Upload
kina
View
54
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Elektromagnetické zbraně, mýtus nebo fungující realita. PERSPEKTIVY ELEKTRONIKY 2011. Libor DRAŽAN Katedra radiolokace Fakulta vojenských technologií Univerzita obrany [email protected]. Obsah přednášky. Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Libor DRAŽAN
Katedra radiolokaceFakulta vojenských technologií
Univerzita obrany
Elektromagnetické zbraně, mýtus nebo fungující realita
PERSPEKTIVY ELEKTRONIKY 2011
2
Obsah přednášky
1.Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní
2.Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
3.Způsoby ochrany elektronických obvodů před účinky elektromagnetických zbraní
3
Elektromagnetické zbraně zbraně se směrovanou energií (DEW – Directed Energy Weapons)využívají k transformaci energie určené k destrukci vybraného cíle
subatomové částice nebo elektromagnetické vlny.
1. Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní
•Zbraně s paprsky částic
•Laserové zbraně
•Zdroje výkonového vyzařování v pásmu rádiových vln ( kmitočtové pásmo – stovky kHz až 1 GHz)
•Zdroje výkonového vyzařování v pásmu mikrovln ( kmitočtové pásmo – 1GHz až 300 GHz )
4
Laserové zbraně
1. Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní
CO2 dynamický plynový laser na
podvozku MAZ-7930
5
Laserové zbraně
1. Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní
YAL-1A ABL
US Army Tactical High Energy Laser (THEL)
MIRACL deuterium fluoride laser
6
Mechanismus působení elektromagnetických zbraní
•Generování elektromagnetického impulsu (EMP) velké intenzity ( bez nutnosti použití jaderného výbuchu )
•Vliv EMP na citlivé elektronické obvody ( zejména polovodičové)
•Dočasné nebo trvalé poškození elektronických obvodů
•Důsledkem jsou výpadky činnosti celých systémů
Elektromagnetické zbraně patří do kategorie neletálních zbraní – snížené smrtící účinky
1. Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní
7
1. Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní
Obecné funkční schéma elektromagnetické zbraně
Primárnízdroj
Zdroj VN impulsů
Generátor rádiových vln nebo mikrovln
Anténa
Spouštěcí obvody
8
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Bojové použití elektromagnetických zbraní
Závisí na •Způsobu akumulace energie•Šířce pásma generovaného
signálu•Výkonu generovaného signálu•Režimu činnosti zbraně•Charakteru nosiče•Charakteru cíle
9
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle způsobu akumulace energie
•Kapacitní
•Induktivní
•Magnetokumulativní generátor
10
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Kapacitní akumulace energie
Marxův rázový generátor
11
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Kapacitní akumulace energie
12
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Induktivní akumulace energie
SpínačLC
ZdrojZátěžVypínač
13
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Magnetokumulativní generátor
14
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Magnetokumulativní generátor - malý výkon
15
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Magnetokumulativní generátor – střední výkon
1
2
3
4
16
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle způsobu akumulace energie
Magnetokumulativní generátor – střední výkon
17
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
•Úzkopásmové ( impulsy na nosném
kmitočtu )
•Širokopásmové ( videoimpulsy B-10dB > 500 MHz )
•Tlumené kmity (tlumené sinusové kmity v
pásmu do 1 GHz )
18
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
19
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Úzkopásmové
Primárnízdroj
Zdroj VN
impulsů Tvarovací
obvody
Výkonová elektronka
Spouštěcí obvody
Anténa
20
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Úzkopásmové HPM generátory
•MILO (Magnetically Izolated Line Oscillator)
•Kónický MILO (Tapered Magnetically Izolated Line Oscillator)
•Relativistický magnetron
•Relativistický klystronový zesilovač (Relativistic Klystron Amplifier – RKA)
•Relativistický klystronový oscilátor (Relativistic Klystron Oscillator – RKO)
•Reltron
•Gyrotron
•Elektronka s postupnou vlnou (Traveling Wave Tube – TWT)
•Oscilátor se zpětnou vlnou (Back Wave Oscilator – BWO)
•Vircator (Virtual Cathode Oscillator)
21
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Širokopásmové
Primárnízdroj
Zdroj VN impulsů
Rychlýspínací prvek
Širokopásmováanténa
Spouštěcí obvody
22
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Širokopásmové – podstatné prvky systému
Spínače •Plynová jiskřiště
•Kapalinová jiskřiště
•Polovodičové spínače
Antény•Speciální reflektorové antény (např. IRA)
•Trychtýře s TEM vlnou
•Spirálové antény
•Anténní monopól
•Bikónická anténa
23
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Širokopásmové – podstatné prvky systému
IRA: Pásmo vyzařování - 40 MHz až 4 GHzIntenzita el. pole ~ 5 kV/m ve vzdálenosti 300m
24
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Širokopásmové – podstatné prvky systému
Fotovodivé polovodičové spínače (Photoconductive Semiconductor Switch - PCSS)
25
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Tlumené kmity
Primárnízdroj
Zdroj VN impulsů
Rychlýspínací prvek
Širokopásmováanténa
Spouštěcí obvody
26
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu
Tlumené kmity
27
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Výkon generovaného signálu
•Maximální dosahované hodnotygenerovaného výkonu
•Maximální hodnota výkonu přenesená prostředím
28
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Výkon generovaného signálu
Maximální dosahované hodnoty generovaného výkonu
•Úzkopásmové generátory
– maximálně 20 GW,
– běžně jednotky GW
•Širokopásmové generátory
– maximálně 100 GW,
29
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Výkon generovaného signálu
Maximální hodnota výkonu přenesená prostředím
Omezující faktor – elektrická pevnost vzduchu
Emax< 1 MV/m S = 2,65 GW/m2
Minimální plocha apertury antény
Příklad:
Přechod mezi vakuem a vzduchem
Obdélníkový vlnovod (12,4 cm x 24,8 cm) – Pmax = 81,5 MW
30
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle režimu činnosti
•Jednorázová činnost
•Opakovaná činnost – opakovací kmitočet až 10000 imp/s
31
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Klasifikace podle charakteru nosiče
•Stacionární
•Převozné
•Mobilní
•Přenosné
•Elektromagnetická munice
32
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Stacionární
33
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Převozný
R = 1 km, S = 40 kW/m2 , E = 3,8 kV/m
34
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Mobilní
35
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Mobilní – RANETS E (Rusko)
Pimp = 500 MW, Ti = 10 až 20 ns, Top = 500 Hz, Pstř = 2,5 až 5 kW G = 45 až 50 dB v pásmu X
36
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Mobilní – RANETS E (Rusko)
37
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Přenosný
DS110 Suitcase
DS110T
DS110D
38
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Elektromagnetická municeOptimalizace z hlediska hmotnosti a rozměrů
•Zdroj impulsů vysokého napětí magnetokumulativní generátor
•Úzkopásmová elektromagnetická munice - mikrovlnné generátory pracující bez externího magnetického pole
- trychtýřové antény, víceramenné spirálové antény
- pro zvýšení zisku padákový reflektor
•Širokopásmová elektromagnetická munice - skládací širokopásmové antény ( např. CIRA)
•Tlumené kmity
- bikónická anténa
39
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Elektromagnetická munice
DS110C
Příklad realizace generátoru – tlumené kmity
40
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Elektromagnetická munice
Způsoby dopravy k cíli
•Střely s plochou dráhou letu•Rakety země-země, země-vzduch, vzduch-země•Konvenční letecké pumy•Klouzavé letecké pumy – dosah až 140 km při
odhozu z velké výšky•Dělostřelecká munice•Miny
Odpálení bojové nálože•Konvenčními způsoby•Přijímač GPS při dosažení požadované polohy
41
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraníKlasifikace podle charakteru nosiče
Elektromagnetická munice
Napájecí zdroj
Napájecí zdroj
Primární zdroj
Dvoustupňový magnetokumulativní
generátor
1.stupeň 2.stupeň
Tvarovací obvody
vircator
Anténa
42
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Charakter cíle
•Způsob průniku destrukční energie do cíle
•Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní
43
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Charakter cíle
Způsob průniku destrukční energie do cíle
Předními dveřmi – průnik přes anténní vstupy a čidla senzorických systémů
Zadními dveřmi – průnik přes elektrické spoje a kabely, napájecí kabely, datové sběrnice, konektory Pásma cm a mm vln – průnik přes ventilační otvory a štěrbiny způsobené chybným konstrukčním návrhem nebo provedením
44
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Charakter cíle
Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní
i
tS H
HK
i
tS E
EK
t
i
S E
E
KSE log20
1log20
t
i
H
HSE log20
Koeficient stínění
[dB]
[dB]
Účinnost stínění
45
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Charakter cíle
Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní
Účinnost stínění [dB]
Kategorie - hodnocení
0 ÷ 10 Nedostatečné stínění.
10 ÷ 30 Stínění pro minimální požadavky.
30 ÷ 60 Stínění dostačující pro většinu běžných požadavků.
60 ÷ 90 Velmi dobré stínění.
90 ÷ 120 Vysoce kvalitní stínění.
46
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Dosah působení elektromagnetických zbraní
•Stacionární, převozné, mobilní,přenosné
•Elektromagnetická munice
Závisí zejména na druhu použitého nosiče a kategorii zbraně
Maximální vzdálenost, na které je schopna elektromagnetická zbraň způsobit vyřazení
elektroniky cíle z činnosti
47
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Dosah působení elektromagnetických zbraní
Stacionární, převozné, mobilní, přenosné
Šikmá dálka
•Intenzita pole v místě cíle•Odolnost cíle
Vyzařovací charakteristika
Šířka vyzařovací charakteristikyJednotky stupňů a méně
48
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Dosah působení elektromagnetických zbraní
Elektromagnetická munice
Dosah nosiče
Dos
ah
zbra
ně
desítky až stovky metrů
šířka vyzařovací charakteristiky do 40 o
49
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní
•Ochrana objektů proti elektronicky naváděným zbraním
•Ochrana konvojů
•Policejní aplikace
•Likvidace min
•Výběr cílů pro elektromagnetické zbraně
50
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní
Ochrana objektů proti naváděným zbraním
51
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní
Ochrana objektů proti naváděným zbraním
Vigilant EagleRaytheon
52
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní
Ochrana konvojů
Bomba ve vozidleovládaná rádiem
UWB rušič
Ovládací vodič
Mina s přibližovacím zapalovačem
Nepřátelský pozorovatel
DS generátor pro neutralizaci min
IED
53
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní
Policejní aplikace
54
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní
Likvidace min
55
2. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní
Výběr cílů pro elektromagnetické zbraně
Vojenské síly v poli
obyvatelstvo
Přepravní a spojovacíinfrastruktura
Ekonomickáinfrastruktura
Vedenířízení
Finance, bankypodniky
Cestovní a traťová signalizacezapalovací systémy
Radio a TV přijímače, počítačemobilní telefony
Zabudované počítače, podpůrnéprostředky, polní C3
56
3. Možnosti ochrany elektronických zařízení proti účinkům elektromagnetických zbraní
•Průnik předními dveřmi
speciální polovodičové ochrany s reakční dobou několika pikosekund•Průnik zadními dveřmi
Napájecí a datová vedení – bleskojistky, varistory, Zenerovy diody a supresorové diody.
Větrací a technologické otvory v šasi – elektrické a magnetické stínění pro předpokládané pásmo kmitočtů
Ochrana před účinky elektromagnetických zbraní
57
Děkuji za pozornost