Download
1 / 36
E N D
1) پیشینه ی بمب الکترومغناطیس : • توجه به بمب های الکترو مغناطیسی حدود نیم قرن قبل مطرح شد . متخصصان در آن زمان به این نکته توجه کردند که اگر بمب هسته ای منفجر شود ، امواج الکترو مغنا طیسی که در اثر انفجار پدید می‌آید تمامی مدارهای الکترو نیکی را نابود می سازد . اما مسئله این بود که به چه ترتیب بتوان موج انفجار را ایجاد کرد بدون آنکه نیاز به انجام یک سری انفجارات هسته ایباشد؟
بعد از مدتی دانشمندان پاسخ این مسأله را پیدا کردند. اعتقاد آنها این بود که پالس های الکتریکی می توانند عاملی برای ایجاد امواج انفجار باشند. اگر اینگونه پالس ها به درون یک آنتن فرستنده تغذیه شوند ، امواج الکترومغناطیسی قدرتمندی در فرکانسهای مختلف از آنتن بیرون می‌آیند. هر چه فرکانس موج بالاتر باشد ، امکان تأثیر گذاری آن بر مدارهای الکترونیکی دستگاه ها بیشتر خواهد شد.
اولین بار هنگام آزمایش سلاح های هسته ای در ارتقاع بالا، اثر EMP مشاهده گردید، یکی از تحلیل های اولیه مربوط به آزمایش هسته ای موسوم بهshot star fish در سال 1962 آمریکا بود. در آن یک بمب به قدرت4.1مگا تن، در ارتفاع 400کیلومتری جزیره جانسون اقیانوس آرام منفجر شد، در نتیجه سیستم های الکترونیکی در جزیره هاوایی با 1300 کیلومتر فاصله مختل شده، همچنین در فواصل دورتر بر روی چراغ های خیابان، فیوزها، سیستم تلفن و دزدگیرها تاثیر گذاشت، یا آنها را از کار انداخت. در آزمایش های دیگر که با قدرت کمتری انجام شد، سیستم هدایت هواپیماها در فاصله 300 کیلومتری محل انفجار دچار اختلال شد، شوروی سابق نیز در خلال برنامه ها و آزمایش های اتمسفری خود، آزمون های مشابهی انجام داد، مثلاً در یک آزمایش تمام وسایل حفاظتی در خطوط مخابراتی هوایی تا فاصله 500 کیلومتری دچار آسیب شدند و در برنامه مشابه، موجب قطع شدن خطوط برق در فاصله 1000 کیلومتری گردید.
به اعتقاد برخی کارشناسان به نظر می‌رسد کشورهای پیشرفته پیشاپیش چنین سلاحی را تکمیل کرده اند و حتی برخی بر این باورند که ناتو در جریان جنگ علیه صربستان از این قبیل بمبها برای تخریب دستگاههای رادار صربها بهره گرفته است. ضمنا در ابتدای قرن ٢١ایالات متحده آمریکا در حمله به عراق، از پالس های الکترومغناطیسی استفاده نمود و با از کار انداختن ستادها و ارتباطات کلی و محلی و موضوعی کشور عراق، زمینه پیروزی را فراهم آورد.
2) بمب الکترومغناطیس چیست ؟ بمب الکترو مغناطیسی در واقع چیزی نیست جز یک شار مغناطیسی فوق العاده نیرومند که با گسیل امواج پر قدرت SHFبا فرکاننس بالاتر از ده گیگا هرتز ( موسوم به امواج مایکرو ویو پر قدرت ) می‌تواند هر گونه دستگاه های الکتریکی یا الکترونیکی واقع در محدوده ی عمل خود را در یک باند فوق گسترده UWB می باشد را فلج نماید .
مناسبترین امواج الکترومغناطیسی برای ساخت بمبهای الکترومغناطیسی ، امواج با فرکانس در حدود گیگا هرتز است. این نوع امواج قادرند به درون انواع دستگاههای الکترونیک نفوذ کنند و آنها را از کار بیندازند. برای تولید امواج با فرکانس گیگاهرتز نیاز به تولید پالسهای الکترونیکی بود که تنها 100 پیکو ثانیه تدوام پیدا کنند. یک شیوه تولید این نوع پالسها استفاده از دستگاهی به نام مولد ژنراتور مارکس بود. این دستگاه عمدتا متشکل است از مجموعه بزرگی از خازنها که یکی پس از دیگری تخلیه می‌شوند و نوعی جریان الکتریکی موجی شکل بوجود می‌آورند.
با گذراندن این جریان از درون مجموعه‌ای از کلیدهای بسیار سریع می‌توان پالسهایی با دوره زمانی 300 پیکوثانیه تولید کرد. با عبور دادن این پالسها از درون یک آنتن ،امواج الکترومغناطیسی بسیار قوی تولید می‌شود.
اثر کامپتون : فوتون هاي حاصله از انفجار ناگهاني پرتوهاي گاما در اثر برخورد با الكترون هاي آزاد موجود در اتم هاي اكسيژن و نيتروژن واقع در جو، آن الكترون ها را در معرض ميدان مغناطيسي زمين قرار داده كه حاصل آن يك موج الكترومغناطيسي می باشد كه ميدان الكتريكي بسيار قوي حاصل از اين موج، باعث از بين رفتن مدار هاي الكتريكي مي شود.
مولد فشاري شار پمپ شده (FCG) مولد فشاری شار پمپ شده انفجاری موسوم به FCG،کاملترین فناوری کاربردی در طراحی بمب های الكترومغناطيسي است که اولین بار به وسیله کلارنس فولر در آزمایشگاه های لوس آلاموس در اوخر دهه پنجاه ميلادي ارائه شد. از آن زمان تاکنون، گستره ی وسیعی از انواع FCG در آمریکا و روسیه ساخته و آزمایش شده است.FCG سامانه ای با توانایی تولید انرژی الکتریکی با توان بین یک تا ده ها تریلیون وات است. جریان تولید شده به وسيله FCGبین 10 تا هزاران برابر جریانی است که به وسیله رعد و برق تولید می شود.
مبنای اصلی ساخت این نوع بمب استفاده از مواد منفجره برای فشرده سازی سریع میدان مغناطیسی است. میدان مغناطیسی اولیه مورد نیاز در FCG قبل از شروع انفجار و از منابع خارجی همچون بانک خازنی ولتاژ بالا (ژنراتور ماركس) ، یک FCG تامین می شود. با این وجود هر سامانه ای که قادر به تولید پالس جریان الکتریکی در حد ده ها کیلو آمپر تا یک مگا آمپر باشد، کاربردی خواهد بود. از میان طراحی های مختلف FCG،نوع هم محور رایج ترین طراحی می باشد. مزیت این نوع بمب هزینه تولید کم و سادگی فرایند ساخت می باشد و عیب عمده آن در این است که محدوده وسیعی را پوشش نداده و خروجی محدود به باندهای فرکانسی زیرMHz 1 است. علاوه بر این،انفجار آن مشابه مهمات معمولی اثرات ترکش زایی و تلفات انسانی به همراه دارد.
FCG هم محور در یک FCGهم محور، یک لوله مسی استوانه ای نقش آرمیچر را ایفا می کند. این لوله با یک ماده شدید الانفجار پر می شود. از انواع مختلف مواد منفجره مثل قطعات ماشین کاری شده PBX-9501 می توان بهره برد. اطراف آرمیچر را یک سیم پیچ سنگین که معمولا از جنس مس می باشد در بر گرفته که نقش استاتور FCG را دارد. حاصل این ترکیب، موادی است که توان تولید پالس الکترومغناطیس قدرتمندی را داراست. معمولا روی استاتور پوششی از جنس مواد غیر مغناطیس نیز کشیده می شود تا مانع از شکل گیری میدان های ناخواسته و تخریب احتمالی سامانه شود. موادی همچون الیاف شیشه پوششی مناسب فراهم می کند.
ژنراتور ماركس • ژنراتور ماركس معروفترين نوع در مولد پالس با سيستم ذخيره كننده انرژي خازني مي باشد. اساس كار آن در شارژ شدن موازي خازن ها و تخليه به صورت سري مي باشد. • نحوه عملكرد آن بدين صورت است كه ابتدا عمل شارژ از طريق مقاومت ها ي Rch انجام مي گيرد. براي دشارژ شدن اين خازن ها به طور سري، كليد (گپ) اول وصل مي شود. ولتاژي 2 برابر بر روي كليد دوم قرار مي گيرد و اين باعث شكست (اسپارك گپ) كليد هاي دوم مي شود و به همين ترتيب ادامه مي يابد. • به اين شيوه مدار ماركس مي تواند ولتاژهاي بالا در نتيجه پالس هايي قوي ايجاد نمايد كه جهت تقويت بيشتر به دستگاه FCG منتقل مي شود.
با دريافت پالس الكتريكي قدرتمند ناشي از اسپارك گپ هاي ژنراتور ماركس توسط FCG ماده منفجره از عقب به جلو منفجر می شود که انفجار حاصل، سیم پیچ های حاوی جریان الکتریکی را تحت تاثیر قرار می دهد. این فرایند یک مدار اتصال کوتاه متحرک را باعث می شود. مدار اتصال کوتاه دارای اثر فشرده سازی میدان مغناطیسی و کاهش دهنده اندوکتانس (ضريب القايي) استاتور(سیم پیچ) است. با حرکت مدار اتصال کوتاه، پالس مغناطیسی به وجود می آید که در همه مدارها و هادی های الکتریکی تحت شعاع، جریانی معادل ده ها میلیون آمپر ایجاد می نماید که در نتیجه تمام سامانه های قرار گرفته در شعاع موثر را تخریب می کند.
اما همان گونه كه قبلا گفته شد فركانس حاصله در حدود MHz 1 مي باشد و در ضمن اين امواج تمركز كافي انرژي براي تخريب اهداف را ندارند. • در اين جا وارد گود مي شود!!! نوسان كننده كاتدي ويركيتور
نوسان كننده كاتدي ويركيتور • گفتيم كه فناوری FCG به منظور تولید پالس های بزرگ توان الکتریکی عملکرد موثری دارد، اما خروجی بمب های مبتنی بر این نوع فناوری به باند فرکانسی زیر MHz 1 محدود می شود که قابلیت تخریب پالس الکترومغناطیس در این طیف مغناطیسی (حتی در توان بالا) روی برخی اهداف کم بوده و تمرکز انرژی در چنین وسیله ای مشکل است. • سامانه ی HPM یا منبع پر توان مایکروویو که امکان تمرکز توان خروجی را داشته و کوپل انرژی آن طیف وسیعی از اهداف را در بر می گیرد، هر دو مشکل مذکور را بر طرف می نماید. • انواع مختلفی از سیستم هایHPM همچون کلیسترون (لامپ الکترونی مورد استفاده در دستگاه های مایکروویو)، مگنترون، لامپ سه قطبی انعکاسی و منبع گاف جرقه وجود دارند اما مهم ترین آنها، ویرکیتور است که به علت سادگی، ارزانی، قابلیت تولید پالس بسیار قدرتمند، مقاوم بودن و توانایی عملکرد در باند های نسبتا وسیعی از فرکانس های مایکروویو، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
این سامانه معمولا به صورت یک پیکره بندی هادی موج سیلندری ساخته می شود که به یک آنتن مخروطی شکل وصل شده و توان خروجی مورد نیاز از این ساختار مخروطی که نقش آنتن را ایفا می کند به دست می آید. مشکلات فنی در طراحی ویرکیتور ویژه برای مهمات، مواردی همچون مدت زمان دوام پالس خروجی، بازده واگردانی (conversion efficiency) در حد یک درصد، پایداری و نوسان و پهنای باند می باشد. مزیت این سامانه در قابلیت انتقال، در محدوده GHz 20-2 است که کارایی موثری علیه انواع اهداف را دارد. مقابله با این نوع بمب بسیار مشکل بوده و دارای شعاع تخریب وسیعی می باشد.
4) بررسی آثار تخریبی و زیست محیطی آن • تاثیر این بمب ها به فاصله از محل انفجار، حساسیت تجهیزات و میزان حفاظت محفظه آنها بستگی دارد . • پلاستیک فاقد هر گونه خاصیت محافظتی در مقابل امواج الکترومغناطیسی است . • فلز در صورتی که حفره ای بزرگتر از ۱۰ میلی متر نداشته باشد، می تواند به عنوان محافظی ایده ال به کار رود. ساختمان ها در مقابل امواج الکترومغناطیسی مقاوم نبوده، یا کم مقاومت هستند، فلزات مقاوم ساز مورد استفاده در بتون ساختمان ها نیز با یکدیگر فاصله داشته، و سدی در برابر امواج الکترومغناطیس ایجاد نمی کنند. • امواج الکترومغناطیس از سیم های برق و تلفن و در و پنجره های چوبی و حتی دیوارها به راحتی عبور می کنند.
یک بمب الکترومغناطیسی می تواند باعث خنثی کردن مهمترین نیاز های طرف متخاصم در صحنه نبرد باشد، چنین بمبی می تواند سیستم های کنترل وسایل نقلیه مختلف را از کار انداخته، سیستم های هدف یابی موشک ها و بمبها را از بین ببرد، وسایل ارتباطی را نابود سازد، سیستم های مختلف هدایت عملیات نیروها و سنسور های مختلف پیچیده را خنثی نماید. • بمب های الکترومغناطیس بهترین گزینه برای حمله به پناه گاه های زیر زمینی حریف هستند، زیرا چنین سنگر هایی به وسیله موشک ها و بمب های معمولی قابل انهدام نیستند. یک پالس الکترومغناطیسی رها شده از بمب الکترومغناطیسی می تواند از لایه های زمین عبور نماید، و موجب قطع برق آن پناهگاهها شود، سیستم های تهویه را از کار بیاندازد، ارتباط با بیرون را قطع کند و حتی در پناهگاه های پیشرفته در های الکتریکی را از کار بیندازد.
در حالی که «ای ام پی» جنگ افزار های مرگ آور به حساب نمی آیند، ولی گاهی اوقات می توانند یکی از عوامل کشته شدن افراد باشند، برای مثال اگر یک بمب EMP باعث قطع برق یک بیمارستان شود، بیماران زیادی را در عرض چند ثانیه خواهد کشت. همچنین یک «ای ام پی» می تواند باعث اختلال در حرکت تمامی وسایل نقلیه از جمله هواپیماها شود، و یک فاجعه انسانی از سقوط هواپیما به وقوع بپیوندد. در آخر باید گفت که دور از ذهن ترین اثر بمب الکترومغناطیسی را می توان اثرات روانی آن دانست، یک حمله EMP بزرگ در کشوری بزرگ، می تواند یک زندگی مدرن قرن بیست و یکمی را 200 سال به عقب بازگرداند، و آدمها را سرگردان و با زندگی جدیدی رو به رو سازد، و مهم تر از همهدرون هیچ کدام از رایانه‌ها، حتی یک بیت اطلاعات باقی نمی ماند، در حالی که هیچ کس کوچیک ترین آسیبی ندیده است. این به معنای از بین رفتن تمام اطلاعات فرماندهی، نقشه ها و اطلاعات فنی و... است، که به صورت دیجیتالی نگهداری می شده است.
5) مقابله با بمب چون مهمات الکترومغناطیسی را می توان بوسیله بمب های هدایت شونده و غیر قابل هدایت،موشک های کروز... پرتاب نمود شاید نخستین دفاع علیه بمب های الکترومغناطیسی ممانعت از پرتاب بمب یا موشک از طریق انهدام هواپیمای حامل بمب یا موشک یا انهدام سکوی پرتاب بمب یا موشک باشد. استفاده از پوششی که مانع از عبور میدان مغناطیسی می شود از مهم ترین تدابیر است.این شکل دفاع می تواند با پوشاندن کامل وسایل در پوشش هادی الکتریکی موسوم به پوشش فاراده انجام شود. وقتی پالس الکترومغناطیس به این پوشش برخورد کند، انرژی آن به وسیله مواد هادی پوشش جذب شده و سامانه های درون پوشش کاملا مصون می مانند. البته برای محافظت صحیح یک سامانه، باید مطمئن شد که تمام ورودی های آن سامانه دارای پوشش باشد.
.3از طرف دیگر فناوری گرما یونی (تجهیزات لوله های خلا) در مقایسه با فناوری حالت جامد یا همان ترانزیستوری در مقابل سلاح های الکترومغناطیسی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند. بنابراین سلاح های مورد نیاز برای تخریب رایانه ها و سامانه های با فناوری حالت جامد، کمترین تخریب یا عملا هیچ گونه تخریبی در سامانه های با فناوری گرما یونی ایجاد نمی کند. بنابراین سلاح های الکترومغناطیسی تخریب موثری بر چنین اهدافی ایجاد نمی کنند.
روش های حفاظتاز سیستم های الکتریکی نگهداری از سیستم های الکترونیکی در برابر بمب های الکترومغناطیسی شامل مواردی است که مهمترین آنها عبارتند از : 1) اصل جداسازی زیر سیستمها(Segregation) : اگر این نکته از ابتدا در طراحی سیستمها مورد توجه قرار گیرد، می توان تا حدود زیادی به خودسازگاری الکترومغناطیسی رسید. هدف اولیه اصل جداسازی زیرسیستمها، جداکردن بخش های حساس از بخش های نویزی، و در نتیجه خودسازگاری سیستم می باشد. برای مقابله با EMP گاهی نمی توان و لازم نیست همه سیستم را به یکباره در پوشش قرار داد، بنابر این با اولویت بندی تجهیزات حساس را در پوششها، و دسته بندی های مناسب قرار داده، و پوشش بخش های مختلف را به دقت اتصال زمین نمود.
برای ارتباط بین زیرسیستم های جداسازی شده باید تمهیدات خاصی در نظر گرفته شود، چون استفاده از کابل های تجاری رایج، ممکن است حتی وضعیت حفاظت در برابر EMP را از قبل از جداسازی نیز بدتر کند. روش های متداول برای برقراری ارتباط بین زیرسیستمها استفاده از کابل های فیبر نوری، کوپلر های نوری، مبدل های ایزولاسیون، ارتباطات بیسیم و... می باشد. (2قفس فارادی : محفظه ای است که معمولا از جنس فایبرگلاس و یا حتی فلز با اتصال زمین ساخته می شود، بدنه آن نسبت به زمین ایزوله می باشد، در نتیجه فردی که در این قفس قرار می گیرد، هیچ گونه اختلاف پتانسیلی با زمین نخواهد داشت، در نتیجه از برق گرفتگی مصون خواهد ماند. قفس فارادی از ورود امواج مخرب به تجهیزات جلوگیری می کند، با قرار دادن کل تجهیزات در داخل این قفس، می توان آنها را از خطرات حملات EMP در امان داشت. اکثر تجهیزات و دستگاه هایی که در داخل قفس فارادی قرار می گیرند، به ارتباط با محیط خارج و سایر دستگاهها نیاز دارند، مانند منبع تغذیه و تبادل اطلاعات.
بهمین جهت راه های ورودی و خروجی به قفس منفذ هایی دارند، که از این طریق جریان و ولتاژ های لحظه ای القایی به محفظه نفوذ می کند، و اثرات تخریبی را ایجاد می نمایند. سازه می بایست طراحی دقیق و مناسب داشته باشد، همچنین باید برای منافذ پوشش مناسب ایجاد کرد، در تکنولوژی جدید، برای انتقال اطلاعات به داخل و خارج محفظه، از فیبر های نوری استفاده می کنند.
3) پوشش (Shielding) : مطمئن ترین راه برای مقابله با EMP می باشد، و در سطوح مختلف بسته به سیستم از آن استفاده می شود. از نظر طراحی پوشش سیستمها را می توان به سه دسته تقسیم کرد: 1 ـ سیستم هایی که به صورت پشتیبان نگهداری می شوند، مانند کابینت ها و... 2 ـ سیستم هایی که خود بخود پوشش دارند و کار می کنند، مانند: کیس کامپیوتر و... 3 ـ سیستم هایی که کاربر از آنها استفاده می کند، مانند: اتاق های خیمه های با پوشش کامل و...
