirveye ulaşan ve daha sonra daha yavaş bozulan çift üstel bir eğridir. Bununla birlikte, kontrollü bir anahtarlama devresinden gelen darbeler, genellikle dikdörtgen veya "kare" bir darbe biçimine yaklaşır.

EMP olayları genellikle çevreleyen ortamda veya malzemede karşılık gelen bir sinyali indükler. Bağlanma genellikle nispeten dar bir frekans bandında en güçlü şekilde meydana gelir ve bir karakteristiğe yol açar. sönümlü sinüs dalgası. Görsel olarak, çift üstel eğrinin daha uzun ömürlü zarfında büyüyen ve bozulan yüksek frekanslı bir sinüs dalgası olarak gösterilir. Sönümlü bir sinüs dalgası tipik olarak, kuplaj modunun transfer karakteristiği nedeniyle orijinal darbeden çok daha düşük enerjiye ve daha dar bir frekans dağılımına sahiptir. Uygulamada, EMP test ekipmanı, yüksek enerjili tehdit darbelerini yeniden oluşturmaya çalışmak yerine genellikle bu sönümlü sinüs dalgalarını doğrudan enjekte eder.

Bir dijital saat devresinden gelen gibi bir darbe dizisinde, dalga biçimi düzenli aralıklarla tekrarlanır. Böylesine düzenli, tekrar eden bir treni karakterize etmek için tek bir tam darbe döngüsü yeterlidir.

Türler

Kaynağın kısa süreli bir enerji darbesi yaydığı yerde bir EMP ortaya çıkar. Enerji, doğası gereği genellikle geniş banttır, ancak genellikle nispeten dar bir bandı uyarır. sönümlü sinüs dalgası çevreleyen ortamda tepki. Bazı türler tekrarlayan ve düzenli olarak oluşturulur nabız trenler.

Doğal, insan yapımı ve silah efektlerinden farklı EMP türleri ortaya çıkar.

Doğal EMP olay türleri şunları içerir:

• Şimşek elektromanyetik darbe (LEMP). Deşarj, tipik olarak, en azından mega-amperlik bir ilk büyük akım akışıdır ve bunu, azalan enerji darbeleri dizisi izler.
• Elektrostatik deşarj (ESD), iki yüklü nesnenin yakınlaşması veya hatta temas etmesi sonucu.
• Meteorik EMP. Elektromanyetik enerjinin deşarjı, bir göktaşı bir uzay aracı veya Dünya'nın atmosferinden geçen bir göktaşı patlamasıyla.^[1][2]
• Koronal kütle çıkarma (CME), bazen solar EMP olarak anılır. Bir patlama plazma ve buna eşlik eden manyetik alan, güneş koronasından fırlatılır ve Güneş rüzgarı.^[3]

İnsan yapımı (sivil) EMP etkinliği türleri şunları içerir:

• İzole veya tekrarlayan (bir darbe katarı olarak) elektrik devresinin anahtarlama eylemi.
• Elektrik motorları dahili elektrik kontakları armatür dönerken bağlantıları yapıp keserken bir darbe dizisi oluşturabilir.
• Benzinli motor ateşleme sistemleri, bujilere enerji verildiğinde veya ateşlendiğinde bir dizi darbe oluşturabilir.
• Dijital elektronik devrenin sürekli anahtarlama eylemleri.
• Güç hattı dalgalanmalar. Bunlar, yeterince korunmayan elektronik ekipmana zarar vermeye yetecek kadar birkaç kilovolta kadar olabilir.

Askeri EMP türleri şunları içerir:

• Nükleer elektromanyetik darbe (NEMP), bir nükleer patlama sonucu. Bunun bir varyantı, parçacık etkileşimleri nedeniyle ikincil bir darbe üreten yüksek irtifa nükleer EMP'dir (HEMP). Dünya atmosferi ve manyetik alan.
• Nükleer olmayan elektromanyetik darbe (NNEMP) silahları.

Şimşek

Yıldırım olağandışı bir durumdur, çünkü tipik olarak ana darbeye kadar düşük enerjili bir bina ön "lider" deşarjına sahiptir ve bunu daha sonra birkaç küçük patlamayla aralıklarla takip edebilir.^[4][5]

Elektrostatik boşalma (ESD)

ESD olayları, birçok kV'lik yüksek gerilimler, ancak küçük akımlarla karakterize edilir ve bazen görünür kıvılcımlara neden olur. ESD, teknik olarak şimşek çakması çok büyük bir ESD olayı olsa da, küçük, lokalize bir fenomen olarak değerlendirilir. ESD aynı zamanda insan yapımı da olabilir, tıpkı bir Van de Graaff jeneratör.

Bir ESD olayı, insanlara rahatsız edici bir şok vermenin yanı sıra yüksek voltajlı bir darbe enjekte ederek elektronik devrelere zarar verebilir. Böyle bir ESD olayı kıvılcımlar da oluşturabilir ve bu da yangınları veya yakıt buharı patlamalarını tutuşturabilir. Bu nedenle, bir uçağa yakıt ikmali yapmadan veya herhangi bir yakıt buharını havaya maruz bırakmadan önce, yakıt nozulu, herhangi bir statik elektriği güvenli bir şekilde boşaltmak için öncelikle uçağa bağlanır.

Darbelerin değiştirilmesi

Bir elektrik devresinin anahtarlama hareketi, elektrik akışında keskin bir değişiklik yaratır. Bu keskin değişiklik bir EMP biçimidir.

Basit elektrik kaynakları arasında röleler, solenoidler ve elektrik motorlarındaki fırça kontakları gibi endüktif yükler bulunur. Bunlar tipik olarak mevcut herhangi bir elektrik bağlantısını düşürmenin yanı sıra bir enerji darbesi yayar. Genlik genellikle küçüktür ve sinyal "gürültü" veya "girişim" olarak değerlendirilebilir. Bir devrenin kapatılması veya "açılması", akan akımda ani bir değişikliğe neden olur. Bu da, açık kontaklar boyunca elektrik alanında büyük bir darbeye neden olarak kıvılcıma ve hasara neden olabilir. Bu tür efektleri sınırlamak için genellikle tasarım özelliklerini dahil etmek gerekir.

Vakum tüpleri veya valfler, transistörler ve diyotlar gibi elektronik cihazlar da çok hızlı bir şekilde açılıp kapanarak benzer sorunlara neden olabilir. Tek seferlik darbeler, katı hal anahtarlarından ve yalnızca ara sıra kullanılan diğer cihazlardan kaynaklanabilir. Bununla birlikte, modern bir bilgisayardaki milyonlarca transistör, 1 GHz üzerindeki frekanslarda tekrar tekrar geçiş yapabilir ve sürekli gibi görünen parazite neden olabilir.

Nükleer elektromanyetik darbe (NEMP)

Nükleer elektromanyetik darbe, elektromanyetik radyasyonun ani darbesidir. nükleer patlama. Ortaya çıkan hızla değişen elektrik alanları ve manyetik alanlar, zarar verici akım üretmek için elektrik / elektronik sistemlerle birleşebilir ve voltaj dalgalanmaları.^[6]

Yoğun gama radyasyonu yayılan havayı da iyonlaştırarak ikincil bir EMP oluşturabilir, çünkü hava atomları önce elektronlarını kaybederler ve sonra geri kazanırlar.

NEMP silahlar, birincil hasar mekanizması olarak bu tür EMP etkilerini en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır ve bazıları hassas elektronik ekipmanı geniş bir alan üzerinde yok edebilir.

Yüksek irtifa elektromanyetik darbe (HEMP) silahı, Dünya yüzeyinin çok üzerinde patlatılmak üzere tasarlanmış bir NEMP savaş başlığıdır. Patlama, ortasına bir gama ışını patlaması yayar.stratosfer İkincil bir etki olarak iyonize olan ve sonuçta ortaya çıkan enerjik serbest elektronlar, daha düşük irtifalarda daha yoğun havada normalde üretilenden çok daha güçlü bir EMP üretmek için Dünya'nın manyetik alanıyla etkileşime girer.

Nükleer olmayan elektromanyetik darbe (NNEMP)

Nükleer olmayan elektromanyetik darbe (NNEMP), nükleer teknoloji kullanılmadan silah tarafından üretilen bir elektromanyetik darbedir. Bu amaca ulaşabilen cihazlar, büyük bir düşük endüktans içerir. kapasitör banka tek döngülü bir antene, bir mikrodalga jeneratörüne ve bir patlayıcı olarak pompalanan akı sıkıştırma jeneratörü. Optimum için gereken darbenin frekans özelliklerini elde etmek için bağlantı hedefe dalga -şekillendirici devreler veya mikrodalga jeneratörleri, darbe kaynağı ile sinyal kaynağı arasına eklenir. anten. Vircators yüksek enerjili darbelerin mikrodalgaya dönüştürülmesi için özellikle uygun olan vakum tüpleridir.^[7]

NNEMP jeneratörleri bir bomba yükü olarak taşınabilir, Seyir füzesi (benzeri ŞAMPİYON füze) ve dronlar azaltılmış mekanik, termal ve iyonlaştırıcı radyasyon etkileriyle, ancak nükleer silahların konuşlandırılmasının sonuçları olmadan.

NNEMP silahlarının menzili nükleer EMP'den çok daha azdır. Silah olarak kullanılan neredeyse tüm NNEMP cihazları, ilk enerji kaynağı olarak kimyasal patlayıcılara ihtiyaç duyar ve yalnızca 10 adet üretir.⁻⁶ (bir milyonda biri) benzer ağırlıktaki nükleer patlayıcıların enerjisi.^[8] NNEMP silahlarının elektromanyetik darbesi silahın içinden gelmelidir, nükleer silahlar ise ikincil bir etki olarak EMP üretir.^[9] Bu gerçekler, NNEMP silahlarının menzilini sınırlar, ancak daha hassas hedef ayrımcılığına izin verir. Küçük e-bombaların etkisinin belirli terörist veya askeri operasyonlar için yeterli olduğu kanıtlanmıştır.^{[kaynak belirtilmeli ]} Bu tür operasyonların örnekleri, birçok kara aracı ve hava taşıtının çalışması için kritik olan elektronik kontrol sistemlerinin imhasını içerir.^{[10][ek alıntı gerekli ]}

Nükleer olmayan bir elektromanyetik darbe üretmek için patlayarak pompalanan akı sıkıştırma üreteci kavramı, 1951 gibi erken bir tarihte Andrei Sakharov Sovyetler Birliği'nde^[11] ancak ülkeler, diğer ülkelerde benzer fikirler ortaya çıkıncaya kadar sınıflandırılan nükleer olmayan ÇYP üzerinde çalışmaya devam ettiler.

Elektromanyetik şekillendirme

Elektromanyetik darbeler tarafından üretilen büyük kuvvetler, üretim süreçlerinin bir parçası olarak nesneleri şekillendirmek veya oluşturmak için kullanılabilir.

Etkileri

Küçük EMP olayları ve özellikle darbeli trenler, hassas cihazların çalışmasını etkileyebilecek düşük seviyelerde elektriksel gürültüye veya parazite neden olur. Örneğin, yirminci yüzyılın ortalarında yaygın bir sorun, benzinli motorların ateşleme sistemleri tarafından yayılan ve radyo setlerinin çatırdamasına ve TV setlerinin ekranda çizgiler göstermesine neden olan parazitti. Araç üreticilerinin parazit önleyiciler takması için kanunlar çıkarıldı.

Yüksek voltaj seviyesinde bir EMP, örneğin benzinli motorlu bir araca yakıt doldururken elektrostatik deşarjdan bir kıvılcım indükleyebilir. Bu tür kıvılcımların yakıt-hava patlamalarına neden olduğu bilinmektedir ve bunları önlemek için önlemler alınmalıdır.^[12]

Büyük ve enerjik bir EMP, kurban birimde yüksek akımlar ve gerilimler oluşturarak işlevini geçici olarak kesintiye uğratabilir ve hatta kalıcı olarak zarar verebilir.

Güçlü bir EMP ayrıca manyetik malzemeleri doğrudan etkileyebilir ve aşağıdaki gibi ortamlarda depolanan verileri bozabilir. Manyetik bant ve bilgisayar sabit sürücüler. Sabit sürücüler genellikle ağır metal muhafazalarla korunur. Biraz BT varlık yönetimi hizmet sağlayıcılar ve bilgisayar geri dönüştürücüler, bu tür manyetik ortamları silmek için kontrollü bir EMP kullanır.^[13]

Yıldırım çarpması gibi çok büyük bir EMP olayı, aynı zamanda, ağaçlar, binalar ve uçaklar gibi nesnelere, ya ısıtma etkileri ya da akımın oluşturduğu çok büyük manyetik alanın bozucu etkileri yoluyla doğrudan zarar verebilir. Dolaylı bir etki, ısınmanın neden olduğu elektrik yangınları olabilir. Çoğu mühendislik yapı ve sistemi, tasarlanacak yıldırımlara karşı bir tür koruma gerektirir.

Yüksek enerjili EMP'nin zararlı etkileri, küçük etki yarıçapına sahip taktik füzelerden geniş bir alanda maksimum EMP etkisi için tasarlanmış nükleer bombalara kadar EMP silahlarının kullanılmasına yol açtı.

Kontrol

EMP simülatörü HAGII-C testi a Boeing E-4 uçak.

EMPRESS I (kıyı şeridi boyunca antenler) ile USSEstosin (FFG-15) test için ön plana demirlendi.

Herhangi biri gibi elektromanyetik girişim ÇYP'den kaynaklanan tehdit, kontrol önlemlerine tabidir. Tehdit ister doğal ister insan yapımı olsun, bu doğrudur.

Bu nedenle, çoğu kontrol önlemi, ekipmanın EMP etkilerine duyarlılığına odaklanır ve sertleşme veya onu zarardan korumak. Silahlar dışındaki insan yapımı kaynaklar da, yayılan darbe enerjisi miktarını sınırlamak için kontrol önlemlerine tabidir.

EMP ve diğer RF tehditlerinin varlığında doğru ekipman çalışmasını sağlama disiplini elektromanyetik uyumluluk (EMC) olarak bilinir.

Test simülasyonu

EMP'nin tasarlanmış sistemler ve ekipmanlar üzerindeki etkilerini test etmek için bir EMP simülatörü kullanılabilir.

İndüklenmiş darbe simülasyonu

İndüklenen darbeler, tehdit darbelerinden çok daha düşük enerjiye sahiptir ve bu nedenle yaratılması daha pratiktir, ancak daha az tahmin edilebilirdir. Yaygın bir test tekniği, bir akım kıskacı tersine, test edilen ekipmana bağlı bir kabloya bir dizi sönümlenmiş sinüs dalgası sinyali enjekte etmek için. Sönümlü sinüs dalgası üreteci, meydana gelmesi muhtemel indüklenmiş sinyallerin aralığını yeniden üretebilir.

Tehdit darbe simülasyonu

Bazen tehdit darbesinin kendisi tekrarlanabilir bir şekilde simüle edilir. Darbe, kurbanın sönümlü sinüs dalgası enjeksiyonundan önce tepkisini karakterize etmek için düşük enerjide veya gerçek tehdit koşullarını yeniden oluşturmak için yüksek enerjide yeniden üretilebilir.

Küçük ölçekli ESD simülatörü elde taşınabilir.

Tezgah veya oda büyüklüğündeki simülatörler, üretilecek tehdidin türüne ve düzeyine bağlı olarak bir dizi tasarıma sahiptir.

Ölçeğin en üst noktasında, birkaç ülke tarafından yüksek enerjili EMP simülatörlerini içeren büyük açık hava test tesisleri inşa edilmiştir.^[14][15] En büyük tesisler, gemiler ve uçaklar dahil olmak üzere tüm araçları EMP'ye duyarlılık açısından test edebilmektedir. Bu büyük EMP simülatörlerinin neredeyse tamamı, bir Marx jeneratör.^[14][15]

Örnekler arasında büyük ahşap yapılı ATLAS-I simülatör (TRESTLE olarak da bilinir) Sandia Ulusal Laboratuvarları, Bir zamanlar dünyanın en büyük EMP simülatörü olan New Mexico.^[16] Bu ve Amerika Birleşik Devletleri'nin son bölümlerinde kullandığı diğer büyük EMP simülatörleri hakkında makaleler Soğuk Savaş, elektromanyetik darbeler hakkında daha genel bilgilerle birlikte, şimdi New Mexico Üniversitesi'nde barındırılan SUMMA Vakfı'nın bakımında.^[17][18] ABD Donanması ayrıca Gemiler için Elektro Manyetik Darbe Radyasyon Çevresel Simülatörü I (EMPRESS I) adlı büyük bir tesise sahiptir.

Emniyet

Yüksek seviyeli EMP sinyalleri, insan güvenliği için bir tehdit oluşturabilir. Bu tür durumlarda, canlı bir elektrik iletkeniyle doğrudan temastan kaçınılmalıdır. Bunun meydana geldiği yerde, örneğin bir Van de Graaf jeneratör veya diğer yüksek yüklü nesneler için, uzaklaşırken zararlı bir şok darbesi riskinden kaçınmak için nesneyi serbest bırakmaya ve ardından vücudu yüksek bir dirençle boşaltmaya özen gösterilmelidir.

Çok yüksek elektrik alan kuvvetleri, havanın bozulmasına ve yıldırımın akışına benzer potansiyel olarak ölümcül bir ark akımına neden olabilir, ancak 200 kV / m'ye kadar elektrik alan güçleri güvenli olarak kabul edilir.^[19]

popüler kültürde

Popüler medya genellikle EMP etkilerini yanlış tasvir ederek halk ve hatta profesyoneller arasında yanlış anlamalara neden olur. ABD'de bu yanlış anlamaları çürütmek için resmi çabalar gösterildi.^[20][21]

Ayrıca bakınız

Referanslar

Kaynaklar

• Glasstone, Samuel; Dolan, Philip J. (1977). Nükleer Silahların Etkileri. Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı ve Enerji Araştırma ve Geliştirme İdaresi.CS1 bakimi: ref = harv (bağlantı)
• Gurevich, Vladimir (2019). Elektrikli Ekipmanların Korunması: Yüksek İrtifa Elektromanyetik Darbe Etkilerinin Önlenmesine Yönelik İyi Uygulamalar. Berlin: De Gruyter.

Dış bağlantılar

• TRESTLE: Soğuk Savaşın Dönüm Noktası, SUMMA Vakfı web sitesinde kısa bir belgesel film