Электромагнитная безопасность Лекция № 12 по курсу Электромагнитная совместимость в электроэнергетике Нестеров С. В.
Информация играет все возрастающую роль в обеспечении безопасности всех сфер жизнедеятельности общества, поэтому защита информации является одним из важных направлений деятельности не только государства, но и большинства предприятий и учреждений. Информация может быть представлена в различной форме и на различных физических носителях. Основные формы информации, представляющие интерес с точки зрения защиты: - документальная; - акустическая (речевая); - телекоммуникационная и т. п. 2
Информационная безопасность Важный аспект ЭМС относится к безопасности конфиденциальной информации. Радиочастотная электромагнитная эмиссия низкого уровня от оборудования обработки данных может оказаться модулированной сигналами, несущими информацию, создаваемыми оборудованием, например видеосигналами, поступающими на экран монитора. Эти сигналы могут быть обнаружены с использованием чувствительной аппаратуры, размещенной вне защищенной области, и затем могут быть выделены для использования информации в интересах третьей стороны. Мощные электромагнитные возмущения могут привести к деструктивным воздействиям на информационные системы, нарушая предусмотренный алгоритм обработки информации. 3
ГОСТ Р 50922 -2007 Защита информации. Термины и определения Защита информации: Деятельность, направленная на предотвращение утечки защищаемой информации, несанкционированных и непреднамеренных воздействий на защищаемую информацию. Защита информации от утечки: Защита информации, направленная на предотвращение неконтролируемого распространения защищаемой информации в результате ее разглашения и несанкционированного доступа к ней, а также на исключение (затруднение) получения защищаемой информации [иностранными] разведками и другими заинтересованными субъектами. П р и м е ч а н и е – Заинтересованными субъектами могут быть: государство, юридическое лицо, группа физических лиц, отдельное физическое лицо. 4
продолжение Защита информации от несанкционированного воздействия: Защита информации, направленная на предотвращение несанкционированного доступа и воздействия на защищаемую информацию с нарушением установленных прав и (или) правил на изменение информации, приводящего к разрушению, уничтожению, искажению, сбою в работе, незаконному перехвату и копированию, блокированию доступа к информации, а также к утрате, уничтожению или сбою функционирования носителя информации. Защита информации от непреднамеренного воздействия: Защита информации, направленная на предотвращение воздействия на защищаемую информацию ошибок ее пользователя, сбоя технических и программных средств информационных систем, природных явлений или иных нецеленаправленных на изменение информации событий, приводящих к искажению, уничтожению, копированию, блокированию доступа к информации, а также к утрате, уничтожению или сбою функционирования носителя информации. Защита информации от преднамеренного воздействия: Защита информации, направленная на предотвращение преднамеренного воздействия, в том числе электромагнитного воздействия, и (или) воздействия различной физической природы, осуществляемого в террористических или криминальных целях 5
В зависимости от физической природы возникновения информационных сигналов, а также среды их распространения и способов перехвата технические каналы утечки информации можно разделить на: - электромагнитные, электрические и параметрические – для телекоммуникационной информации; - воздушные (прямые акустические), вибрационные (виброакустические), электроакустические, оптико-электронный и параметрические – для речевой информации. 6
К электромагнитным каналам утечки информации относятся: – перехват побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) элементов ТСПИ; – перехват ПЭМИ на частотах работы высокочастотных (ВЧ) генераторов в ТСПИ и ВТСС; – перехват ПЭМИ на частотах самовозбуждения усилителей низкой частоты (УНЧ) ТСПИ. Перехват побочных электромагнитных излучений ТСПИ осуществляется средствами радио-, радиотехнической разведки, размещенными вне контролируемой зоны. Электрические каналы утечки информации включают съем: – наводок ПЭМИ ТСПИ с соединительных линий ВТСС и посторонних проводников; – информационных сигналов с линий электропитания ТСПИ; – информации путем установки в ТСПИ электронных устройств перехвата информации. 7
Параметрический канал утечки информации образуется путем “высокочастотного облучения” ТСПИ. Для перехвата информации по данному каналу необходимы специальные высокочастотные генераторы с антеннами, имеющими узкие диаграммы направленности, и специальные радиоприемные устройства. В воздушных (прямых акустических) технических каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов является воздух. Для перехвата акустических сигналов в качестве датчиков средств разведки используются микрофоны. Сигналы, поступающие с микрофонов или непосредственно, записываются на специальные портативные устройства звукозаписи или передаются с использованием специальных передатчиков в пункт приема, где осуществляется их запись. 8
Защита информации от утечки по техническим каналам достигается проектно-архитектурными решениями, проведением организационных и технических мероприятий, а также выявлением портативных электронных устройств перехвата информации Организационное мероприятие – это мероприятие по защите информации, проведение которого не требует применения специально разработанных технических средств. К основным организационным и режимным мероприятиям относятся: – привлечение к проведению работ по защите информации специализированных организаций; – категорирование и аттестация объектов; – использование на объекте сертифицированных ТС; – установление контролируемой зоны вокруг объекта; – введение территориальных, частотных, энергетических, пространственных и временных ограничений в режимах использования технических средств, подлежащих защите; - и т. п. Техническое мероприятие – это мероприятие по защите информации, предусматривающее применение специальных технических средств, а также реализацию технических решений. Технические мероприятия направлены на закрытие каналов утечки информации путем ослабления уровня информационных сигналов или уменьшением отношения сигнал/шум в местах возможного размещения портативных средств разведки или их датчиков до величин, обеспечивающих невозможность выделения информационного сигнала средством разведки, и проводятся с использованием активных и пассивных средств. 9
Фильтр для защиты от прослушивания проводных телефонных линий 10
К мероприятиям с использованием активных средств относятся: Пространственное зашумление: – пространственное электромагнитное зашумление с использованием генераторов шума или создание прицельных помех (при обнаружении и определении частоты излучения закладного устройства или побочных электромагнитных излучений ТСПИ) с использованием средств создания прицельных помех; – создание акустических и вибрационных помех с использованием генераторов акустического шума; – подавление диктофонов в режиме записи с использованием подавителей диктофонов. Линейное зашумление: – линейное зашумление линий электропитания; – линейное зашумление посторонних проводников и соединительных линий ВТСС, имеющих выход за пределы контролируемой зоны. Уничтожение закладных устройств: – уничтожение закладных устройств, подключенных к линии, с использованием специальных генераторов импульсов (выжигателей “жучков”). Выявление портативных электронных устройств перехвата информации (закладных устройств). 11
Обнаружители жучков (радиозакладок) 12
Воздействие на оргтехнику внутри здания по внешним цепям электропитания Проводились исследование возможности преднамеренного использования ЭМ переходных явления для нарушения работы учреждений. Рассматривались высоковольтные ВЧ сигналы, подаваемые на силовые кабели и кабели связи, входящие в здание. 13
Эксперимент по созданию воздействия по проводникам здания 14
Результаты эксперимента Измерения показывают, что напряжения, поданные на внешнюю проводку, могут распространяться хорошо по внутренней проводке здания, даже через многие щиты. Возможна подача сигналов со значительными уровнями напряжения в систему проводки здания, способная вызвать неисправность источников питания оргтехники. 15
Электромагнитное оружие - оружие, в котором для придания начальной скорости снаряду используется магнитное поле, либо энергия электромагнитного излучения используется непосредственно для поражения цели. В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором - используется возможность наведения токов высокого напряжения и выведения из строя электрического и электронного оборудования в результате возникающего перенапряжения, либо вызывание болевых эффектов или иных эффектов у человека. Оружие второго типа позиционируется как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники противника или приводящих к небоеспособности живой силы противника; относится к категории «Оружие нелетального действия» . 16
Электромагнитное оружие Системы использующие для поражения цели снаряд • Пушка Гаусса • Рельсовая пушка (рельсотрон) Системы использующие для поражения цели излучение • Микроволновая пушка • Система активного отбрасывания • Электромагнитная бомба использующая в боевой части УВИ, ВМГЧ, или ПГЧ. 17
Магнитный ускоритель масс (пушка Гаусса) В цилиндрической обмотке (соленоиде) при протекании через нее электрического тока возникает магнитное поле. Это магнитное поле начинает втягивать внутрь соленоида железный снаряд, который от этого начинает разгоняться. Если в тот момент, когда снаряд окажется в середине обмотки ток в последней отключить, то втягивающее магнитное поле исчезнет и снаряд, набравший скорость, свободно вылетит через другой конец обмотки. Чем сильнее магнитное поле и чем быстрее оно отключается – тем сильнее вылетает снаряд. 18
Схема пушки Гаусса 19
Недостатки пушки Гаусса Первая трудность - низкий КПД установки. Лишь 1 -3 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает даже 10 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию. Вторая трудность - большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса. Третья трудность (следует из первых двух) - большой вес и габариты установки, при её низкой эффективности. 20
Рельсовый ускоритель масс (рельсотрон или Rail Gun) Проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов, по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы вдогонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На снаряд действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения рельс и ускоряющая снаряд. Ток, идущий через рельсы, возбуждает магнитное поле между ними, перпендикулярно току, проходящему через снаряд и смежный рельс. В результате происходит взаимное отталкивание рельсов и ускорение снаряда. 21
Рельсотрон 22
Микроволновая пушка Принцип действия микроволновой пушки сходен с обычной бытовой микроволновой печью. Когда такое оружие применяют против человека, узконаправленные микроволны частотой около 95 гигагерц, попадая на кожу, проникают на глубину до одной трети миллиметра. Они нагревают воду, содержащуюся в клетках кожи и межклеточном пространстве, причиняя человеку невыносимую боль, похожую по ощущениям на ожог. Оружие не причиняет серьезных травм, но с помощью микроволновой пушки можно управлять поведением людей, например при подавлении беспорядков или во время проведения военных операций за рубежом, когда применение обычного огнестрельного оружия против мирных жителей нежелательно. Основным функциональным узлом микроволновой пушки является магнетрон - мощный источник микроволнового излучения. 23
Система активного отбрасывания (англ. Active Denial System, ADS), другое название «луч боли» — один из нескольких видов оружия, разработанных в рамках программы «Оружие управляемых эффектов» , представляет собой установку, излучающую направленную энергию в диапазоне миллиметровых волн с частотой 94 гигагерца, которая оказывает кратковременное шоковое воздействие на людей. Принцип действия основан на том, что при попадании луча на человека 83 % энергии этого излучения поглощается верхним слоем кожи, что вызывает ощущение погружения в расплавленный металл. Эффект, производимый этим лучом называют «незамедлительное и высоко мотивированное поведение спасения» или коротко «эффект до свидания» (англ. «Goodbye effect» ). В ходе испытаний были опробованы различные тактические приемы использования СВЧ-установки ADS в боевых операциях для поддержки наступления, подавления огневых точек и срыва контратак. Однако основное её предназначение — дистанционный разгон враждебно настроенной толпы и удаление гражданских лиц от контролируемых объектов. 24
Установка ADS 25
Электромагнитная бомба Действие оружия, которое часто называют "электромагнитной бомбой", основано на электромагнитных импульсах большой мощности. В бомбе установлен мощный источник микроволнового излучения, который сможет "облучить" большую территорию. Возникающее при этом сильное электромагнитное поле вызывает в электрических проводниках кратковременные перенапряжения в тысячи вольт. В результате проводники, включая дорожки микросхем, не выдерживают этого напряжения и перегорают. Электромагнитная бомба, также называемая «электронная бомба» по своей сути - генератор радиоволн высокой мощности, приводящих к уничтожению электронного оборудования командных пунктов, систем связи и компьютерной техники в том числе электронных компонентов всех видов оружия, не вызывая при этом многочисленных жертв среди мирного населения и не уничтожая большей части инфраструктуры. Происходит это посредством излучения мощных электромагнитных импульсов. 26
Возможная схема функционирования электромагнитной бомбы перед взрывом и в момент его. Цифрами обозначены: 1 - электромагнитный резонатор; 2 - стоячая волна; 3 - взрывчатое вещество; 4 - направленное электромагнитное излучение; 5 - разлетающиеся продукты взрыва 27
По принципу разрушения техники электромагнитные бомбы разделяются на низкочастотные, использующие для доставки разрушающего напряжения наводку в линиях электропередач, и высокочастотные, вызывающие наводку непосредственно в элементах электронных устройств и обладающие высокой проникающей способностью - достаточно мелких щелей для вентиляции для проникновения волн внутрь оборудования. 28
Поражающие факторы ядерного взрыва: • • • Ударная волна Световое излучение Проникающая радиация Радиоактивное заражение Электромагнитный импульс 29
ЭМИ ядерного взрыва Ядерные взрывы приводят к возникновению мощных электромагнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом, который наиболее полно проявляется при наземных и низких воздушных ядерных взрывах. ЭМИ воздействует прежде всего на радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру, находящуюся на военной технике и других объектах. Под действием ЭМИ в указанной аппаратуре наводятся электрические токи и напряжения, которые могут вызвать пробой изоляции, повреждение трансформаторов. сгорание разрядников, порчу полупроводниковых приборов, перегорание плавких вставок и других элементов радиотехнических устройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления. Когда величина ЭМИ недостаточна для повреждения приборов или отдельных деталей, то возможно срабатывание средств защиты (плавких вставок, грозоразрядников) и нарушение работоспособности линий. Если ядерные взрывы произойдут вблизи линий энергоснабжения, связи, имеющих большую протяженность, то наведенные в них напряжения могут распространяться по проводам на многие километры и вызывать повреждение аппаратуры и поражение личного состава, находящегося на безопасном удалении по отношению к другим поражающим факторам ядерного взрыва. 30
Механизм генерации ЭМИ При ядерном взрыве возникают гамма и рентгеновское излучения и образуется поток нейтронов. Гамма-излучение, взаимодействуя с молекулами атмосферных газов, выбивает из них так называемые комптоновские электроны. Если взрыв осуществляется на высоте 20 -40 км. , то эти электроны захватываются магнитным полем Земли и, вращаясь относительно силовых линий этого поля создают токи, генерирующие ЭМИ. При этом поле ЭМИ когерентно суммируется по направлению к земной поверхности, т. е. магнитное поле Земли выполняет роль, подобную фазированной антенной решетки. В результате этого резко увеличивается напряженность поля, а следовательно, и амплитуда ЭМИ в районах южнее и севернее эпицентра взрыва. Продолжительность данного процесса с момента взрыва от 1 - 3 до 100 нс. На следующей стадии, длящейся примерно от 1 мкс до 1 с, ЭМИ создается комптоновскими электронами, выбитыми из молекул многократно отраженным гамма-излучением и за счет неупругого соударения этих электронов с потоком испускаемых при взрыве нейтронов. Интенсивность ЭМИ при этом оказывается примерно на три порядка ниже, чем на первой стадии. На конечной стадии, занимающей период времени после взрыва от 1 с до нескольких минут, ЭМИ генерируется магнитогидродинамическим эффектом, порождаемым возмущениями магнитного поля Земли токопроводящим огненным шаром взрыва. Интенсивность ЭМИ на этой стадии весьма мала и составляет несколько десятков вольт на километр. 31
Наибольшую опасность для радиоэлектронных средств представляет первая стадия генерирования ЭМИ, на которой в соответствии с законом электромагнитной индукции из-за чрезвычайно быстрого нарастания амплитуды импульса (максимум достигается на 3 - 5 нс после взрыва) наведенное напряжение может достигать десятков киловольт на метр на уровне земной поверхности, плавно снижаясь по мере удаления от эпицентра взрыва. Амплитуда напряжения, наводимого ЭМИ в проводниках, пропорциональна длине проводника, находящегося в его поле, и зависит от его ориентации относительно вектора напряженности электрического поля. Так, напряженность поля ЭМИ в высоковольтных линиях электропередачи может достигать 50 к. В/м, что приведет к появлению в них токов силой до 12 тыс. ампер. ЭМИ генерируются и при других видах ядерных взрывов - воздушном и наземном. Теоретически установлено, что в этих случаях его интенсивность зависит от степени ассимметричности пространственных параметров взрыва. Поэтому воздушный взрыв с точки зрения генерации ЭМИ наименее эффективен. ЭМИ наземного взрыва будет иметь высокую интенсивность, однако она быстро уменьшается по мере удаления от эпицентра.
Вопросы к зачету 1. Информационная безопасность. Защита информации. 2. Электромагнитное оружие. ЭМИ ядерного взрыва.
Спасибо за внимание !
Скачать презентацию Электромагнитная безопасность Лекция 12 по курсу Электромагнитная
Лекция 12 ЭМ безопасность.ppt