сигнализация охранные системы
Энциклопедия gsm охраны
 
Защита информации
 
Контроль и ограничение доступа
 
Охрана периметра
 
Охранная и пожарная сигнализация
 
Связь
 
Разное
 
Схемотехника
 
Книги по безопасности
 
Программы
 



 

общие положения по обеспечению защиты радиоэлектронных средств


Все современные объекты электроэнергетики, средства связи, системы управления транспортных средств и средств жизнеобеспечения содержат радиоэлектронные средства (РЭС), поэтому актуальной проблемой является задача обеспечения надежности и стойкости РЭС к внешним воздействующим факторам. В данной работе не затрагиваются вопросы защиты от искажения программного обеспечения и от информационных "вирусов" в РЭС - известных проявлений криминальной деятельности, борьба с которой в настоящее время организована и проводится государственными службами. Рассматриваются проблемы электронного терроризма, связанные с воздействием на РЭС электромагнитных импульсов (ЭМИ) высокой интенсивности.

Источниками ЭМИ являются многочисленные электромагнитные факторы естественного и искусственного происхождения: разряды молний и статического электричества (СЭ), излучения радиолокационных и радиопередающих средств (РЛС и РПС), короткие замыкания в энергетическом оборудовании, в ЛЭП и т.п., стойкость к воздействию которых предусматривается в процессе проектирования современных РЭС и контролируется на специальных стендах, имитирующих электромагнитные факторы (ЭФ).

Успехи в создании эффективных источников энергии и развитие новых методов генерирования мощных ЭМИ, имеющих высокую скорость нарастания и большую длительность, привели к созданию в США и России нового электромагнитного оружия (ЭМО), которое предназначено прежде всего для вывода из строя РЭС путем воздействия на уязвимые части РЭС ЭМИ и ЭМИ-СВЧ. Сообщается [1, 2], что в этом десятилетии ЭМО может быть принято на вооружение. Доступность ЭМО или их составных частей на рынке вооружения приведет к криминальному применению этих средств в процессе конкурентных "разборок", террористических и вандальных проявлений отдельных групп лиц.

Специалисты, занимающиеся вопросами оценки стойкости РЭС к воздействию электромагнитных факторов, электромагнитной совместимостью всегда могут найти в комплексе аппаратуры "слабое звено" и выбрать соответствующие технические средства электромагнитного излучения (ЭМИ), поражающее РЭС бесконтактным путем - дистанционно. Подобные генераторы ЭМИ могут быть выполнены в виде переносных, передвижных, летающих и стреляющих устройств.

Генератор излучений ЭМИ содержит источник питания, модулятор и полеобразующее устройство - антенну. Привычные бытовые приборы могут быть частями таких генераторов и использоваться для электромагнитного "бытового" терроризма [3].

Излучения ЭМИ и ЭМИ-СВЧ могут поражать как отдельные устройства РЭС, так и стратегические площадные объекты, объекты электроэнергетики.

Стоимость изготовления таких генераторов, предназначенных для различного применения, может находиться в пределах от 5 до 50 тыс. долларов США. Затраты на устранение последствий воздействия ЭМИ на РЭС в 5 - 10 раз выше за счет поиска, обнаружения, ремонта и дополнительного контроля РЭС, если эти воздействия не вызвали взрыв, пожар с сопутствующими человеческими жертвами.

Затраты на проведение работ, связанных с обеспечением стойкости РЭС к воздействию ЭМИ, на ранних стадиях проектирования составляют не более 2% от стоимости разработки, а стоимость защищенного РЭС возрастает не более чем на 3 - 5%. Однако более чем на порядок возрастают затраты, если мероприятия по защите РЭС от воздействия ЭМИ проводятся на поздних этапах проектирования.

По экспериментальным данным соотношение стоимости замены пораженного "слабого звена" в РЭС, например, изделия электронной техники (ИЭТ) на входном контроле, после монтажа на печатную плату в условиях производства и при эксплуатации РЭС составляет 2:5:50. Даже однократное воздействие на клеммы ИЭТ напряжения, превышающего "допустимое значение статического потенциала" (по техническим условиям на ИЭТ от 2-х до 600 В), вызывает деградацию параметров ИЭТ (увеличение обратного тока, изменение входной характеристики и т.д.), что приводит к снижению порога стойкости к воздействию последующих импульсов помех, снижению стойкости к воздействию климатических, механических и радиационных факторов, существенному уменьшению времени остаточного ресурса ИЭТ (до 102 - 103 часов).

Воздействие электромагнитного оружия вызывает в цепях РЭС и на клеммах ИЭТ импульсы напряжений от 100 до 10000 В. Наблюдаются массовые искрения оболочек кабелей на корпус аппаратуры и землю, пробои в установочных колодках, разъемах и воздушных промежутках размером до 50 мм между составными частями конструкции РЭС. При этом энергия искровых пробоев составляет от 0,1 до 100 мДж. Этой энергии достаточно, чтобы в РЭС вызвать отказы электронной техники, замыкания в цепях источников питания, пожары и взрывы горючих веществ, поскольку энергия инициирования взрыва многих пыле-газо-воздушных смесей находится в пределах от 20 до 1 мДж, лакокрасочных и бензиновых паров от 1 до 0,01 мДж, поражения полупроводниковых структур - от 1 до 0,001 мДж.

Поражающее действие ЭМО достигается за счет действия на РЭС электромагнитного поля (ЭМП), имеющего высокую скорость нарастания магнитной и электрической составляющих ЭМИ, создающего высокие значения пространственного распределения градиента потенциала поля в окружающем воздушном пространстве и в земле, большую длительность импульса и частоту повторения. Основным критерием стойкости комплекса РЭС к воздействию ЭМО является такая напряженность поля электромагнитного излучения, когда в цепях уязвимых элементов интенсивность помех достигнет допустимый уровень. Дополнительным критерием может быть напряженность поля, когда регистрируется начало искровых пробоев во внешних покровах аппаратуры.

Поражающее свойство ЭМО усиливается в 2 - 4 раза за счет неоптимального проектирования РЭС, имеющих внешние электромагнитные экраны с острыми углами, выступающие части и локальные неоднородности, нерациональную разводку внешних кабелей, внутренних цепей, систему заземлений и защиты. Большое значение для стойкости РЭС имеет форма внешнего экрана электромагнитной защиты. Например, при воздействии ЭМИ на электромагнитные экраны, выполненные в виде шара и параллелепипеда одинакового объема, начало искрения по поверхности последнего возникает при интенсивности ЭМП в 3-и раза меньше, чем при действии ЭМИ на шар.

Основные методы проектирования наземных технических средств, стойких к компромиссным условиям воздействий ЭМИ, молниевых разрядов и статического электричества приведены в ОСТ 107.420082.031-97. Структурная схема обеспечения электромагнитной безопасности (ЭМБ) представлена на рис. 1 [3].


Рис. 1. Обеспечение ЭМБ
ЭМС - электромагнитная совместимость
ЭФ - электромагнитный фактор


Рациональные косвенные методы испытаний комплекса РЭС на стойкость к воздействию ЭМИ (и разрядов молний) путем пропускания тока по внешним покровам РЭС, эквивалентного внешним полевым воздействиям ЭМИ, и расчетно-экспериментальные оценки стойкости фрагментов РЭС, приведены в ОСТ 107.20.57.002-88. Эти косвенные методы оперативных испытаний РЭС разработаны в соответствии с материалами семи авторских свидетельств. Эффективность косвенных методов подтверждена результатами испытаний многих образцов технических средств. Стоимость испытаний РЭС и их составных частей косвенными методами не менее чем в 10 раз ниже стоимости испытаний РЭС полевыми методами, приведенными в отдельных действующих ГОСТах [4].

Показателем стойкости РЭС к воздействию ЭФ является максимальный уровень ЭФ, при котором еще выполняется критерий стойкости РЭС к воздействию ЭФ. Критериям стойкости РЭС, находящегося в обесточенном состоянии, к воздействию ЭМИ является отсутствие необратимых отказов и недопустимых изменений параметров РЭС, установленных в нормативной документации (НД) или технических условий (ТУ) на них. Критерием стойкости ИЭТ при этом является непревышение напряжения помех в уязвимых цепях, соединенных с клеммами ИЭТ, допустимых Uо доп, установленных в НД (ТУ) на ИЭТ по параметру "стойкость к статическому электричеству".

Критерием стойкости РЭС, находящегося под напряжением, к воздействию ЭМИ является отсутствие необратимых и обратимых отказов (сбоев) в момент или после воздействия ЭМИ. Критерием стойкости по обратимым отказам при этом является непревышение напряжения помех в уязвимых цепях, соединенных с клеммами ИЭТ, допустимых Uт доп, установленных в НД (ТУ) на ИЭТ по параметру "импульсная помехоустойчивость".

Исследования показали, что для цифровых схем ИЭТ, на которые поданы напряжения источников питания, амплитуда напряжения переключения схемы, при которой происходит сбой составляет Uтдоп ~ 0,01 Uо доп при одной и той же длительности импульса. Соответственно соотношение пороговых величин по энергии импульса помехи составляет 103 - 104 раз. Имеются сведения о создании ИЭТ, имеющих энергию переключения 10-14 Дж.

Анализ источников информации начиная с 60-х годов прошлого века, посвященных вопросам стойкости ИЭТ к воздействию импульсных помех, показывает, что для типовых изделий, применяемых в цифровых схемах, амплитуда допустимого напряжения импульса помехи Uо доп снижается в 2 - 4 раза, а энергия порога переключения схемы - до 80 раз в каждом последующем десятилетии [5].

Воздействие ЭМИ по физическому механизму и степени опасности для РЭС подразделяют на три категории:

I категория
- воздействие напряжений помех на схемы функционально-конструктивных частей (ФКЧ) в результате прохождения тока через резистивные, емкостные и индуктивные элементы, соединенные с цепями входных-выходных разъемов РЭС;

II категория
- воздействие напряжений помех в цепях ФКЧ, индуктированных электрическими и магнитными полями, возникающими в месте расположения данной ФКЧ в момент воздействия ЭМИ;

III категория
- воздействие напряжения помех на клеммы ФКЧ, вызванных растеканием тока по элементам конструкции, экранам кабелей и земляным (корпусным) цепям данной ФКЧ в момент воздействия электромагнитного излучения - растекание тока ЭМИ по внешним покровам РЭС.

Оценка поражающего действия различных источников: РЛС, РПС, МР, СЭ производится путем испытаний РЭС на стойкость к воздействию значимых показателей и максимальных уровней интенсивности этих источников. В НД по испытаниям нет эквивалентных пересчетов в критерии отказа РЭС импульсных и гармонических помех, различных форм импульсов, длительности, напряжения помех в цепях и напряженности полей ЭМИ - магнитной и электрической составляющих и т.п.

В сложном положении оказываются разработчики и изготовители РЭС, которые, чтобы выполнить положение РД-50-697-90 об обязательной сертификации продукции например, в соответствии с ГОСТ 29280-92 (МЭК-1000-4-91) "Испытания на помехоустойчивость", должны провести 23 испытания РЭС на стойкость к воздействию помех в цепях питания и управления по методам этого НД. Поэтому, стесненные в средствах службы разработчиков РЭС вынуждены игнорировать эти процедуры контроля или выбирать такие НД, методы которых не требуют больших затрат, но обеспечивают совместимость требований всех воздействий, в том числе воздействий полей ЭМИ и наведенных токов ЭМИ.

Не менее чем на порядок можно снизить затраты средств, применяя модифицированные модели отказов уязвимых частей РЭС: зарядовой, скоростной и энергетической [4]. Результаты испытаний различных радиоэлектронных средств в разных организациях подтвердили правильность приведенных подходов к оценке стойкости РЭС.

Для оценки стойкости РЭС к воздействию электромагнитного излучения косвенными методами непосредственно на месте штатного размещения применяется переносной генератор напряжений ЭМИ и миниатюрные автономные регистраторы импульсных напряжений (АРИН) с памятью, включаемые на вход уязвимых контрольных цепей РЭС. В настоящее время метод оценки допустимых импульсных помех в уязвимых цепях от воздействий коммутаций энергетического оборудования с помощью АРИН применяется при оценке электромагнитной совместимости аппаратуры управления, автоматики и безопасности электрических станций и подстанций и их стойкости к воздействиям ЭМИ в организациях РАО "ЕЭС России".

Защита РЭС от воздействия электромагнитного оружия выполняется методами рационального конструирования с использованием известных методов экранирования, ограничением уровней помех в цепях, применением различных систем заземлений и т.п. Для защиты приемников широкополосных сигналов от воздействий ЭМИ и разрядов молний было применено устройство экранирования аппаратуры с нелинейными свойствами - пропускающими слабый сигнал и экранирующий ЭМП высокой интенсивности (А.С. N 999185 от 20.03.81 г.). Защитная оболочка была выполнена трехслойной. Два внешних слоя выполнены из радиопрозрачного материала, а в полости между ними находился газ, который ионизировался при воздействии ЭМП высокой напряженности и экранировал антенну от энергии помех (рис. 2).


рис. 2.


1- оболочка;
2 - полость, заполненная легкоионизирующим диэлектрическим материалом либо газом;
3 и 4 - внешние слои оболочки;
5 - коллектор;
6 - экран;
7 - защищаемая аппаратура

В дополнении к данному устройству было разработано и испытано устройство с нелинейными свойствами, представляющее собою металлическую решетку, в образующие которой были включены диоды, для замыкания ячеек решетки при воздействии мощных излучений ЭМП.

Известно, что при длительном пребывании человека в условиях экранированного помещения снижается его работоспособность, ухудшаются показатели его здоровья. Причиной этому является снижение естественных электромагнитных факторов в помещении: геомагнитного поля, электрического поля, волн Шуманна и т.п. В соответствии с руководством Госсанэпиднадзора Р.2.2.755-99 уровень снижения геомагнитного поля на производственных рабочих местах включен в число электромагнитных факторов, подлежащих обязательному периодическому контролю.

Применение нелинейного материала для экранирования рабочих мест разрешает эту проблему: природные поля не ослабляются, а мощные техногенные воздействия экранируются.

В настоящее время разработаны теоретические предпосылки создания листового композиционного материала с внутренним барьерным слоем, обладающим нелинейными свойствами. Основными задачами разработки такого материала являются: технологическое обеспечение заданных частотных и амплитудных характеристик, изготовление материала за один технологический проход, чтобы материал был недорогой и годен для массового применения в РЭС. В настоящее время изготовлены и испытаны первые образцы такого материала. Он может быть использован не только для защиты РЭС от воздействий ЭМИ и ЭМИ-СВЧ, но и для защиты человека от облучений РЛС, РПС, излучений сотовых телефонов, создания пороговых датчиков и регистраторов излучений мощных ЭМП и т.п. Однако из-за отсутствия финансирования работы по созданию нелинейного материала приостановлены.

Электромагнитный терроризм может быть направлен не только на поражение технических средств, но и непосредственно на здоровье человека. Например, энергия разряда электричества величиной около 0,8 джоуля через тело человека вызывает у него шок, а 80 джоулей приводит к летальному исходу. В настоящее время получены результаты биологических исследований и разрабатывается нормативный документ, где дозовая экспозиция мощных ЭМИ противопоставляется снижению времени жизни человека на один год. Представляется, что доступная защита человека от таких несанкционированных воздействий может быть выполнена с применением нелинейных материалов.

Распространение технологий создания ЭМО и доступность элементов устройств генерирования ЭМИ ставит на повестку дня защиту РЭС, систем управления энергетических и информационных средств и человека от воздействий электромагнитных факторов природного и техногенной происхождения и бытового терроризма, способных нанести большой экономический ущерб за счет отказов электронных систем, устройств связи, взрывов и пожаров легковоспламеняющихся веществ и замыканий электропроводки. Поэтому проблемы повышения стойкости РЭС от воздействий ЭМИ, разработка нелинейных материалов являются актуальной задачей настоящего времени.

Рябов Юрий Георгиевич,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник







сигнализация скачать

создание сайта оптимизация продвижение