Kiểm tra xung điện từ

Tác động của xung điện từ (EMP) đối với thiết bị điện tử có thể nghiêm trọng, nhưng chúng gây ra mối đe dọa tàn khốc hơn nữa đối với các quy trình và cơ sở hạ tầng mà chúng hỗ trợ. Thiết kế các thiết bị và hệ thống để chịu được tác động của EMP sẽ làm giảm tác động của các cuộc tấn công EMP tiềm năng đến các thiết bị điện tử của chúng ta trong tương lai.

Vũ khí năng lượng trực tiếp (DEW) và an ninh

Các công nghệ EMP phi hạt nhân hiệu quả cao đang được phát triển khá rộng rãi trên toàn thế giới. Những công nghệ này được phân loại là "Vũ khí năng lượng trực tiếp" và hiện đang được sử dụng bởi các lực lượng vũ trang Hoa Kỳ, các cơ quan cảnh sát tiểu bang và địa phương. Vũ khí năng lượng trực tiếp rất giống với EMP truyền thống và đi đến mục tiêu với tốc độ ánh sáng. Nó có thể có tác dụng dần dần trên các thiết bị điện tử, từ gián đoạn công việc đến thiệt hại vĩnh viễn hoặc phá hủy hoàn toàn.

Ví dụ tốt nhất của công nghệ này là máy phát EMP xả hồ quang. Các thiết bị này sử dụng điện áp cao và lưu trữ năng lượng lớn của các tụ điện được giải phóng đến một tải trở kháng mỏng hoặc ngắn mạch dưới một dây dẫn đột ngột. Dây hoạt động như một cầu chì mở ở đỉnh của dòng phóng cao của tụ điện, dẫn đến một sự giải phóng lớn của điện di băng rộng.

Một ví dụ khác về công nghệ EMP phi hạt nhân là Flux nén Generator (FCG). FCG lần đầu tiên được trình diễn tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (LANL) bởi Clarence Fowler vào cuối những năm XNUMX. Công nghệ này bơm các xung năng lượng cao vào một cuộn dây dẫn lớn. Tại điểm xung cao nhất, một lượng thuốc nổ nhỏ sẽ nhanh chóng nén cuộn dây đến một đầu của máy phát, phát ra một lượng lớn năng lượng điện từ. Các thiết kế ban đầu dài vài mét, nhưng nhờ những tiến bộ công nghệ, nó được báo cáo là có kích thước gần bằng một lon soda.

Với việc tạo ra vũ khí năng lượng trực tiếp phi hạt nhân và việc sử dụng các thiết bị và môi trường phi chiến tranh hiện nay trên chiến trường, nhu cầu bảo vệ các thiết bị điện tử luôn ở mức cao nhất. Quân đội Hoa Kỳ đã đánh giá tác động của xung điện từ trên thiết bị trong 50 năm qua và phát triển các hướng dẫn thiết kế bảo vệ và kỹ thuật bảo dưỡng được sử dụng ngày nay.

SỮA-STD-461, RS105

MIL-STD-461Gcung cấp phương pháp thử nghiệm và mức độ quét để xác định khả năng miễn dịch của thiết bị với EMP từ góc độ bức xạ và truyền đi. Các chế độ kết nối và cáp kết nối trên vỏ thiết bị có thể phức tạp, do đó chúng được xem xét riêng.

Phương pháp thử nghiệm RS461 được chỉ định trong MIL-STD-105G giúp loại bỏ nguy cơ tiếp xúc với sự kiện EMP. Thử nghiệm RS105 thường áp dụng cho các thiết bị được cài đặt trong môi trường tiếp xúc và tiếp xúc một phần. Hải quân Hoa Kỳ yêu cầu thử nghiệm RS105 cho hầu hết mọi nền tảng lắp đặt, tàu mặt nước, tàu ngầm và máy bay cho các ứng dụng mặt đất.

Các đặc điểm tác động của RS105 bao gồm thời gian tăng nhanh, thời gian đột quỵ ngắn và biên độ cao, tương tự như EMP thực sự. Cường độ trường cực đại 50 kV / m được chỉ định cho thiết bị tiếp xúc. Tuy nhiên, các mức diện tích cực đại cần được điều chỉnh cho các cài đặt lộ ra một phần do các hiệu ứng suy giảm được cung cấp bởi các vỏ bọc như cấu trúc xây dựng boong hoặc cửa nhà chứa máy bay. Ví dụ, thiết bị được lắp đặt gần các khe khe boong phải đáp ứng ứng suất bên ngoài, giảm do hiệu quả bảo vệ của một lỗ cụ thể hoặc bởi lớp che chắn điện từ 40 dB được cung cấp bởi cấu trúc xây dựng boong, tùy theo mức nào thấp hơn.

Thử nghiệm RS105 được thực hiện với một đường truyền được kết nối với bộ tạo xung tạm thời. Đầu từ xa của máy phát và mạch truyền thường được kết nối với mặt đất tham chiếu. Kết nối này cung cấp một đường dẫn trở lại cho phép dòng chảy hiện tại, cho phép tạo ra các trường điện từ. Thiết bị được thử nghiệm sau đó được gắn dưới đường truyền trong khu vực thống nhất được xác định trước.

Khu vực được phát triển giữa đường truyền và mặt phẳng mặt đất bao gồm điện áp chênh lệch lớn và các trường hiện tại. Để đảm bảo diện tích phân bố diện tích đồng đều, RS105 yêu cầu chiều dài và chiều rộng của đường truyền tối thiểu phải gấp đôi chiều cao của thiết bị được thử nghiệm và ít nhất gấp ba lần chiều cao.

SỮA-STD-461, CS116

Phương pháp thử nghiệm của MIL-STD-461 CS116 đánh giá hiệu ứng ghép của EMP trên các đường kết nối kim loại. Mục đích của thử nghiệm này là cung cấp khả năng chịu được các hoạt động chuyển mạch nền tảng, tác động gián tiếp của sét và chuyển tiếp hình sin bị ẩm do EMP gây ra. Bộ tần số kiểm tra tối thiểu là 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz, 10 MHz, 30 MHz và 100 MHz.

Theo MIL-STD-461F, thử nghiệm CS116 áp dụng cho tất cả các nền tảng lắp đặt và đại lý cung cấp với khả năng áp dụng hạn chế cho tàu ngầm. Tương tự như RS105, thử nghiệm CS116 không phải là làm hỏng phần cứng, mà là để xác định ngưỡng miễn dịch cho xung điện từ. Điều này được thực hiện bằng cách bắt đầu ở mức 10% mức khu vực đỉnh và tăng dần diện tích cho đến khi độ nhạy được xác định hoặc mức khu vực đỉnh được chỉ định đạt được.

Một điểm quan trọng cần lưu ý về phương pháp thử nghiệm là các tín hiệu cảm ứng được kết nối cảm ứng với từng dòng. Lượng điện áp và dòng điện cảm ứng trong mỗi dòng phụ thuộc vào trở kháng. Các dòng trở kháng cao hơn sẽ cho phép thu được điện áp cao hơn ở các dòng điện thấp trong đó các dòng trở kháng thấp như dây được che chắn sẽ thu được nhiều dòng điện hơn ở các điện áp thấp hơn. Để tránh kiểm tra quá mức, các dòng được bơm được hiệu chuẩn trước đến trở kháng vòng lặp 100 ohm và dòng điện cảm ứng được theo dõi trong mỗi dòng. Như đã nêu, các mức thử nghiệm được tăng dần cho đến khi phát hiện độ nhạy của thiết bị, đạt đến giới hạn hiện tại hoặc cài đặt máy phát trong khi hiệu chuẩn 100 ohm.

Tóm lại, ảnh hưởng của xung điện từ đối với thiết bị điện tử có thể nghiêm trọng, nhưng chúng gây ra mối đe dọa tàn khốc hơn nữa đối với các quy trình và cơ sở hạ tầng mà chúng hỗ trợ. Thiết kế các thiết bị và hệ thống để chịu được tác động của EMP sẽ làm giảm tác động của các cuộc tấn công EMP tiềm năng đến các thiết bị điện tử của chúng ta trong tương lai.