Pulsul electromagnetic nuclear - Nuclear electromagnetic pulse

Un impuls electromagnetic nuclear (prescurtat în mod obișnuit ca EMP nuclear sau NEMP) este o explozie de radiație electromagnetică creată de o explozie nucleară . Câmpurile electrice și magnetice care variază rapid se pot cupla cu sistemele electrice și electronice pentru a produce supratensiuni de curent și tensiune dăunătoare . Caracteristicile specifice ale unui anumit eveniment nuclear EMP variază în funcție de o serie de factori, dintre care cel mai important este altitudinea detonației.

Termenul „puls electromagnetic” exclude în general intervalele optice (infraroșu, vizibil, ultraviolet) și ionizante (cum ar fi radiațiile X și radiațiile gamma). În terminologia militară, un focos nuclear detonat la zeci la sute de mile deasupra suprafeței Pământului este cunoscut sub numele de dispozitiv cu impuls electromagnetic la înălțime (HEMP). Efectele unui dispozitiv HEMP depind de factori precum altitudinea detonației, randamentul energetic , ieșirea razelor gamma , interacțiunile cu câmpul magnetic al Pământului și ecranarea electromagnetică a țintelor.

Istorie

Faptul că un impuls electromagnetic este produs de o explozie nucleară a fost cunoscut în primele zile ale testării armelor nucleare. Cu toate acestea, amploarea EMP și semnificația efectelor sale nu au fost realizate imediat.

În timpul primului test nuclear al Statelor Unite din 16 iulie 1945, echipamentele electronice au fost protejate deoarece Enrico Fermi aștepta pulsul electromagnetic. Istoricul tehnic oficial pentru acel prim test nuclear afirmă: „Toate liniile de semnal au fost complet protejate, în multe cazuri dublu protejate. În ciuda acestui fapt, multe înregistrări au fost pierdute din cauza preluării false în momentul exploziei care a paralizat echipamentul de înregistrare”. În timpul testelor nucleare britanice din 1952-1953, eșecurile instrumentelor au fost atribuite „ radioflash ”, care a fost termenul lor pentru EMP.

Prima observație raportată în mod deschis a aspectelor unice ale EMP nuclear la înălțime mare a avut loc în timpul testului nuclear Yucca cu balon de heliu din seria Hardtack I din 28 aprilie 1958. În acest test, măsurătorile câmpului electric de la arma de 1,7 kilotoni au depășit intervalul la care au fost ajustate instrumentele de testare și a fost estimat a fi de aproximativ cinci ori limitele la care au fost stabilite osciloscoapele. EMP Yucca a fost inițial pozitiv, în timp ce rafalele la altitudine mică au fost impulsuri negative. De asemenea, polarizarea semnalului Yucca EMP a fost orizontală, în timp ce EMP nuclear de joasă altitudine a fost polarizată vertical. În ciuda acestor numeroase diferențe, rezultatele EMP unice au fost respinse ca o posibilă anomalie de propagare a undelor .

De teste nucleare de mare altitudine din 1962, așa cum sa discutat mai jos, a confirmat rezultatele unice ale testului de mare altitudine yucca și creșterea gradului de conștientizare a de mare altitudine EMP nucleară dincolo de grupul inițial de oameni de știință de apărare. Comunitatea științifică mai mare a devenit conștientă de semnificația problemei EMP după ce o serie de trei articole despre EMP nucleară a fost publicată în 1981 de William J. Broad în Science .

Starfish Prime

În iulie 1962, SUA au efectuat testul Starfish Prime , explodând o bombă de 1,44  Mt (6,0  PJ ) la 400 de kilometri (250 mi; 1.300.000 ft) deasupra Oceanului Pacific mediu. Acest lucru a demonstrat că efectele unei explozii nucleare la mare altitudine au fost mult mai mari decât au fost calculate anterior. Starfish Prime a făcut cunoscute aceste efecte publicului provocând daune electrice în Hawaii , la aproximativ 1.445 de kilometri distanță de punctul de detonare, lovind aproximativ 300 de faruri, declanșând numeroase alarme antiefracție și deteriorând o legătură cu microunde.

Starfish Prime a fost primul succes din seria de teste nucleare la mare altitudine din Statele Unite în 1962, cunoscută sub numele de Operațiunea Fishbowl . Testele ulterioare au adunat mai multe date despre fenomenul EMP la altitudine mare.

The Bluegill Triple Prime și Kingfish mare altitudine teste nucleare din octombrie 1962 și noiembrie , în Operațiunea a furnizat date care acvariu a fost suficient de clare pentru a permite fizicienii să identifice cu exactitate mecanismele fizice din spatele impulsurilor electromagnetice.

Deteriorarea EMP a testului Starfish Prime a fost rapid reparată datorită, parțial, faptului că EMP peste Hawaii a fost relativ slab în comparație cu ceea ce s-ar putea produce cu un impuls mai intens și, în parte, datorită rezistenței relative (comparativ cu astăzi) a infrastructurii electrice și electronice din Hawaii în 1962.

Magnitudinea relativ mică a EMP Starfish Prime din Hawaii (aproximativ 5,6 kilovolți / metru) și cantitatea relativ mică de daune (de exemplu, doar unul până la trei la sută din luminile stradale stinse) i-au determinat pe unii oameni de știință să creadă, în primele zile ale EMP cercetare, că problema ar putea să nu fie semnificativă. Calculele ulterioare au arătat că, dacă focosul Starfish Prime ar fi fost detonat peste nordul continental al Statelor Unite, magnitudinea EMP ar fi fost mult mai mare (22 până la 30 kV / m) din cauza puterii mai mari a câmpului magnetic al Pământului peste Statele Unite. , Precum și orientarea diferită a acestuia la latitudini mari. Aceste calcule, combinate cu dependența accelerată de microelectronica sensibilă la EMP, au sporit conștientizarea faptului că EMP ar putea fi o problemă semnificativă.

Testul sovietic 184

În 1962, Uniunea Sovietică a efectuat și trei teste nucleare producătoare de EMP în spațiu peste Kazahstan, ultimul din „ testele nucleare ale proiectului sovietic K ”. Deși aceste arme erau mult mai mici (300 kilotoni ) decât testul Starfish Prime, erau peste o masă de teren populată, mare și într-o locație în care câmpul magnetic al Pământului era mai mare; daunele cauzate de EMP rezultat ar fi fost mult mai mari decât în ​​Starfish Prime. Furtuna geomagnetica -ca puls E3 de testare 184 a indus o creștere a curentului într - o lungă subterană linie de putere , care a provocat un incendiu în centrala electrică în orașul Karaganda .

După prăbușirea Uniunii Sovietice , nivelul acestor daune a fost comunicat informal oamenilor de știință din SUA. Câțiva ani oamenii de știință din SUA și Rusia au colaborat la fenomenul HEMP. Finanțarea a fost asigurată pentru a permite oamenilor de știință ruși să raporteze unele dintre rezultatele EMP sovietice în reviste științifice internaționale. Ca rezultat, există documentație formală a unora dintre daunele EMP în Kazahstan, dar este încă rare în literatura științifică deschisă .

Pentru unul dintre testele Proiectului K, oamenii de știință sovietici au instrumentat o secțiune de 570 de kilometri (350 mi) de linie telefonică în zona pe care se așteptau să fie afectată de puls. Linia telefonică monitorizată a fost împărțită în sub-linii cu o lungime de 40 până la 80 de kilometri (25 până la 50 mi), separate prin repetatoare . Fiecare sub-linie a fost protejată de siguranțe și de protecții la supratensiune umplute cu gaz . EMP de la testul nuclear din 22 octombrie (K-3) (cunoscut și sub numele de Testul 184) a suflat toate siguranțele și a distrus toate protecțiile de supratensiune din toate sub-liniile.

Rapoartele publicate, inclusiv un articol IEEE din 1998, au afirmat că au existat probleme semnificative cu izolatorii ceramici pe liniile electrice aeriene în timpul testelor. Un raport tehnic din 2010 scris pentru Oak Ridge National Laboratory a declarat că „izolatorii de linie electrică au fost deteriorați, rezultând un scurtcircuit pe linie și unele linii care se desprind de poli și cădeau la pământ”.

Caracteristici

EMP nuclear este un complex multi-impuls, de obicei descris în termeni de trei componente, așa cum este definit de Comisia Electrotehnică Internațională (IEC).

Cele trei componente ale EMP nuclear, astfel cum sunt definite de IEC, se numesc „E1”, „E2” și „E3”.

E1

Pulsul E1 este componenta foarte rapidă a EMP nuclear. E1 este un câmp electromagnetic scurt, dar intens, care induce tensiuni ridicate în conductorii electrici. E1 cauzează majoritatea daunelor sale provocând depășirea tensiunilor electrice de rupere . E1 poate distruge calculatoarele și echipamentele de comunicații și se schimbă prea repede (nanosecunde) pentru ca protecțiile obișnuite de supratensiune să ofere o protecție eficientă împotriva acestuia. Protectoarele de supratensiune cu acțiune rapidă (cum ar fi cele care utilizează diode TVS ) vor bloca impulsul E1.

Mecanismul pentru o înălțime de 400 de kilometri (250 mi; 1.300.000 ft) a explodat EMP: razele gamma lovesc atmosfera între 20-40 km (66.000-131.000 ft) altitudine, expulzând electroni care sunt apoi deviați lateral de câmpul magnetic al Pământului. Acest lucru face ca electronii să radieze EMP pe o suprafață mare. Datorită curburii și înclinării descendente a câmpului magnetic al Pământului peste SUA, EMP maxim are loc la sud de detonare, iar minimul apare la nord.

E1 se produce atunci când radiația gamma de la detonarea nucleară ionizează ( elimină electronii din) atomii din atmosfera superioară. Acest lucru este cunoscut sub numele de efect Compton, iar curentul rezultat este numit „curentul Compton”. Electronii se deplasează într-o direcție în general descendentă la viteze relativiste (mai mult de 90% din viteza luminii). În absența unui câmp magnetic, acesta ar produce un impuls radial mare de curent electric care se propagă spre exterior din locația de explozie limitată la regiunea sursă (regiunea peste care sunt atenuați fotonii gamma). Câmpul magnetic al Pământului exercită o forță asupra fluxului de electroni la un unghi drept atât față de câmp, cât și de vectorul original al particulelor, care deviază electronii și conduce la radiații sincrotrone . Deoarece pulsul gamma de deplasare spre exterior se propagă cu viteza luminii, radiația sincrotronă a electronilor Compton adaugă coerent , ducând la un semnal electromagnetic radiat. Această interacțiune produce un impuls mare, scurt.

Mai mulți fizicieni au lucrat la problema identificării mecanismului pulsului HEMP E1. Mecanismul a fost identificat în cele din urmă de Conrad Longmire de la Laboratorul Național Los Alamos în 1963.

Longmire oferă valori numerice pentru un caz tipic de impuls E1 produs de o armă nucleară de a doua generație, cum ar fi cele ale Operațiunii Fishbowl . Razele gamma tipice emise de armă au o energie de aproximativ 2 MeV ( mega electron-volți). Razele gamma transferă aproximativ jumătate din energia lor către electronii liberi expulzați, dând o energie de aproximativ 1 MeV.   

În vid și absentul unui câmp magnetic, electronii ar călători cu o densitate de curent de zeci de amperi pe metru pătrat. Datorită înclinării descendente a câmpului magnetic al Pământului la latitudini ridicate , aria intensității câmpului de vârf este o regiune în formă de U către partea ecuatorială a detonației. Așa cum se arată în diagramă, pentru detonațiile nucleare din emisfera nordică , această regiune în formă de U este la sud de punctul de detonare. În apropierea ecuatorului , unde câmpul magnetic al Pământului este mai aproape orizontal, intensitatea câmpului E1 este mai aproape simetrică în jurul locației exploziei.

La intensitățile câmpului geomagnetic tipice latitudinilor medii, acești electroni inițiali spiralează în jurul liniilor câmpului magnetic cu o rază tipică de aproximativ 85 de metri (280 ft). Acești electroni inițiali sunt opriți de coliziuni cu moleculele de aer la o distanță medie de aproximativ 170 de metri (560 ft). Aceasta înseamnă că majoritatea electronilor sunt opriți de coliziuni cu moleculele de aer înainte de a completa o spirală completă în jurul liniilor de câmp.

Această interacțiune a electronilor încărcați negativ cu câmpul magnetic radiază un impuls de energie electromagnetică. Pulsul crește de obicei la valoarea sa maximă în aproximativ cinci nanosecunde. Magnitudinea sa descrește de obicei la jumătate în decurs de 200 nanosecunde. (Prin definiția IEC, acest impuls E1 se termină la 1000 nanosecunde după ce începe.) Acest proces are loc simultan pe aproximativ 10 ^{25 de} electroni. Acțiunea simultană a electronilor face ca pulsul rezultat din fiecare electron să radieze coerent, adăugând pentru a produce un singur amplitudine mare, dar îngustă, pulsată radiată.

Coliziunile secundare determină pierderea energiei ulterioare a electronilor înainte de a ajunge la nivelul solului. Electronii generați de aceste coliziuni ulterioare au atât de puțină energie încât nu contribuie semnificativ la pulsul E1.

Aceste raze gamma de 2 MeV produc de obicei un impuls E1 aproape de nivelul solului la latitudini moderat ridicate care ating vârfurile la aproximativ 50.000 de volți pe metru. Procesul de ionizare din mijlocul stratosferei face ca această regiune să devină un conductor electric, un proces care blochează producția de semnale electromagnetice suplimentare și face ca intensitatea câmpului să se satureze la aproximativ 50.000 de volți pe metru. Puterea impulsului E1 depinde de numărul și intensitatea razelor gamma și de rapiditatea exploziei razelor gamma. Forța este, de asemenea, oarecum dependentă de altitudine.

Există rapoarte despre arme nucleare „super-EMP” care sunt capabile să depășească limita de 50.000 de volți pe metru prin mecanisme nespecificate. Realitatea și posibilele detalii de construcție ale acestor arme sunt clasificate și sunt, prin urmare, neconfirmate în literatura științifică deschisă

E2

Componenta E2 este generată de raze gamma împrăștiate și gamme inelastice produse de neutroni . Această componentă E2 este un impuls de „timp intermediar” care, prin definiția IEC, durează de la aproximativ o microsecundă la o secundă după explozie. E2 are multe asemănări cu fulgerul , deși E2 indus de fulger poate fi considerabil mai mare decât un E2 nuclear. Datorită similitudinilor și utilizării pe scară largă a tehnologiei de protecție împotriva trăsnetului, E2 este considerat în general cel mai ușor de protejat împotriva.

Potrivit Comisiei EMP din Statele Unite, principala problemă cu E2 este că urmează imediat E1, care ar putea fi deteriorat dispozitivele care ar proteja în mod normal împotriva E2.

Raportul executiv al Comisiei EMP din 2004 afirmă: „În general, nu ar fi o problemă pentru sistemele de infrastructură critice, deoarece acestea au măsuri de protecție existente pentru apărare împotriva trăsnetelor ocazionale. Cel mai semnificativ risc este sinergic, deoarece componenta E2 urmează o mică o fracțiune de secundă după insulta primei componente, care are capacitatea de a afecta sau distruge multe caracteristici de protecție și control. Astfel, energia asociată celei de-a doua componente poate fi lăsată să treacă și să deterioreze sistemele. "

E3

Componenta E3 este diferită de E1 și E2. E3 este un impuls mult mai lent, care durează zeci până la sute de secunde. Este cauzată de distorsiunea temporară a câmpului magnetic al Pământului de către detonarea nucleară. Componenta E3 are similitudini cu o furtună geomagnetică provocată de o erupție solară. La fel ca o furtună geomagnetică, E3 poate produce curenți induși geomagnetic în conductori electrici lungi, deteriorând componente precum transformatoarele de linie electrică .

Datorită similitudinii dintre furtunile geomagnetice induse de solare și E3 nucleară, a devenit obișnuit să ne referim la furtunile geomagnetice induse de solar ca „EMP solar”. „Solar EMP” nu include componentele E1 sau E2.

Generaţie

Factorii care controlează eficacitatea armelor includ altitudinea, randamentul , detaliile construcției, distanța țintă, caracteristicile geografice care intervin și puterea locală a câmpului magnetic al Pământului.

Altitudinea armelor

Modul în care vârful EMP la sol variază în funcție de randamentul armei și de altitudinea de spargere. Randamentul aici este ieșirea promptă a razelor gamma măsurată în kilotoni. Aceasta variază de la 0,155-0,5% din randamentul total al armei, în funcție de designul armei. Randamentul total 1,4 Mt Testul 1962 Starfish Prime a avut o producție gamma de 0,1%, deci 1,4 kt de raze gamma prompte. ( Curba albastră de „ pre-ionizare ” se aplică anumitor tipuri de arme termonucleare , pentru care razele gamma și X din etapa de fisiune primară ionizează atmosfera și o fac conductivă electric înainte de impulsul principal din etapa termonucleară. în unele situații poate scurta literalmente o parte a EMP finală, permițând unui curent de conducție să se opună imediat curentului Compton al electronilor.)

Potrivit unui manual de internet publicat de Federația oamenilor de știință americani

O detonare nucleară la altitudine mare produce un flux imediat de raze gamma din reacțiile nucleare din dispozitiv. La rândul lor, acești fotoni produc electroni fără energie mare prin împrăștierea Compton la altitudini cuprinse între (aproximativ) 20 și 40 km. Acești electroni sunt apoi prinși în câmpul magnetic al Pământului, dând naștere unui curent electric oscilant . Acest curent este asimetric în general și dă naștere unui câmp electromagnetic radiat în creștere rapidă numit puls electromagnetic (EMP). Deoarece electronii sunt prinși în esență simultan, o sursă electromagnetică foarte mare radiază coerent .

Pulsul poate acoperi cu ușurință zone de dimensiuni continentale, iar această radiație poate afecta sistemele de pe uscat, mare și aer. ... Un dispozitiv mare detonat la 400-500 km (250 până la 312 mile) peste Kansas ar afecta toate SUA continentale. Semnalul de la un astfel de eveniment se extinde la orizontul vizual așa cum se vede din punctul de explozie .

Astfel, pentru ca echipamentul să fie afectat, arma trebuie să fie deasupra orizontului vizual .

Altitudinea indicată mai sus este mai mare decât cea a Stației Spațiale Internaționale și a multor sateliți cu orbită terestră joasă . Armele mari ar putea avea un impact dramatic asupra operațiunilor și comunicațiilor prin satelit , cum ar fi avut loc în timpul operațiunii Fishbowl. Efectele dăunătoare asupra sateliților care orbitează se datorează de obicei altor factori decât EMP. În testul nuclear Starfish Prime , cele mai multe daune au fost panourile solare ale sateliților în timp ce treceau prin centurile de radiații create de explozie.

Pentru detonările din atmosferă, situația este mai complexă. În cadrul depunerii razelor gamma, legile simple nu mai sunt valabile, deoarece aerul este ionizat și există alte efecte EMP, cum ar fi un câmp electric radial datorat separării electronilor Compton de moleculele de aer, împreună cu alte fenomene complexe. Pentru o explozie de suprafață, absorbția razelor gamma de aer ar limita intervalul de depunere a razelor gamma la aproximativ 16 kilometri (10 mi), în timp ce pentru o explozie în aerul cu densitate mai mică la altitudini mari, intervalul de depunere ar fi mult mai mare .

Randamentul armelor

Randamentele tipice de arme nucleare utilizate în timpul planificării Războiului Rece pentru atacurile EMP au fost cuprinse între 1 și 10 megatoni. Aceasta este de aproximativ 50 până la 500 de ori mai mare decât bombele Hiroshima și Nagasaki. Fizicienii au depus mărturie la audierile din Congresul Statelor Unite că armele cu randamente de 10 kilotoane sau mai puțin pot produce un EMP mare.

EMP la o distanță fixă ​​de o explozie crește cel mult pe măsură ce rădăcina pătrată a randamentului (vezi ilustrația din dreapta). Aceasta înseamnă că , deși 10 kilotone armă are doar 0,7% din energia degajata a 1.44- megatone Starfish Prime testului, EMP va fi de cel puțin 8% , la fel de puternice. Întrucât componenta E1 a EMP nuclear depinde de ieșirea promptă a razelor gamma, care a avut doar 0,1% din randamentul Starfish Prime, dar poate fi 0,5% din randamentul armelor cu fisiune nucleară cu randament redus , o bombă de 10 kilotoni poate fi ușor 5 x 8% = 40% la fel de puternic ca Starfish Prime de 1,44 megaton la producerea EMP.

Energia totală a razelor gamma rapide într-o explozie de fisiune este de 3,5% din randament, dar într-o detonație de 10 kilotoni , explozivul declanșator din jurul nucleului bombei absoarbe aproximativ 85% din razele gamma prompte, astfel încât ieșirea este de numai aproximativ 0,5% a randamentului. În Staron Prime termonuclear , randamentul fisiunii a fost mai mic de 100%, iar carcasa exterioară mai groasă a absorbit aproximativ 95% din razele gamma prompte de la împingător în jurul etapei de fuziune. Armele termonucleare sunt, de asemenea, mai puțin eficiente în producerea EMP, deoarece prima etapă poate preioniza aerul care devine conductiv și, prin urmare, scurtcircuită rapid curenții Compton generați de etapa de fuziune . Prin urmare, armele mici cu fisiune pură, cu carcase subțiri, sunt mult mai eficiente în producerea EMP decât majoritatea bombelor megaton.

Cu toate acestea, această analiză se aplică doar componentelor rapide E1 și E2 ale EMP nuclear. Furtuna geomagnetica -ca component E3 EMP nuclear este mai strâns proporțională cu randamentul energetic total al armei.

Distanța țintă

În EMP nuclear toate componentele pulsului electromagnetic sunt generate în afara armei.

Pentru explozii nucleare la mare altitudine , o mare parte din EMP este generată departe de detonare (unde radiația gamma a exploziei lovește atmosfera superioară). Acest câmp electric de la EMP este remarcabil de uniform pe suprafața mare afectată.

Potrivit textului de referință standard privind efectele armelor nucleare publicat de Departamentul Apărării al SUA, „Câmpul electric de vârf (și amplitudinea acestuia) la suprafața Pământului de la o explozie de mare altitudine va depinde de randamentul exploziei, de înălțimea exploziei , locația observatorului și orientarea față de câmpul geomagnetic . Cu toate acestea, ca regulă generală, puterea câmpului poate fi de zeci de kilovolți pe metru în cea mai mare parte a zonei care primește radiația EMP. "

Textul mai precizează că, „... în cea mai mare parte a zonei afectate de EMP, intensitatea câmpului electric pe sol ar depăși 0,5 E _max . Pentru randamente mai mici de câteva sute de kilotoni, acest lucru nu ar fi neapărat adevărat deoarece intensitatea câmpului la tangenta Pământului ar putea fi substanțial mai mică de 0,5 E _max . "

( E _max se referă la puterea maximă a câmpului electric în zona afectată.)

Cu alte cuvinte, puterea câmpului electric din întreaga zonă afectată de EMP va fi destul de uniformă pentru armele cu o ieșire mare de raze gamma. Pentru armele mai mici, câmpul electric poate cădea într-un ritm mai mare pe măsură ce distanța crește.

Super-EMP

De asemenea, cunoscut sub numele de „Enhanced-EMP”, un puls super-electromagnetic este un tip relativ nou de război în care o armă nucleară este echipată cu un impuls electromagnetic mult mai mare în comparație cu armele nucleare standard de distrugere în masă . Aceste arme valorifică componenta impulsului E1 a unei detonări care implică raze gamma , creând un randament EMP de până la 200.000 volți pe metru. De zeci de ani, numeroase țări au experimentat crearea unor astfel de arme, în special China și Rusia .

China

Potrivit unei declarații făcute în scris de armata chineză, țara are super-EMP și a discutat despre utilizarea lor în atacul Taiwanului . Un astfel de atac ar debilita sistemele de informații din țară, permițând Chinei să se mute și să o atace direct folosind soldați. Armata taiwaneză a confirmat ulterior posesia chineză de super-EMP și posibila lor distrugere a rețelelor electrice .

Pe lângă Taiwan, posibilele implicații ale atacului Statelor Unite cu aceste arme au fost examinate de China. În timp ce Statele Unite dețin și arme nucleare, țara nu a experimentat cu super-EMP-uri și este extrem de vulnerabilă la orice atac viitor al națiunilor. Acest lucru se datorează dependenței țărilor de calculatoare pentru a controla o mare parte din guvern și economie. În străinătate, portavioanele americane staționate într-un interval rezonabil de bombă explodantă sunt supuse distrugerii complete a rachetelor la bord, precum și a sistemelor de telecomunicații care le-ar permite să comunice cu navele și controlorii din apropiere pe uscat.

Rusia

De la Războiul Rece, Rusia a experimentat proiectarea și efectele bombelor EMP. Mai recent, țara a efectuat mai multe atacuri cibernetice asupra Statelor Unite, despre care unii analiști cred că sugerează posibile viitoare întreruperi la nivel național cauzate de super-EMP, din moment ce se știe că Rusia le deține. Împreună cu focoarele obișnuite echipate cu capacități super-EMP, Rusia a dezvoltat rachete hipersonice care, în 2021, sunt mult mai dificil de detectat în timp util de apărarea SUA sub formă de radare și sateliți. Această metodă face ca actul de descurajare nucleară , care este o strategie cheie pentru Statele Unite în prevenirea războiului nuclear , să fie aproape imposibil.

Planurile unui dispozitiv capabil să plaseze o armă nucleară în spațiu au fost introduse pentru prima dată de către Uniunea Sovietică în 1962, când au dezvoltat un sistem, cunoscut sub numele de Fraccional Orbital Bombardment System , pentru a livra armele nucleare de deasupra atmosferei Pământului . În comparație cu super-EMP-urile care vizează operațiunile la sol, Rusia a făcut propuneri de a dezvolta sateliți furnizați cu capacități EMP similare. Acest lucru ar necesita detonări de până la 100 de kilometri (62 mile) deasupra suprafeței Pământului, cu potențialul de a perturba sistemele electronice ale sateliților SUA suspendate pe orbita din jurul planetei, dintre care multe sunt vitale pentru descurajare și alertarea țării cu privire la posibilele sosiri rachete.

Efecte

Un EMP energetic poate supăra temporar sau deteriora definitiv echipamentele electronice prin generarea de supratensiuni de înaltă tensiune și curent mare; componentele semiconductoare sunt deosebit de expuse riscului. Efectele daunelor pot varia de la imperceptibile la ochi, până la dispozitive care literalmente se distrug. Cablurile, chiar dacă sunt scurte, pot acționa ca antene pentru a transmite energia pulsului către echipamente.

Tub de vid vs. electronică în stare solidă

Echipamentele mai vechi, bazate pe tuburi (supape), sunt, în general, mult mai puțin vulnerabile la EMP nuclear decât echipamentele în stare solidă , care sunt mult mai susceptibile la daune datorate supratensiunilor mari, scurte de tensiune și curent. Avioanele militare sovietice din Războiul Rece - aveau adesea avionică bazată pe tuburi vidate, deoarece capacitățile în stare solidă erau limitate și se credea că uneltele cu tuburi vidate ar fi mai susceptibile de a supraviețui.

Alte componente din circuitele tuburilor de vid pot fi deteriorate de EMP. Echipamentul cu tuburi de vid a fost deteriorat în timpul testării din 1962. Radioul bidirecțional PRC-77 VHF cu stare solidă a supraviețuit testelor EMP extinse. Primul PRC-25, aproape identic, cu excepția etapei finale de amplificare a tubului de vid, a fost testat în simulatoare EMP, dar nu a fost certificat pentru a rămâne complet funcțional.

Electronică în funcțiune vs. inactivă

Echipamentele care rulează în momentul unui EMP sunt mai vulnerabile. Chiar și un impuls cu energie redusă are acces la sursa de alimentare și toate părțile sistemului sunt iluminate de impuls. De exemplu, poate fi creată o cale de arcare cu curent ridicat pe sursa de alimentare, arzând un dispozitiv de-a lungul acelei căi. Astfel de efecte sunt greu de prezis și necesită testare pentru a evalua vulnerabilitățile potențiale.

Pe avioane

Multe detonații nucleare au avut loc folosind bombe aeriene . B-29 aeronave care a livrat armele nucleare la Hiroshima și Nagasaki nu au putere pierde daune electrice, deoarece electronii (ejectate din aer cu raze gamma) sunt oprite rapid în aer normal pentru exploziile sub aproximativ 10 kilometri (33,000 ft), deci nu sunt deviate în mod semnificativ de câmpul magnetic al Pământului.

Dacă aeronava care transporta bombele Hiroshima și Nagasaki ar fi fost în zona de radiații nucleare intense atunci când bombele au explodat peste acele orașe, atunci ar fi suferit efecte de la separarea sarcinii (radială) EMP. Dar acest lucru se întâmplă numai în raza de explozie severă pentru detonări sub aproximativ 10 km altitudine.

În timpul operațiunii Fishbowl , întreruperile EMP au fost suferite la bordul unei aeronave fotografice KC-135 care zboară 300 km (190 mi) de la detonările de 410 kt (1.700 TJ) la altitudini de explozie de 48 și 95 km (157.000 și 312.000 ft). Electronica vitală a fost mai puțin sofisticată decât cea de astăzi, iar aeronava a reușit să aterizeze în siguranță.

Pe mașini

Un EMP nu ar afecta probabil majoritatea mașinilor, în ciuda utilizării electronice a mașinilor moderne, deoarece circuitele electronice și cablarea mașinilor sunt probabil prea scurte pentru a fi afectate. În plus, cadrele metalice ale mașinilor oferă o anumită protecție. Cu toate acestea, chiar și un mic procent de mașini care se defectează din cauza unei defecțiuni electronice ar provoca blocaje temporare.

Pe electronice mici

Un EMP are un efect mai mic cu cât este mai mică lungimea unui conductor electric; deși alți factori afectează și vulnerabilitatea electronice, astfel încât nicio lungime de decupare nu determină dacă o parte a echipamentului va supraviețui. Cu toate acestea, dispozitivele electronice mici, cum ar fi ceasurile de mână și telefoanele mobile, ar rezista cel mai probabil la un EMP.

Pe oameni și animale

Deși tensiunile se pot acumula în conductorii electrici după un EMP, în general nu vor curge în corpurile umane sau animale și, astfel, contactul este sigur.

Scenarii de atac postbelice

Comisia EMP din Statele Unite a fost creată de Congresul Statelor Unite în 2001. Comisia este cunoscută în mod oficial sub numele de Comisia pentru evaluarea amenințării către Statele Unite de la atacul cu impulsuri electromagnetice (EMP).

Comisia a reunit oameni de știință și tehnologi notabili pentru a compila mai multe rapoarte. În 2008, Comisia a lansat „Raportul privind infrastructurile naționale critice”. Acest raport descrie consecințele probabile ale unui EMP nuclear asupra infrastructurii civile. Deși acest raport a acoperit Statele Unite, majoritatea informațiilor sunt aplicabile altor țări industrializate. Raportul din 2008 a urmat unui raport mai generalizat emis de comisie în 2004.

În mărturia scrisă transmisă Senatului Statelor Unite în 2005, un membru al personalului Comisiei EMP a raportat:

Comisia EMP a sponsorizat un sondaj la nivel mondial al literaturii științifice și militare străine pentru a evalua cunoștințele și, eventual, intențiile, statelor străine cu privire la atacul cu impuls electromagnetic (EMP). Sondajul a constatat că fizica fenomenului EMP și potențialul militar al atacului EMP sunt înțelese pe scară largă în comunitatea internațională, după cum se reflectă în scrierile și declarațiile oficiale și neoficiale. Studiul surselor deschise din ultimul deceniu constată că cunoștințele despre EMP și atacul EMP sunt evidențiate cel puțin în Marea Britanie, Franța, Germania, Israel, Egipt, Taiwan, Suedia, Cuba, India, Pakistan, Irak sub conducerea lui Saddam Hussein, Iran, Nord Coreea, China și Rusia.

Mulți analiști străini - în special în Iran, Coreea de Nord, China și Rusia - consideră Statele Unite ca un potențial agresor care ar fi dispus să-și folosească întreaga panoplie de arme, inclusiv arme nucleare, într-o primă grevă. Ei percep Statele Unite ca având planuri de urgență pentru a face un atac nuclear EMP și că sunt dispuși să execute aceste planuri într-o gamă largă de circumstanțe.

Oamenii de știință militari ruși și chinezi din scrierile open source descriu principiile de bază ale armelor nucleare concepute special pentru a genera un efect EMP îmbunătățit, pe care îl numesc arme „Super-EMP”. Armele „Super-EMP”, potrivit acestor scrieri străine cu sursă deschisă, pot distruge chiar și cele mai bine protejate sisteme electronice militare și civile din SUA.

Comisia EMP din Statele Unite a stabilit că protecțiile cunoscute de mult sunt aproape complet absente în infrastructura civilă a Statelor Unite și că părți mari din serviciile militare americane erau mai puțin protejate împotriva EMP decât în ​​timpul Războiului Rece. În declarațiile publice, Comisia a recomandat ca echipamentele electronice și componentele electrice să fie rezistente la EMP - și să mențină inventarele de piese de schimb care să permită reparații rapide. Comisia EMP din Statele Unite nu s-a uitat la alte națiuni.

În 2011, Consiliul științei apărării a publicat un raport despre eforturile în curs de a apăra sistemele militare și civile critice împotriva efectelor EMP și a altor efecte ale armelor nucleare.

Serviciile militare ale Statelor Unite au dezvoltat și, în unele cazuri, au publicat ipotetice scenarii de atac EMP.

În 2016, laboratorul Los Alamos a început faza 0 a unui studiu multianual (până la faza 3) pentru a investiga EMP-urile care au pregătit strategia care trebuie urmată pentru restul studiului.

În 2017, departamentul de energie din SUA a publicat „Planul de acțiune pentru reziliența impulsurilor electromagnetice DOE”, Edwin Boston a publicat o disertație pe această temă, iar Comisia EMP a publicat „Evaluarea amenințării de la pulsul electromagnetic (EMP)”. Comisia EMP a fost închisă în vara anului 2017. Au constatat că rapoartele anterioare au subestimat efectele unui atac EMP asupra infrastructurii naționale și au evidențiat problemele legate de comunicațiile de la DoD din cauza naturii clasificate a materialului și au recomandat DHS în loc să meargă către DOE pentru îndrumare și direcție ar trebui să coopereze direct cu părțile mai bine informate ale DOE. Mai multe rapoarte sunt în curs de publicare pentru publicul larg.

Protejarea infrastructurii

Problema protejării infrastructurii civile de pulsul electromagnetic a fost studiată intens în întreaga Uniune Europeană și, în special, în Regatul Unit.

Începând din 2017, mai multe companii de electricitate din Statele Unite au fost implicate într-un program de cercetare de trei ani privind impactul HEMP asupra rețelei electrice din Statele Unite, condus de o organizație non-profit din industrie, Electric Power Research Institute (EPRI).

În ficțiune și cultură populară

Mai ales din anii 1980, armele nucleare EMP au câștigat o prezență semnificativă în ficțiune și în cultura populară.

Mass-media populară descrie deseori efectele EMP în mod incorect, provocând neînțelegeri în rândul publicului și chiar al profesioniștilor, iar în Statele Unite s-au făcut eforturi oficiale pentru a stabili recordul. Space Command Statele Unite ale Americii comandat știință educator Bill Nye pentru a produce un film numit „Hollywood vs EMP“ , astfel încât inexacte Hollywood ficțiune nu ar confunda pe cei care trebuie să se ocupe de evenimente reale EMP. Videoclipul nu este disponibil publicului larg.

Vezi si

Referințe

Citații

Surse

Lecturi suplimentare

• COMISIA DE EVALUARE A AMENINȚEI CĂTRE STATELE UNITE DIN ATACUL ELECTROMAGNETIC PULSE (EMP) (iulie 2017). „Evaluarea amenințării din atacul EMP - Raport executiv” (PDF) . www.dtic.mil .
• ISBN  978-1-59-248389-1 Un secol XXI Ghid complet asupra amenințărilor de atac cu pulsul electromagnetic (EMP), Raportul Comisiei pentru evaluarea amenințării către Statele Unite de la atacurile electromagnetice ... Arme nucleare de înaltă altitudine (CD) -ROM)
• ISBN  978-0-16-056127-6 Amenințare reprezentată de pulsul electromagnetic (EMP) pentru sistemele militare și infrastructura civilă din SUA: audiere în fața subcomitetului de cercetare și dezvoltare militară - prima sesiune, audiere din 16 iulie 1997 (legătură necunoscută)
• ISBN  978-0-471-01403-4 Radiații electromagnetice ale impulsurilor și tehnici de protecție
• ISBN  978-0-16-080927-9 Raportul Comisiei pentru evaluarea amenințării Statelor Unite de la atacul cu impuls electromagnetic (EMP)

linkuri externe

• Glasstone, Samuel; Dolan, Philip J. (1977). „Efectele armelor nucleare” . Departamentul Apărării al Statelor Unite. Arhivat din original la 21.08.2009. Citați jurnalul necesită |journal=( ajutor )
• GlobalSecurity.org - Puls electromagnetic: de la haos la o soluție gestionabilă
• Puls electromagnetic (EMP) și protecție împotriva furtunii pentru instalații - Corpul inginerilor armatei SUA
• Datele EMP din testul nuclear Starfish măsurate de Richard Wakefield de la LANL și revizuirea dovezilor referitoare la efectele aflate la 1.300 km distanță în Hawaii, de asemenea revizuirea testelor EMP rusești din 1962
• Citiți rapoartele Serviciului de Cercetare al Congresului (CRS) referitoare la HEMP
• MIL-STD-188-125-1
• Cum funcționează bombele electronice
• Comisia va evalua amenințarea către Statele Unite de la atacul cu impuls electromagnetic (EMP)
• NEMP și centrală nucleară
• Ordinul executiv prezidențial al SUA privind EMP
• Protejarea echipamentelor electrice: bune practici pentru prevenirea impactului impulsurilor electromagnetice la altitudine, De Gruyter, 2019