פולס אלקטרומגנטי (Electro Magnetic Pulse – EMP) הינו פרץ קרינה אשר נוצר בעקבות פיצוץ גרעיני.
רמת הנזק הצפויה כתוצאה מ- EMP עדיין נאמדת על ידי ממשלות, צבאות ומדענים אך צפויה לכלול, בין השאר, פגיעה בכל התשתיות האזרחיות ומערכות התקשורת ובחוסר יכולת להתנהל מול כוחות ההצלה והביטחון.
הטכנולוגיה מוגנת הפטנט של Transtector \ Polyphaser מובילה עולמית בתכנון ופיתוח פתרונות ייעודיים להגנה בפני EMP, נבחרה על ידי מערכי ההגנה והצבאות המובילים בעולם לצורך עמידה בדרישות שנקבעו בתקנים צבאיים להפחתת נזקי EMP-EMI.
הטכנולוגיה המוכחת ,אשר נבדקה ועומדת בתקנים צבאיים, משמשת כיום גם כדי להקשיח מערכות ביטחוניות ואזרחיות בפני איום הEMP-
EMP כולל מגוון רחב של תופעות אלקטרו-מגנטיות טבעיות ומעשי ידי אדם:
פולס אלקטרו-מגנטי הנובע מברק (Lightning electro-magnetic pulse -LEMP) – הטבע מספק דוגמה לפרץ זרם בעל אנרגיה גבוהה בכל פעם שברק משווה את הפוטנציאל בין העננים הטעונים בשמיים לבין פני השטח של כדור הארץ. כמעט כל אובייקט שמוצא את עצמו בנתיב הזרם הישיר של מכת ברק סופג פגיעה פיזית ואף עלול להתאדות, אולם רבים אינם מודעים לכך שחלק ניכר מהנזק הכולל שנגרם על ידי ברק למכשור חשמלי נובע מפולס זרם הנוצר במערכות חשמל סמוכות בגלל השדה המגנטי שנוצר בעת פגיעת הברק ((LEMP.
הפרעה גיאומגנטית / סערה סולארית (Geomagnetic disturbance/solar storm- GMD) – השמש פולטת באופן מחזורי גלי הלם של רוחות סולאריות מעל פני השטח שלה. כאשר סערה כזו מופנית לכיוון כדור הארץ נוצרת אנרגיה דחוסה במגנטוספרה של כדור הארץ אשר מתבטאת בנחשולי זרם ושריפות, כפי שקרה בספטמבר 1859 במהלך הסערה הסולרית הכי גדולה שתועדה עד היום.
פולס אלקטרו-מגנטי בגובה רב (High-altitude electro-magnetic pulse- HEMP) – אירוע מעשה ידי אדם אשר נגרם ע”י פיצוץ של מטען גרעיני כמה מאות קילומטרים מעל פני כדור הארץ ומסוגל להשפיע על השדה המגנטי של כדור הארץ. אירוע HEMP יוצר שלושה פולסים שונים, אשר ביחד מהווים איום הרסני למערכות חשמל, גדולות וקטנות.
דופק אלקטרו-מגנטי ממוקד אזור (Source-region electro-magnetic pulse- SREMP) – בדומה ל- HEMP, אירוע זה מתרחש כאשר מטען גרעיני מתפוצץ מעל פני האדמה, אך בגובה נמוך יותר ולרוב מטרתו לפגוע באזור ממוקד או מתחם ספציפי.
הפרעות אלקטרו-מגנטיות מכוונות (Intentional electro-magnetic interference IEMI), נשק אנרגטי מכוון (directed energy weapons- DEW) – מעשה ידי אדם. לרוב נוצרים ע”י דחיסה מהירה של השטף בשדה מגנטי. EMPs אלה מיועדים בדרך כלל לצורך פגיעה או השמדה של רכיבים חשמליים בקנה מידה קטן.
המדינות החמושות בעולם מחזיקות כיום כ- 15,000 ראשי נפץ גרעיניים.
כ- 90 אחוז שייכים לרוסיה וארצות הברית. כ- 9,600 ראשי נפץ נמצאים כיום במצב מבצעי, והשאר ממתינים לפירוק. כל מדינות הנשק הגרעיני ממשיכות לתחזק ולשפר את יכולות הגרעין שלהן, וככל הנראה אף אחת מהן לא מתכננת לוותר על היכולות הגרעיניות שלה בעתיד הקרוב .
אירועי HEMP\EMP קלאסיים מסווגים לשלושה תחומי זמן (ראה גרף להלן):
פולס מוקדם (E1) , פולס ביניים (E2) , פולס מאוחר (E3).
פולס מוקדם (E1) – פיצוץ גרעיני היוצר קרינת גמא חזקה וממוקדת אשר מאיצה את האלקטרונים באוויר.
השילוב בין תאוצת האלקטרונים והשדה המגנטי של כדוה”א יוצר אינטראקציה מוגברת בין יונים חשמליים לשדה מגנטי אשר באה לידי ביטוי בפולס מהיר באורך של 10 עד 100 ננו-שניות ובעל עצימות גבוהה מאוד של מעל 50Kv/m
פולס ביניים (E2) – נמשך מיד לאחר E1. כתוצאה מנויטרונים היוצרים קרני גמא מפוזרות נוצר פולס חשמלי רחב יותר, 1-1000 מיקרו-שניות, אשר מזכיר ברק בצורתו ובהרכב התדרים אך בעל אנרגיה פחותה.
פולס מאוחר(E3) – נובע ישירות מהעיוות שנגרם לשדה המגנטי של כדור הארץ. פולס זה מסוכן במיוחד מכיוון שאורכי הגל והתדרים האופייניים לו מסוגלים להתחבר לרשת החשמל של מבנים גדולים ויכולים להמשך עד מאות שניות עם השפעות פוטנציאליות של סערה גאומגנטית או התלקחות סולארית, אשר צפויה לנטרל ולעיתים אף לגרום להתלקחות רכיבים במערכות חשמל.
בשל מאפייני תחום הזמן השונים זה מזה באופן משמעותי ואורכי הגל הנלווים אליו, כל אחד משלושת הפולסים צפוי להשפיע על מערכות בגדלים שונים.
כפי שניתן לראות בגרף-ל- E1 אורך הגל הקצר ביותר. גל זה צפוי לגרום נזק בעיקר למכשירים אלקטרונים עצמאיים ולמערכות חשמל קטנות. זמן העלייה המהיר מאוד של הפולס הנ”ל בשילוב עם נחשולי המתח הגבוה והזרם בתוך המערכות צפוי לגרום נזק רב לרכיבי אלקטרוניקה שונים, כגון מחשבים שולחניים וניידים, טלפונים סלולריים, בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות, יחידות בקרת מנוע ובקרי מתגי העברה אוטומטיים.
E2 דומה מאוד במהותו לברק ולכן צפוי לגרום נזק בעיקר למערכות חשמל במתקנים ובתים ועלול להשפיע על פעילות מערכות האלקטרוניקה, התקשורת והבקרה הגדולות.
לפולס E3 משך זמן כה ארוך שהוא נחשב לאות פסאודוDC אשר צפוי להשפיע על חלקים גדולים מרשת החשמל ואף לגרום לנקודות חמות בשנאים קריטיים. בגלל כמות האנרגיה העצומה שפולס זה יכול לחולל, טכניקות ההגנה כוללות שימוש בטקטיקות חסימה כגון שנאי בידוד, כורים ומתקני מיתוג.
לעתים קרובות משווים אירוע זה להפרעה גאומגנטית (או סערה סולארית) בגלל קווי הדמיון שלו, משך הזמן והשפעותיו.
אירוע EMP מתבטא כשדה חשמלי בעל עוצמה גבוהה. כאשר השדה “המקרין” עובר דרך מערכות חשמליות הוא מעביר אליהן אנרגיה חשמלית. העברה זו מחוללת מתחים גבוהים מאוד בתוך מוליכי המערכות, אשר בתורם מניעים זרמים חשמליים אשר מתבטאים בנחשולי זרם אשר יכולים לגרום נזק רב בתוך ציוד ואלקטרוניקה.
בשל האיום שמהווה EMP למערכות חשמל ,הן על ידי השדה המוקרן והן על ידי האנרגיה המוליכה שהתקבלה, אסטרטגיית ההגנה היעילה ביותר הינה באמצעות שילוב של מגנים (SPD’s) , סינון והארקה איכותית כבר בתכנון המערכת, כך ניתן לספק הגנה איכותית לציוד רגיש מפני נחשולי הזרם ומתח.
MIL-STD-188-125A הינו תקן צבאי המגדיר דרישות טכניות ויעדי תכנון להגנה בפני EMP \ HEMP של מערכות ומתקנים המשמשים למשימות פיקוד, בקרה, תקשורת, מחשוב ומודיעין (C4I) קריטיים. הפילוסופיה העומדת מאחורי התקן הינה לעטוף את כל הציוד הרגיש, בעל הפוטנציאל להינזק, בתוך טווח חשמלי מאורק ומוגן היטב, כאשר בכל נקודות הכניסה החשמליות והסביבתיות (POEs) למערכת משולבים מגני EMP לצורך חסימת האנרגיה האלקטרו-מגנטית המסוכנת.
בשנת 2016 פרסמה המחלקה לביטחון פנים בארה”ב הנחיות להגנה והקשחה של ציוד ומערכות קריטיות, אזרחיות וביטחוניות בפני HEMP,SREMP, GMDs ו- IEMI.
להלן ההנחיות לרמות הגנה המומלצות לכל סוג מערכת. הנחיות אלו מבוססות על רמת הדחיפות / נחיצות ועל הזמן שייקח למערכות לחזור לפעילות מלאה לאחר פולס EMP.
להלן מס’ דוגמאות לרמות השונות והשפעותיהן על תשתיות אזרחיות וביטחונות:
ייצור וחלוקה חשמל ,כוחות הצלה, תקשורת ,בנקים וכספים – מע’ ברמה 3 , נדרשת חזרה לפעילות – תוך דקות
כוחות אבטחה , מערכות מסחר , חקלאות ומגורים – מע’ ברמה 2 , נדרשת חזרה לפעילות – תוך שעות.
מגני EMP
מגני EMP שונים ממגני ברקים סטנדרטיים בכך שהם מציעים הגנה מורחבת כנגד פולס E1 בתדירות גבוהה יותר, הן לשרידות והן לזמן תגובה, בנוסף להיותם עמידים בפני פולס E2 הדומה לברק.
המאפיינים החשובים ביותר עבור מגני EMP הינם זמן תגובה מהיר, השראות נמוכה ויכולות מיגון מורחבות ומשופרות. לכן נדרש עיצוב ייחודי הכולל דיודת סיליקון (SASD) בעלת אמינות גבוהה ותגובה מהירה בשילוב עם רכיבי הגנה אחרים , כגון MOV וGDT .
מגני EMP בדרגות צבאיות דורשים הגנה היברידית הכוללת רכיבי עכבה מתואמים ו/או רכיבים שונים להגבלת מתח, יחד עם חסם EM אינטגרלי, כאשר האתגר האמיתי הינו שילוב כל הרכיבים הנ”ל במגן אחד מבלי להשפיע על אפקטיביות הסיכוך של המערכת.
חברותTranstector ו- PolyPhaser,אשר מיוצגות על ידי היפרטק מערכות מתקדמות בע”מ, מציעות מגני EMP בדרגות שונות, מסחריות וצבאיות, עבור מגוון רחב של יישומי AC, DC, רשת / DATA ו- RF. מוצרים אלו נבדקו בהתאם לתקן MIL-STD-188-125לעמידה בפולסי E1&E2 והם מתאימים לתמיכה במערכות לדרגות 1, 2, 3 ובמקרים מסוימים גם מספקים הגנה מפני EMP ברמה 4 כפי שמפורט בטבלת ההמלצות המצורפת מעלה.
למידע נוסף ניתן ליצור קשר עם itay@hypertech.co.il
