Ядерный электромагнитный импульс ( ядерный ЭМИ или NEMP ) — это всплеск электромагнитного излучения , создаваемый ядерным взрывом . Результирующие быстро меняющиеся электрические и магнитные поля могут взаимодействовать с электрическими и электронными системами, вызывая разрушительные скачки тока и напряжения . Конкретные характеристики конкретного события ядерного ЭМИ варьируются в зависимости от ряда факторов, наиболее важным из которых является высота детонации.
Термин «электромагнитный импульс» обычно исключает оптический (инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый) и ионизирующий (например, рентгеновское и гамма-излучение) диапазоны. В военной терминологии ядерная боеголовка, взорванная на высоте десятков-сотней миль над поверхностью Земли, известна как устройство с высотным электромагнитным импульсом (HEMP). Эффекты устройства HEMP зависят от таких факторов, как высота детонации, выход энергии , выход гамма-излучения , взаимодействие с магнитным полем Земли и электромагнитное экранирование целей.
Тот факт, что электромагнитный импульс создается ядерным взрывом, был известен с самых первых дней испытаний ядерного оружия. Масштаб ЭМИ и значимость его эффектов не были сразу осознаны. [1]
Во время первого ядерного испытания в США 16 июля 1945 года электронное оборудование было экранировано, поскольку Энрико Ферми ожидал электромагнитный импульс. Официальная техническая история этого первого ядерного испытания гласит: «Все сигнальные линии были полностью экранированы, во многих случаях дважды экранированы. Несмотря на это, многие записи были утеряны из-за ложных срабатываний во время взрыва, который парализовал записывающее оборудование». [2] : 53 Во время британских ядерных испытаний в 1952–53 годах отказы приборов приписывались « радиовспышке », что было их термином для ЭМИ. [3] [4]
Первое открыто сообщенное наблюдение уникальных аспектов высотного ядерного ЭМИ произошло во время ядерного испытания серии Hardtack I , запущенного на гелиевом шаре в Юкке 28 апреля 1958 года. В этом испытании измерения электрического поля от оружия мощностью 1,7 килотонны превысили диапазон, на который были настроены испытательные приборы, и, по оценкам, примерно в пять раз превышали пределы, на которые были установлены осциллографы. Первоначально ЭМИ Юкки был положительно идущим, тогда как всплески на низкой высоте были отрицательно идущими импульсами. Кроме того, поляризация сигнала ЭМИ Юкки была горизонтальной, тогда как ядерный ЭМИ на низкой высоте был вертикально поляризован. Несмотря на эти многочисленные различия, уникальные результаты ЭМИ были отклонены как возможная аномалия распространения волн . [5]
Высотные ядерные испытания 1962 года, как обсуждается ниже, подтвердили уникальные результаты высотного испытания Юкка и повысили осведомленность о высотном ядерном ЭМИ за пределами первоначальной группы ученых-оборонщиков. Более широкое научное сообщество осознало значимость проблемы ЭМИ после того, как в 1981 году Уильям Дж. Брод опубликовал серию из трех статей о ядерном ЭМИ в журнале Science . [1] [6] [7]
В июле 1962 года США провели испытание Starfish Prime , взорвав бомбу мощностью 1,44 Мт (6,0 ПДж ) на высоте 400 километров (250 миль; 1 300 000 футов) над средним уровнем Тихого океана. Это продемонстрировало, что последствия ядерного взрыва на большой высоте были намного сильнее, чем предполагалось ранее. Starfish Prime донесла эти последствия до общественности, вызвав электрические повреждения на Гавайях , примерно в 1 445 километрах (898 миль) от точки взрыва, отключив около 300 уличных фонарей, включив многочисленные сигнализации и повредив микроволновую связь. [8]
Starfish Prime был первым успешным испытанием в серии высотных ядерных испытаний США в 1962 году, известных как Operation Fishbowl . Последующие испытания собрали больше данных о феномене высотного ЭМИ.
Высотные ядерные испытания Bluegill Triple Prime и Kingfish в октябре и ноябре 1962 года в ходе операции Fishbowl предоставили достаточно четкие данные, которые позволили физикам точно определить физические механизмы, лежащие в основе электромагнитных импульсов . [ 9 ]
Ущерб от ЭМИ, нанесенный испытанием Starfish Prime, был быстро устранен, отчасти из-за того, что ЭМИ над Гавайями был относительно слабым по сравнению с тем, что можно было бы произвести с помощью более интенсивного импульса, а отчасти из-за относительной прочности (по сравнению с сегодняшним днем) [10] электрической и электронной инфраструктуры Гавайев в 1962 году. [11]
Относительно небольшая величина ЭМИ Starfish Prime на Гавайях (около 5,6 киловольт/метр) и относительно небольшой объем ущерба (например, было погашено всего 1–3% уличных фонарей) [12] заставили некоторых ученых в ранние дни исследований ЭМИ полагать, что проблема может быть несущественной. Более поздние расчеты [11] показали, что если бы боеголовка Starfish Prime была взорвана над северной континентальной частью Соединенных Штатов, величина ЭМИ была бы намного больше (от 22 до 30 кВ/м) из-за большей силы магнитного поля Земли над Соединенными Штатами, а также его иной ориентации в высоких широтах. Эти расчеты, в сочетании с ускоряющейся зависимостью от чувствительной к ЭМИ микроэлектроники, усилили понимание того, что ЭМИ может быть существенной проблемой. [13]
В 1962 году Советский Союз провел три ядерных испытания, производящих ЭМИ, в космосе над Казахстаном, последнее из которых было в рамках « Советского ядерного испытания проекта К ». [14] Хотя это оружие было намного меньше (300 килотонн ), чем испытание Starfish Prime, оно проводилось над населенной большой территорией и в месте, где магнитное поле Земли было сильнее. Ущерб, нанесенный полученным ЭМИ, как сообщается, был намного больше, чем в Starfish Prime. Геомагнитный шторм , подобный импульсу E3 от испытания 184, вызвал скачок тока в длинной подземной линии электропередач , что привело к пожару на электростанции в городе Караганда . [ требуется ссылка ]
После распада Советского Союза уровень этого ущерба был неофициально передан американским ученым. [15] В течение нескольких лет американские и российские ученые сотрудничали в изучении феномена HEMP. Было обеспечено финансирование, чтобы российские ученые могли сообщить о некоторых результатах советского ЭМИ в международных научных журналах. [16] В результате, существует официальная документация некоторых повреждений от ЭМИ в Казахстане, хотя она все еще скудна в открытой научной литературе. [17] [18]
Для одного из испытаний проекта K советские ученые оборудовали 570-километровый (350 миль) участок телефонной линии в районе, который, как они ожидали, будет затронут импульсом. Контролируемая телефонная линия была разделена на подлинии длиной от 40 до 80 километров (от 25 до 50 миль), разделенные повторителями . Каждая подлиния была защищена предохранителями и газонаполненными устройствами защиты от перенапряжения . ЭМИ от ядерного испытания 22 октября (К-3) (также известного как Тест 184) взорвал все предохранители и разрушил все устройства защиты от перенапряжения во всех подлиниях. [17] Опубликованные отчеты, включая статью IEEE 1998 года, [17] заявили, что во время испытаний возникли значительные проблемы с керамическими изоляторами на воздушных линиях электропередач. В техническом отчете 2010 года, подготовленном для Национальной лаборатории Ок-Ридж, говорилось, что «изоляторы линии электропередачи были повреждены, что привело к короткому замыканию на линии, а некоторые линии отсоединились от столбов и упали на землю» [19] .
Ядерный ЭМИ представляет собой сложный многоимпульсный сигнал, обычно описываемый в терминах трех компонентов, как определено Международной электротехнической комиссией (МЭК). [20]
Три компонента ядерного ЭМИ, как определено МЭК, называются «E1», «E2» и «E3». [20] [21]
Три категории высотного ЭМИ подразделяются в зависимости от длительности и времени возникновения каждого импульса. E1 — самый быстрый или «ранний» высотный ЭМИ. Традиционно термин «ЭМИ» часто относится именно к этому компоненту E1 высотного электромагнитного импульса. [22]
Импульсы E2 и E3 часто подразделяются на дополнительные подразделения в соответствии с причинно-следственной связью. E2 — это гораздо более низкоинтенсивный «промежуточный» ЭМИ, который далее делится на E2A (рассеянный гамма-ЭМИ) и E2B (нейтронный гамма-ЭМИ). [22]
E3 — это очень продолжительный «поздний» импульс, который чрезвычайно медленно нарастает и спадает по сравнению с другими компонентами ЭМИ. [22] E3 далее делится на E3A (взрывная волна) и E3B (вертикальная качка). [22] E3 также называется магнитогидродинамическим ЭМИ. [22]
Импульс E1 является очень быстрым компонентом ядерного ЭМИ. E1 представляет собой короткое, но интенсивное электромагнитное поле, которое индуцирует высокие напряжения в электрических проводниках. E1 вызывает большую часть своих повреждений, вызывая превышение электрических пробивных напряжений . E1 может вывести из строя компьютеры и коммуникационное оборудование, и он изменяется слишком быстро (наносекунды), чтобы обычные устройства защиты от перенапряжения могли обеспечить эффективную защиту от него. Быстродействующие устройства защиты от перенапряжения (например, те, которые используют TVS-диоды ) блокируют импульс E1.
E1 возникает, когда гамма-излучение от ядерного взрыва ионизирует (отрывает электроны) атомы в верхних слоях атмосферы. Это известно как эффект Комптона , а возникающий ток называется «током Комптона». Электроны движутся в общем направлении вниз с релятивистскими скоростями (более 90 процентов скорости света). При отсутствии магнитного поля это создало бы большой радиальный импульс электрического тока, распространяющийся наружу от места взрыва, ограниченного областью источника (областью, в которой ослабляются гамма-фотоны). Магнитное поле Земли оказывает силу на поток электронов под прямым углом как к полю, так и к исходному вектору частиц, что отклоняет электроны и приводит к синхротронному излучению . Поскольку распространяющийся наружу гамма-импульс распространяется со скоростью света, синхротронное излучение электронов Комптона когерентно добавляется , приводя к излучаемому электромагнитному сигналу. Это взаимодействие создает большой короткий импульс. [24]
Несколько физиков работали над проблемой определения механизма импульса HEMP E1. Механизм был окончательно идентифицирован Конрадом Лонгмайром из Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1963 году. [9]
Лонгмайер приводит численные значения для типичного случая импульса E1, произведенного ядерным оружием второго поколения, таким как в ходе операции Fishbowl . Типичные гамма-лучи, испускаемые оружием, имеют энергию около 2 МэВ ( мегаэлектронвольт ). Гамма-лучи передают около половины своей энергии выброшенным свободным электронам, что дает энергию около 1 МэВ. [24]
В вакууме и при отсутствии магнитного поля электроны будут перемещаться с плотностью тока в десятки ампер на квадратный метр. [24] Из-за наклона вниз магнитного поля Земли на высоких широтах область пиковой напряженности поля представляет собой U-образную область к экваториальной стороне детонации. Как показано на схеме, для ядерных детонаций в Северном полушарии эта U-образная область находится к югу от точки детонации. Вблизи экватора , где магнитное поле Земли более горизонтально, напряженность поля E1 более симметрична вокруг места взрыва. [ требуется ссылка ]
При напряженности геомагнитного поля, типичной для средних широт, эти начальные электроны движутся по спирали вокруг линий магнитного поля с типичным радиусом около 85 метров (280 футов). Эти начальные электроны останавливаются столкновениями с молекулами воздуха на среднем расстоянии около 170 метров (560 футов). Это означает, что большинство электронов останавливаются столкновениями с молекулами воздуха до завершения полной спирали вокруг линий поля. [24]
Это взаимодействие отрицательно заряженных электронов с магнитным полем излучает импульс электромагнитной энергии. Импульс обычно достигает своего пикового значения примерно за пять наносекунд. Его величина обычно уменьшается вдвое в течение 200 наносекунд. (По определению IEC, этот импульс E1 заканчивается через 1000 наносекунд после начала.) Этот процесс происходит одновременно примерно на 1025 электронах . [24] Одновременное действие электронов заставляет результирующий импульс от каждого электрона излучаться когерентно, складываясь для создания одного излучаемого импульса большой амплитуды и короткой длительности. [25]
Вторичные столкновения заставляют последующие электроны терять энергию до того, как они достигнут уровня земли. Электроны, генерируемые этими последующими столкновениями, имеют так мало энергии, что они не вносят существенного вклада в импульс E1. [24]
Эти гамма-лучи 2 МэВ обычно производят импульс E1 вблизи уровня земли на умеренно высоких широтах, который достигает пика около 50 000 вольт на метр. Процесс ионизации в средней стратосфере заставляет эту область становиться электрическим проводником, процесс, который блокирует производство дальнейших электромагнитных сигналов и вызывает насыщение напряженности поля около 50 000 вольт на метр. Сила импульса E1 зависит от количества и интенсивности гамма-лучей и от скорости гамма-всплеска. Сила также в некоторой степени зависит от высоты. [ необходима цитата ]
Имеются сообщения о ядерном оружии "супер-ЭМИ", которое способно превышать предел в 50 000 вольт на метр с помощью неуказанных механизмов. Реальность и возможные детали конструкции этого оружия засекречены и, следовательно, не подтверждены в открытой научной литературе [26] : 3
Компонент E2 генерируется рассеянными гамма-лучами и неупругими гамма-лучами, производимыми нейтронами . Этот компонент E2 представляет собой импульс «промежуточного времени», который, по определению МЭК, длится от одной микросекунды до одной секунды после взрыва. E2 имеет много общего с молнией , хотя вызванный молнией E2 может быть значительно больше ядерного E2. Из-за сходства и широкого использования технологии защиты от молний, E2 обычно считается самым простым для защиты. [21]
По данным Комиссии США по ЭМИ, основная проблема с E2 заключается в том, что он следует сразу за E1, что может повредить устройства, которые обычно защищают от E2.
В отчете Комиссии по ЭМИ за 2004 год говорится: «В целом, это не будет проблемой для критических инфраструктурных систем, поскольку у них есть существующие защитные меры для защиты от случайных ударов молнии. Наиболее существенный риск — синергетический, поскольку компонент E2 следует через малую долю секунды после воздействия первого компонента, который может ухудшить или разрушить многие защитные и контрольные функции. Таким образом, энергия, связанная со вторым компонентом, может проникнуть в системы и повредить их». [21] : 6
Компонент E3 отличается от E1 и E2. E3 — гораздо более медленный импульс, длящийся от десятков до сотен секунд. Он вызван временным искажением магнитного поля Земли ядерным взрывом. Компонент E3 имеет сходство с геомагнитной бурей . [27] [21] Подобно геомагнитной буре, E3 может создавать геомагнитно-индуцированные токи в длинных электрических проводниках, повреждая такие компоненты, как трансформаторы линий электропередач . [28]
Из-за сходства между геомагнитными бурями, вызванными солнцем, и ядерным E3, стало общепринятым называть геомагнитные бури, вызванные солнцем, «солнечным ЭМИ». [29] «Солнечный ЭМИ» не включает компоненты E1 или E2. [30]
Факторы, определяющие эффективность оружия, включают высоту, мощность , детали конструкции, расстояние до цели, промежуточные географические особенности и локальную напряженность магнитного поля Земли.
Согласно интернет-букварю, опубликованному Федерацией американских ученых : [33]
Таким образом, для того, чтобы оборудование было поражено, оружие должно находиться выше визуального горизонта . [33]
Указанная выше высота больше, чем у Международной космической станции и многих спутников на низкой околоземной орбите . Крупное оружие может оказать драматическое воздействие на работу спутников и связь, как это произошло во время операции Fishbowl. Разрушительные эффекты для орбитальных спутников обычно вызваны факторами, отличными от ЭМИ. В ядерном испытании Starfish Prime наибольший ущерб был нанесен солнечным панелям спутников при прохождении через радиационные пояса, созданные взрывом. [34]
Для взрывов в атмосфере ситуация более сложная. В диапазоне осаждения гамма-лучей простые законы больше не действуют, поскольку воздух ионизирован, и существуют другие эффекты ЭМИ, такие как радиальное электрическое поле из-за разделения электронов Комптона от молекул воздуха, а также другие сложные явления. Для поверхностного взрыва поглощение гамма-лучей воздухом ограничит диапазон осаждения гамма-лучей примерно 16 километрами (10 миль), тогда как для взрыва в воздухе с меньшей плотностью на больших высотах диапазон осаждения будет намного больше. [ необходима цитата ]
Типичные мощности ядерного оружия, использовавшиеся во время планирования холодной войны для атак ЭМИ, находились в диапазоне от 1 до 10 Мт (от 4,2 до 41,8 ПДж ). [35] : 39 Это примерно в 50-500 раз больше размера бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки. Физики дали показания на слушаниях в Конгрессе США, что оружие с мощностью 10 кт (42 ТДж) или меньше может производить большой ЭМИ. [36] : 48
ЭМИ на фиксированном расстоянии от взрыва увеличивается максимум как квадратный корень мощности (см. иллюстрацию справа). Это означает, что хотя 10-килотонное (42 ТДж) оружие выделяет всего 0,7% энергии, выделяемой 1,44-мегатонным (6,0 ПДж) тестом Starfish Prime, ЭМИ будет как минимум на 8% мощнее. Поскольку компонент E1 ядерного ЭМИ зависит от мгновенного гамма-излучения, которое составляло всего 0,1% мощности в Starfish Prime, но может составлять 0,5% мощности в чистом ядерном оружии деления малой мощности , бомба мощностью 10 кт (42 ТДж) может легко быть на 5 * 8% = 40% мощнее 1,44-мегатонной (6,0 ПДж) Starfish Prime при производстве ЭМИ. [37] [ ненадежный источник? ]
Общая энергия мгновенного гамма-излучения при взрыве деления составляет 3,5% от мощности, но при детонации 10 кт (42 ТДж) инициирующее взрывчатое вещество вокруг ядра бомбы поглощает около 85% мгновенных гамма-лучей, поэтому выход составляет всего около 0,5% от мощности. В термоядерной Starfish Prime выход деления был менее 100%, а более толстая внешняя оболочка поглощала около 95% мгновенных гамма-лучей от толкателя вокруг стадии синтеза. Термоядерное оружие также менее эффективно в создании ЭМИ, поскольку первая стадия может предварительно ионизировать воздух [37] [ ненадежный источник? ] , который становится проводящим и, следовательно, быстро замыкает токи Комптона , генерируемые стадией синтеза . Следовательно, небольшое чистое оружие деления с тонкими корпусами гораздо более эффективно в создании ЭМИ, чем большинство мегатонных бомб. [ необходима ссылка ]
Однако этот анализ применим только к быстрым компонентам E1 и E2 ядерного ЭМИ. Геомагнитный буреподобный компонент E3 ядерного ЭМИ более пропорционален общему выходу энергии оружия. [38]
В ядерном ЭМИ все компоненты электромагнитного импульса генерируются вне оружия. [33]
Для ядерных взрывов на большой высоте большая часть ЭМИ генерируется вдали от детонации (где гамма-излучение от взрыва достигает верхних слоев атмосферы). Это электрическое поле от ЭМИ удивительно однородно на большой площади воздействия. [32]
Согласно стандартному справочному тексту по воздействию ядерного оружия, опубликованному Министерством обороны США, «Пиковая напряженность электрического поля (и ее амплитуда) на поверхности Земли от высотного взрыва будет зависеть от мощности взрыва, высоты взрыва, местоположения наблюдателя и ориентации по отношению к геомагнитному полю . Однако, как правило, можно ожидать, что напряженность поля составит десятки киловольт на метр на большей части территории, принимающей излучение ЭМИ». [32]
В тексте также говорится, что «... на большей части территории, затронутой ЭМИ, напряженность электрического поля на земле превысит 0,5 E max . Для мощностей менее нескольких сотен килотонн это не обязательно будет верно, поскольку напряженность поля на касательной к Земле может быть существенно меньше 0,5 E max ». [32]
( E max относится к максимальной напряженности электрического поля в зоне воздействия.)
Другими словами, напряженность электрического поля во всей области, которая подвергается воздействию ЭМИ, будет достаточно однородной для оружия с большим выходом гамма-излучения. Для оружия меньшего размера электрическое поле может падать быстрее по мере увеличения расстояния. [32]
Также известный как «усиленный ЭМИ», суперэлектромагнитный импульс — это относительно новый тип ведения войны, в котором ядерное оружие предназначено для создания гораздо более мощного электромагнитного импульса по сравнению со стандартным ядерным оружием массового поражения . [39] Это оружие использует компонент импульса E1 детонации с участием гамма-лучей , создавая выход ЭМИ потенциально до 200 000 вольт на метр. [40] В течение десятилетий многочисленные страны экспериментировали с созданием такого оружия, наиболее заметными из которых были Китай и Россия .
Согласно письменному заявлению китайских военных , страна имеет супер-ЭМИ и обсуждает их использование для атаки на Тайвань . Такая атака ослабит информационные системы в стране, что позволит Китаю войти и атаковать ее напрямую, используя солдат. Тайваньские военные впоследствии подтвердили наличие у Китая супер-ЭМИ и их возможное разрушение электросетей . [41]
Помимо Тайваня, возможные последствия атаки на Соединенные Штаты с использованием этого оружия были изучены Китаем. Хотя Соединенные Штаты также обладают ядерным оружием, страна не экспериментировала с супер-ЭМИ и гипотетически весьма уязвима для любых будущих атак со стороны государств. Это связано с зависимостью страны от компьютеров для управления большей частью правительства и экономики. [40] За рубежом американские авианосцы, размещенные в разумном диапазоне от взрывающейся бомбы, потенциально могут быть подвергнуты полному уничтожению ракет на борту, а также телекоммуникационных систем , которые позволили бы им связываться с близлежащими судами и диспетчерами на суше. [41]
Со времен холодной войны Россия экспериментировала с конструкцией и действием ЭМИ-бомб.
Советский Союз разработал систему доставки ядерного оружия из-за пределов атмосферы Земли . [42] и Россия внесла предложения по разработке спутников , оснащенных возможностями ЭМИ [ требуется ссылка ] . Это потребовало бы взрывов на высоте до 100 километров (62 мили) над поверхностью Земли, с потенциалом нарушения электронных систем американских спутников, подвешенных на орбите вокруг планеты, многие из которых жизненно важны для сдерживания и оповещения страны о возможных приближающихся ракетах. [40]
Энергичный ЭМИ может временно вывести из строя или навсегда повредить электронное оборудование, генерируя скачки высокого напряжения и тока; полупроводниковые компоненты особенно подвержены риску. Последствия повреждения могут варьироваться от незаметных глазу до разрыва устройств. Кабели, даже короткие, могут действовать как антенны для передачи энергии импульса оборудованию. [43]
Старое оборудование на основе электронных ламп (клапанов) обычно гораздо менее уязвимо к ядерному ЭМИ, чем твердотельное оборудование, которое гораздо более восприимчиво к повреждениям от больших кратковременных скачков напряжения и тока. Советские военные самолеты времен холодной войны часто имели авионику на основе электронных ламп, поскольку возможности твердотельных устройств были ограничены, а считалось, что электронные лампы имеют больше шансов выжить. [1]
Другие компоненты в схеме на электронных лампах могут быть повреждены ЭМИ. Электроламповое оборудование было повреждено во время испытаний 1962 года. [18] Твердотельная переносная двухсторонняя радиостанция PRC-77 VHF выдержала обширные испытания на ЭМИ. [44] Более ранняя модель PRC-25, почти идентичная, за исключением конечного каскада усиления на электронных лампах, была испытана в имитаторах ЭМИ, но не была сертифицирована как полностью функциональная. [ необходима цитата ]
Оборудование, работающее во время ЭМИ, более уязвимо. Даже импульс низкой энергии имеет доступ к источнику питания, и все части системы освещаются импульсом. Например, может быть создан путь дугового разряда высокого тока через источник питания, сжигающий некоторые устройства на этом пути. Такие эффекты трудно предсказать, и для оценки потенциальных уязвимостей требуются испытания. [43]
Многие ядерные взрывы проводились с использованием авиабомб . Самолеты B-29 , доставившие ядерное оружие в Хиросиму и Нагасаки, не теряли мощность из-за электрических повреждений, поскольку электроны (выбрасываемые из воздуха гамма-лучами) быстро останавливаются в обычном воздухе для взрывов ниже примерно 10 километров (33 000 футов), поэтому они не сильно отклоняются магнитным полем Земли. [32] : 517
Если бы самолеты, несущие бомбы Хиросимы и Нагасаки, находились в зоне интенсивного ядерного излучения, когда бомбы взорвались над этими городами, то они бы пострадали от эффектов разделения зарядов (радиального) ЭМИ. Но это происходит только в радиусе сильного взрыва для детонаций ниже высоты около 33 000 футов (10 км). [ необходима цитата ]
Во время операции «Аквариум » на борту фотографического самолета KC-135, пролетевшего в 300 км (190 миль) от взрывов мощностью 410 кт (1700 ТДж) на высоте 48 и 95 км (157 000 и 312 000 футов), произошли сбои из-за электромагнитного импульса. [37] Жизненно важная электроника была менее сложной, чем сегодняшняя, и самолет смог благополучно приземлиться. [ требуется ссылка ]
Современные самолеты в значительной степени зависят от твердотельной электроники, которая очень восприимчива к электромагнитным импульсам. Поэтому власти авиакомпаний создают требования к полям высокой интенсивности излучения (HIRF) для новых самолетов, чтобы помочь предотвратить вероятность аварий, вызванных электромагнитными импульсами или электромагнитными помехами (EMI). [45] Для этого все части самолета должны быть проводящими. Это главный щит от электромагнитных импульсов, пока нет отверстий для проникновения волн внутрь самолета. Кроме того, изоляция некоторых основных компьютеров внутри самолета добавляет дополнительный уровень защиты от электромагнитных импульсов. [ требуется цитата ]
ЭМИ, вероятно, не повлияет на большинство автомобилей, несмотря на интенсивное использование электроники в современных автомобилях, поскольку электронные схемы и кабели автомобилей, вероятно, слишком коротки, чтобы быть затронутыми. Кроме того, металлические рамы автомобилей обеспечивают некоторую защиту. Однако даже небольшой процент автомобилей, выходящих из строя из-за неисправности электроники, может вызвать пробки на дорогах. [43]
ЭМИ оказывает меньшее влияние на более короткие длины электрического проводника. Другие факторы также влияют на уязвимость электроники, поэтому никакая жесткая длина отсечки не определяет, выживет ли некоторая часть оборудования. Однако небольшие электронные устройства, такие как наручные часы и мобильные телефоны, скорее всего, выдержат ЭМИ. [43]
Хотя разность электрических потенциалов может накапливаться в электрических проводниках после ЭМИ, она, как правило, не проникает в тела людей или животных, и поэтому контакт безопасен. [43]
ЭМИ достаточной величины и продолжительности имеют потенциал для воздействия на организм человека. Возможные побочные эффекты включают клеточные мутации, повреждения нервной системы, внутренние ожоги, повреждения мозга и временные проблемы с мышлением и памятью. [46] Однако это будет в экстремальных случаях, например, когда вы находитесь вблизи центра взрыва и подвергаетесь воздействию большого количества радиации и волн ЭМИ.
Исследование показало, что воздействие 200–400 импульсов ЭМИ вызвало утечку сосудов в мозге, [47] утечку, которая была связана с небольшими проблемами с мышлением и припоминанием памяти. Эти эффекты могут длиться до 12 часов после воздействия. Из-за длительного времени воздействия, необходимого для проявления любого из этих эффектов, маловероятно, что кто-либо увидит эти эффекты, даже если подвергнется воздействию в течение небольшого периода времени. Кроме того, человеческое тело не увидит большого эффекта, поскольку сигналы передаются химически, а не электрически, что затрудняет воздействие волн ЭМИ. [ необходима цитата ]
Комиссия США по ЭМИ была создана Конгрессом США в 2001 году. Комиссия официально известна как Комиссия по оценке угрозы для США от атак с использованием электромагнитного импульса (ЭМИ). [48]
Комиссия собрала известных ученых и технологов для составления нескольких отчетов. В 2008 году Комиссия выпустила «Отчет о критических национальных инфраструктурах». [38] В этом отчете описываются вероятные последствия ядерного ЭМИ для гражданской инфраструктуры. Хотя этот отчет охватывал Соединенные Штаты, большая часть информации применима и к другим промышленно развитым странам. Отчет 2008 года был продолжением более обобщенного отчета, выпущенного комиссией в 2004 году. [21]
В письменных показаниях, данных Сенату США в 2005 году, сотрудник Комиссии по ЭМИ сообщил:
Комиссия по ЭМИ спонсировала всемирный обзор зарубежной научной и военной литературы для оценки знаний и, возможно, намерений иностранных государств в отношении атак с использованием электромагнитного импульса (ЭМИ). Обзор показал, что физика явления ЭМИ и военный потенциал атаки с использованием ЭМИ широко понятны в международном сообществе, что отражено в официальных и неофициальных работах и заявлениях. Обзор открытых источников за последнее десятилетие показывает, что знания об ЭМИ и атаках с использованием ЭМИ имеются по крайней мере в Великобритании, Франции, Германии, Израиле, Египте, Тайване, Швеции, Кубе, Индии, Пакистане, Ираке при Саддаме Хусейне, Иране, Северной Корее, Китае и России.
Многие иностранные аналитики – особенно в Иране, Северной Корее, Китае и России – рассматривают Соединенные Штаты как потенциального агрессора, который был бы готов использовать весь свой арсенал оружия, включая ядерное оружие, для первого удара. Они считают, что Соединенные Штаты имеют планы на случай непредвиденных обстоятельств для проведения ядерной атаки с использованием ЭМИ и готовы реализовать эти планы в широком диапазоне обстоятельств.
Российские и китайские военные ученые в открытых источниках описывают основные принципы ядерного оружия, разработанного специально для создания эффекта усиленного ЭМИ, которое они называют оружием «супер-ЭМИ». Согласно этим иностранным открытым источникам, оружие «супер-ЭМИ» может уничтожить даже самые защищенные военные и гражданские электронные системы США. [26]
Комиссия США по ЭМИ определила, что давно известные средства защиты почти полностью отсутствуют в гражданской инфраструктуре США и что значительная часть военных служб США была менее защищена от ЭМИ, чем во времена Холодной войны. В публичных заявлениях Комиссия рекомендовала сделать электронное оборудование и электрические компоненты устойчивыми к ЭМИ и поддерживать запасы запасных частей, которые позволят проводить быстрый ремонт. [21] [38] [49] Комиссия США по ЭМИ не рассматривала другие страны. [ требуется ссылка ]
В 2011 году Совет по оборонной науке опубликовал отчет о текущих усилиях по защите критически важных военных и гражданских систем от ЭМИ и других последствий применения ядерного оружия. [50]
Военные службы США разработали и в некоторых случаях опубликовали гипотетические сценарии атак с применением ЭМИ. [51]
В 2016 году Лос-Аламосская лаборатория начала фазу 0 многолетнего исследования (до фазы 3) по изучению ЭМИ, что подготовило стратегию, которой необходимо следовать в оставшейся части исследования. [52]
В 2017 году Министерство энергетики США опубликовало «План действий по устойчивости к электромагнитным импульсам Министерства энергетики США» [53] , Эдвин Бостон опубликовал диссертацию по этой теме [54] , а Комиссия по ЭМИ опубликовала «Оценку угрозы от электромагнитного импульса (ЭМИ)». [55] Комиссия по ЭМИ была закрыта летом 2017 года. [56] Они обнаружили, что в более ранних отчетах недооценивались последствия атаки ЭМИ на национальную инфраструктуру, подчеркивались проблемы с коммуникациями с Министерством обороны из-за секретного характера материала и рекомендовали Министерству внутренней безопасности вместо обращения в Министерство энергетики за указаниями и указаниями напрямую сотрудничать с более осведомленными частями Министерства энергетики. Несколько отчетов находятся в процессе публикации для широкой публики. [57]
Проблема защиты гражданской инфраструктуры от электромагнитного импульса интенсивно изучается во всем Европейском Союзе, и в частности в Соединенном Королевстве. [58] [59] [60]
По состоянию на 2017 год несколько электроэнергетических компаний в Соединенных Штатах были вовлечены в трехлетнюю исследовательскую программу по изучению воздействия HEMP на энергосистему Соединенных Штатов, проводимую отраслевой некоммерческой организацией Electric Power Research Institute (EPRI). [61] [62]
В 2018 году Министерство внутренней безопасности США опубликовало Стратегию защиты и подготовки страны от угроз электромагнитного импульса (ЭМИ) и геомагнитных возмущений (ГВВ), которая стала первым изложением департаментом целостного, долгосрочного, основанного на партнерстве подхода к защите критически важной инфраструктуры и подготовке к реагированию и восстановлению после потенциально катастрофических электромагнитных инцидентов. [63] [64] Прогресс на этом фронте описан в Отчете о состоянии программы ЭМИ. [65]
NuScale, небольшая компания по производству модульных ядерных реакторов из Орегона, США, сделала свой реактор устойчивым к ЭМИ. [66] [67]
К 1981 году ряд статей о ядерном электромагнитном импульсе в популярной прессе распространили знания о явлении ядерного ЭМИ в массовую культуру . [68] [69] [70] [71] Впоследствии ЭМИ использовался в самых разных художественных произведениях и других аспектах массовой культуры.
Популярные СМИ часто неправильно изображают эффекты ЭМИ, вызывая недопонимание среди общественности и даже профессионалов, и в Соединенных Штатах были предприняты официальные усилия, чтобы прояснить ситуацию. [43] Космическое командование Соединенных Штатов поручило преподавателю естественных наук Биллу Наю озвучить и создать видео под названием «Голливуд против ЭМИ», чтобы неточная голливудская фантастика не сбивала с толку тех, кому приходится иметь дело с реальными событиями ЭМИ. [72] Видео недоступно для широкой публики.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )испытания с устройствами меньшей мощности [410 кт
Kingfish
на высоте 95 км, 410 кт
Bluegill
на высоте 48 км и 7 кт
Checkmate
на высоте 147 км] привели к электронным сбоям на самолете с приборами [предположительно KC-135, который снимал испытания из-за облаков?], который находился примерно в 300 километрах от взрывов.
В этой статье использованы материалы из общедоступного федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).
