بمب های الکترومغناطیس بمب هایی هستند که برای تخریب هدف،از یک پالس شدید الکترومغناطیس بهره می برند.اثرات مخرب پالس الکترومغناطیس،تمام سامانه های الکتریکی و الکترونیکی در شعاع تخریب را از کار می اندازد. از آنجاییکه بدن موجودات زنده و از جمله انسان در مقابل امواج الکترومغناطیس مقاوم است،لذا انفجار این نوع بمب تلفات انسانی به همراه ندارد،اما اثرات مخرب آن بر روی سامانه های اطلاعاتی،بویژه انواع بمب های الکترومغناطیس با فناوری هسته ای که شعاع تخریب بسیار گسترده ای دارند،عملا جامعه هدف را به پیش از عصر اطاعات باز میگرداند. این مقاله سعی دارد بطور اجمالی جوانب فنی و عملیاتی کاربرد این سلاح،مبانی و راهکارهای احتمالی دفاع در برابر آن را مرور نماید.

مقدمه

۲۰۰۰ سال قبل تئورسین نظامی چین،سان تزو،رساله ای تحت عنوان هنر جنگ نوشت که در بخشی از آن سعی در پاسخگویی به این مساله دارد که چگونه بدون جنگیدن در میدان نبرد،حریف را شکست داد.در عصر حاضر که موسوم به عصر اطلاعات است،این شیوه جنگی که با عنوان جنگ اطلاعات شناخته می شود،عملا امکان پذیر گشته است.این نوع جنگ،اشاره به وضعیتی دارد که در آن عملیات نظامی بر اطلاعات نیروهای خودی و ایجاد اختلال در اطلاعات دشمن تکیه دارد.تلاش برای تغیر توازن دانش و اطلاعات به نفع خود و استفاده از اطلاعات برای به حداقل رساندن سرمایه،جنگ افزار و نیروی انسانی مورد نیاز برای کسب پیروزی از اهداف اصلی این شیوه جنگی به شمار می رود.اجرای موثر جنگ اطلاعات علیه حریف،نیازمند استفاده از ابزار های خاص برای تخریب سامانه های اطلاعاتی خواهد بود.بانکهای اطلاعاتی نظامی و غیر نظامی،شبکه های رایانه ای ادرات دولتی و کارخانه های تولیدی،تاسیسات ارتباطی پایگاه های نظامی،سایت های راداری و موشکی،سامانه های بانکداری و مالی،رسانه های گروهی،شبکه های توزیع برق و ارتباط راه دور از اهداف اصلی جنگ اطلاعات خواهد بود.علاوه بر این گونه سامانه ها،جایگاه انکار ناپذیر وسایل الکتریکی و الکترونیکی در ساختار نظامی،آنها را به هدفی مبدل ساخته که انهدام آنها بدون تلفات انسانی،می تواند دشمن را در موقعیت شکست قرار دهد.از مهم ترین سلاح ها در این زمینه می توان به انواع بمب های الکترومغناطیس اشاره نمود که نقش بسیار موثری در پیروزی در صحنه جنگ اطلاعاتی دارند.بر ساس گزارش های موجود،نیروی دریایی آمریکا در خلال جنگ کویت و یوگوسلاوی سابق از نمونه ای بسیار پیشرفته از بمب های الکترومغناطیسی غیر هسته ای به منظور انهدام تجهیزات الکترونیکی نیروهای عراقی و صرب بهره برد.این کشور همچنین از این نوع بمب در جنگ اخیر علیه شبکه ماهواره ای تلوزیون عراق نیز استفاده کرد.

اثر الکترومغناطیس

نور شدیدی ساطع می شود،در یک لحظه همه چیز در خاموشی فرو میرود،بوی سوختن وسایل الکتریکی در فضا می پیچد،پوشش سیمها سوخته و خطوط نازک تلفن قطع می شود و مهم تر از همه درون هیچ رایانه ای حتی که بیت اطلاعات باقی نمانده و در عین حال هیچ کس کوچکترین آسیبی ندیده است.تمام این موارد ناشی از انفجار بمب الکترومغناطیس و تاثیرات پالس الکترومغناطیس حاصل روی سامانه های اطراف می باشد. اثر پالس الکترومغناطیس در طی آزمایش های هسته ای مشاهده شد.مشخصه این اثر،تولید یک پالس الکترومغناطیس خیلی کوتاه(صد نانو ثانیه)اما بسیار شدید می باشد که از منبع انتشار ساطع می شود.پالس الکترومغناطیس یک میدان پر قدرت الکترومغناطیس،بویژه در محل انفجار تولید تولید می کند که توانایی تولید هزاران ولت جریان کوتاه مدت و گذرا روی هادیهای الکتریکی از جمله سیمها و مسیر های هادی صفحات مدار چاپی را داراست و البته همین اثر است که دارای اهمیت نظامی است و می نواند اثرات تخریبی جبران ناپذیری روی محدوده وسیعی از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی بویژه رایانه ها،رادیوها یا سامانه های راداری بگذارد.شدت میدان تولید شده و سختی  الکترومغناطیسی قطعات الکترونیکی که بیانگر مقاومت تجهیزات در مقابل این اثر میباشد،تعیین کننده مقدار تخریب ایجاد شده روی تجهیزات تحت شعاع قرار گرفته است.

مقدار تخریب می تواند از تخریب جبران ناپذیر و انهدام کامل الکتریکی و الکترونیکی در نزدیکی انفجار تا تخریبات کمتر  در نواحی دورتر که تنها نیازمند جایگزینی برخی قطعات و بخش های آسیب دیده می باشد را شامل شود.در فواصل دورتر،تخریب ایجاد شده با از کار افتادن موقت سامانه خودنمایی می کند که معمولا پس از مدتی امکان استفاده مجدد از آن وجود دارد،اما معمولا قابلیت اطمینان این گونه سامانه ها به شدت کاهش یافته است.از آنجایی که تجهیزات رایانه های تجاری مجموعه ای از نیمه هادی های اکسید فلزی می باشد که به پالس های ولتاژ بالا بسیار حساس هستند،لذا این سامانه های در مقابل اثر پالس الکترومغناطیس آسیب پذیری بیشتری دارند.معمولا انرژی بسیار کمی برای تخریب این سامانه ها مورد نیاز بوده و ولتاژی متجاوز از ده ها ولت براحتی می تواند بر روی آنها تاثیر ویرانگری بگذارد.رایانه های مورد استفاده در سامانه های پردازش اطلاعات،سامانه های اطلاعاتی،نمایشگر ها،تاسیسات کنترل صنعتی و رایانه های متصل به تجهیزات نظامی از جمله پردازش گر ها،سامانه های دیجیتالی و تجهیزات الکترونیکی کنترل پرواز همگی در مقابل اثر پالس الکترومغناطیس آسیب پذیر می باشند. به علت وجود کابل های مسی طویل بین تجهیزات ارتباطات راه دور،این تجهیزات نیز شدیدا آسیب پذیر هستند.از آنجاییکه دیود ها و ترانزیستورهای فرکانس بالا و مینیاتوری موجود در گیرنده ها که دارای حساسیت بالایی هستند،با آسانی یه وسیله پالس های الکتریکی ولتاژ بالا تخریب می شوند،لذا این تجهیزات نسبت به پالس الکترومغناطیس کاملا حساس می باشند.رادارها و تجهیزات نظامی الکترونیکی،ماهواره ها،میکروویو،UHF،VHF،HF،و تجهیزات ارتباطات باند کوتاه و تجهیزات تلوزیونی همگی نسبت به پالس الکترومغناطیس حساس هستند.از طرف دیگر از آنجاییکه تجهیزات پیشرفته و جدید کنونی معمولا به صورت فشرده ارایه می شوند،در صورت آسیب دیدن جزیی از آن،کل سامانه از کار افتاده و امکان تعویض یا تعمیر بخشی از آن وجود ندارد.در کل می توان چنین اظهار داشت که هیچ وسیله الکتریکی و الکترونیکی از قدرت نابودگر پالس های الکترومغناطیس در امان نیست.

مبانی فناوری بمب های الکترومغناطیس

پایه فناوری مورد استفاده در طراحی بمب های الکترومغناطیس متفاوت می باشد که مهمترین آنها مولد فشاری شار پمپ شده انفجاری،مولد مفناطیسی هیدرودینامیکی انفجاری و طیف گسترده ای از سامانه های پر توان میکروویو  می باشد که مهم ترین نمونه از دسته سوم،نوسان کننده کاتدی مجازی موسوم به ویرکیتور است.

تلاش جهت ساخت بمبهای الکترومغناطیسی هسته ای بین ده های ۶۰ تا ۸۰ میلادی توسط آمریکا صورت گرفت.در ۱۹۵۸و۱۹۶۲،آمریکایی ها بمب های هیدروژنی روی اقیانوس آرام آزمایش کردند که نتایج جالب توجهی به همراه داشت.تاثیرات این انفجار های هسته ای در هاوایی(۱۰۰۰ مایل دورتر) و حتی دورتر از مناطقی همچون استرالیا به صورت اختلالات رادیویی مشاهده شد.متخصصان هسته ای این اختلالات را ناشی از اثر کامپتون دانستند.این اثر که به وسیله آرتور کامپتون در سال ۱۹۲۵ شناخته شد،بیان می دارد که فوتون های انرژی الکترومغناطیس می توانند  الکترون اتمهای با عدد اتمی پایین را جدا کنند.سیل الکترون های آزاد شده از اتمها یک میدان مغناطیسی قدرتمند ایجاد می کند که این میدان،یک جریان الکتریکی شدید روی مواد هادی تحت تشعشع ایجاد میکند.طراحی این نوع بمب الکترومغناطیس که با عنوان پالس های الکترومغناطیس ارتفاع زیاد شناخته می شد نیازمند دانش هسته ای و طراحی سامانه های راداری است.این نوع بمب،قابلیت تحت تاثیر قرار دادن محدوده وسیعی را دارد اما در مقابل با محدودیت هزینه تولید و مباحث ناشی از انفجار های هسته ای مواجه است.

۱-مولد فشاری شار پمپ شده انفجاری

مولد فشاری شار پمپ شده انفجاری موسوم به FCG،کاملترین فناوری کاربردی در طراحی بمب های مولد فشاری شار پمپ شده انفجاری است که اولین بار به وسیله کلارنس فولر در آزمایشگاه های لوس آلاموس در اوخر دهه پنجاه اریه شد.از آن زمان تا کنون،گستره ی وسیعی از انواع FCG در آمریکا و روسیه ساخته و آزمایش شده است.FCG سامانه ای با توانایی تولید دهها مگاژول انرژی الکتریکی با توان بین یک تا دهها تریلیون وات(۱۰ به توان ۱۲)در مدت زمان ده تا صد ها میکرو ثانیه است.جریان تولید شده به و وسله FCGبین ۱۰ تا هزاران برابر جریانی است که به وسیله رعد و برق تولید می شود.

مبنای اصلی ساخت این نوع بمب استفاده ار مواد منفجره برای فشرده سازی سریع میدان مغناطیسی است.میدان مغناطیسی اولیه مورد نیاز در FCGقبل از شروع انفجار و از منابع خارجی همچون بانک خازنی ولتاژ بالا،یک FCG کوچکتر یا سامانه MHD(مولد مغناطیسی هیدرودینامیکی)تامین می شود. با این وجود هر سامانه ای که قادر به تولید پالس جریان الکتریکی در حد ده ها کیلو آمپر تا یک مگا آمپر باشد،کاربردی خواهد بود.از میان طراحی های مختلف FCG،نوع هم محور رایجترین طراحی می باشد.در یک FCGهم محور،یک لوله مسی استوانه ای نقش آرمیچر را ایفا میکند.این لوله با یک ماده شدید الانفجار پر می شود. از انواع مختلف مواد منفجره همچون ترکیبات نوع Bو C تا قطعات ماشین کاری شده PBX-9501می توان بهره برد.اطراف آرمیچر را یک سیم پیچ سنگین که معمولا از جنس مس می باشد در بر گرفته که نقش استاتورFCGرا دارد.حاصل این ترکیب،موادی است که توان تولید پالس الکترومغناطیس قدرتمندی را داراست.معمولا روی استاتور  پوششی از جنس مواد غیر مغناطیس نیز کشیده می شود تا مانع از شکل گیری میدان های ناخواسته و تخریب احتمالی سامانه شود.موادی همچون الیاف شیشه در یک قالب اپوکسی،پوششی مناسب فراهم می کند.

ماده منفجره از عقب به جلو منفجر می شود که انفجار حاصل،سیم پیچهای حاوی جریان اکتریکی را تحت تاثیر قرار می دهد.این فرایند یک مدار اتصال کوتاه متحرک را باعث می شود.مدار اتصال کوتاه دارای اثر فشرده سازی میدان مغناطیسی و کاهش دهنده اندوکتانس استاتور(سیم پیچ)است.با حرکت مدار اتصال کوتاه،پالس مغناطیسی به وجود می آید که در همه مدارها و هادی های الکتریکی تحت شعاع،جریانی معادل ده ها میلیون امپر ایجاد می نماید که در نتیجه تمام سامانه های قرار گرفته در شعاع موثر را تخریب می کند.مزیت این نوع بمب هزینه تولید کم و سادگی فرایند ساخت می باشد و عیب عمده آن در این است که محدوده وسیعی را پوشش نداده و خروجی محدود به باندهای فرکانسی زیر ۱MHz است. علاوه بر این،انفجار آن مشابه مهمات معمولی اثرات ترکشزایی و تلفات انسانی به همراه دارد.

۲-مولد مغناطیسی هیدرودینامیکی انفجاری

طراحی مولد مغناطیسی هیدرودینامیکی انفجاری در مقایسه با فناوری FCGجدیدتر بوده و هنوز مراحل تکامل نهایی خود را میگذراند. مشکلات فنی همچون اندازه و وزن سامانه های مولد مغناطیسی MHDباعث شده که این فناوری نقش کمتری در طراحی بمب های الکترومغناطیسی(حداقل در آینده نزدیک)ایفا کند.اصول بنیادی طراحی MHD بر مبنای حرکت یک رسانا از میان یک میدان مغناطیسی است که جریان الکتریکی عمود بر جهت میدان و حرکت رسانا تولید خواهد کرد.در MHD انفجاری،رسانا پلاسمایی از گازهای انفجاری یونیزه شده می باشد که از میان میدان مغناطیسی حرکت میکند.جریان به وسیله الکترودهایی که در تماس با جت پلاسما هستند،جمع آوری می شود.خواص الکتریکی پلاسما با بهینه کردن ساختار مواد منفجره و با استفاده از مواد افزودنی مناسب که در طی سوختن یونیزه می شوند،بهینه می شود.

۳-منبع پر توان مایکروویو،نوسان کننده ی کاتدی ویرکیتور

فناوری FCG به منظور تولید پالس های بزرگ توان الکتریکی عملکرد موثری دارد،اما خروجی بمب های مبتنی بر این نوع فناوری به بایند فرکانسی زیر ۱MHz محدود می شودکه قابلیت تخریب پالس الکترومغناطیس در این طیف مغناطیسی(حتی در توان بالا)روی برخی اهداف کم بوده و تمرکز انرژی در چنین وسیله ای مشکل است.سامانه ی HPM یا منبع پر توان مایکروویو که امکان تمرکز  توان خروجی را داشته و کوپل انرژی آن طیف وسیعی از اهداف را در بر میگیرد،هر دو مشکل مذکور را بر طرف می نماید.انواع مختلفی از سیستم هایHPM همچون کلیسترون(لامپ الکترونی مورد استفاده در دستگاه های مایکروویو)،مگنترون،لامپ سه قطبی انعکاسی و منبع گاف جرقه وجود دارند اما مهم ترین آنها،ویرکیتور است که به علت سادگی،ارزانی،قابلیت تولید پالس بسیار قدرتمند،مقاوم بودن و توانایی عملکرد در باند های نسبتا وسیعی از فرکانس های مایکروویو،بسیار مورد توجه قرار گرفته است.اصول عملکرد ویرکیتور بسیار پیچیده تر از سامانه مولد شار می باشد.نحوه عملکرد ویرکیتور،شتاب دادن پرتو الکترونی شدید از میان یک صفحه توری یا صفحه نازک آندی است.عبور الکترونها،فضایی حبابی شکل از ابر الکترونی پشت آند تشکیل می دهد که با عنوان کاتد مجازی شناخته می شود.این کاتد ناپایدار بوده و در شرایط مناسب،در صورتی که در یک حفره مایکروویو قرار بگیرد،در باند فرکانسی مایکروویو نوسان خواهد کرد.حال اگر شکل گیری حباب بار الکتریکی در جایی صورت بگیرد که دچار تشدید و رزنانس شود،توان الکتریکی بسیار شدیدی به دست خواهد آمد.در واقع با استفاده از فنون متداول در مهندسی مایکروویو،می توان از حفره رزنانس به منظور به دست آوردن توان مایکروویو بهره برد.از آنجاییکه فرکانس نوسان وابسته به پارامترهای جریان الکترونی می باشد،امکان تنظیم فرکانس ویرکیتور نیز وجود دارد.مقادیر توان بدست آمده در آزمایش های ویرکیتور از ۱۷۰کیلووات تا ۴۰گیگا وات در باند های فرکانسی دسیمتر و سانتیمتر تغییر میکند.دو طراحی متداول برای ویرکیتور موسوم به ویرکیتور محوری و ویرکیتور متقاطع می باشد که نوع محوری از بعد طراحی ساده تر بوده و معمولا توان خروجی بهتری تولید می کند.این سامانه معمولا به صورت یک پیکره بندی هادی موج سیلندری ساخته می شود که به یک آنتن مخروطی شکل وصل شده و توان خروجی مورد نیاز از این ساختار مخروطی که نقش آنتن را ایفا میکند بدست می آید.مشکلات فنی در طراحی ویرکیتور ویژه برای مهمات،مواردی همچون مدت دوام پالس خروجی،بازده واگردانی(conversion efficiency )در حد یک درصد،پایداری و نوسان و پهنای باند میباشد.مزیت این سامانه در قابلیت خروجی در محدوده ۲-۲۰GHz  است که کارایی موثری علیه انواع اهداف  را دارد.مقابله با این نوع بمب بسیار مشکل بوده و دارای شعاع تخریب وسیعی می باشد.

 

        

 

دفاع در مقابل بمب های الکترومغناطیس

مهمات الکترومغناطیسی را می توان بویسه بمب های هدایت شونده و غیر قابل هدایت،موشک های کروز،گلوله های توپخانه و موشک های بالستیک پرتاب نمودو لذا شاید نخستین دفاع علیه بمب های الکترومغناطیسی ممانعت از پرتاب بمب یا موشک از طریق انهدام هواپیمای حامل بمب یا موشک یا انهدام سکوی پرتاب بمب یا موشک یاشد.این شیوه دفاعی همیشه عملی نبوده و لذا سامانه های که احتمالا در معرض تاثیرات الکترومغناطیس قرار میگیرند لازم است به طور الکترومغناطیسی مقاوم شوند.استفاده از پوششی که مانع از عبور میدان مغناطیسی می شود از مهم ترین تدابیر است.این شکل دفاع می تواند با پوشاندن کامل وسایل در پوشش هادی الکتریکی موسوم به پوشش فاراده انجام شود.وقتی پالس الکترومغناطیس به این پوشش برخورد کند،انرژی آن به وسیله مواد هادی پوشش جذب شده و لذا سامانه های درون پوشش کاملا مصون می مانند.این اثر مشابه زمانی می باشد که یک هواپیما به رعد و برق برخورد می کند،در این شرایط پوسته بیرونی هواپیما انرژی را در بیرون بدنه جریان داده و تخلیه می کند،به گونه ای که هیچ سامانه ای درون هواپیما آسیب نمی بیند.برای محافظت صحیح یک سامانه،باید اطمینان نمود که تمام ورودی های آن سامانه دارای پوشش بوده و بدون پوشش فاراده رها نشده باشند.هیمن موضوع نیز به عنوان ضعف عمده این روش تلقی می شود،زیرا غالبا سامانه های تحت پوشش به هر دلیل نیازمند ارتباط با محیط خارج از پوشش می باشند.کابلهای انتقال نیرو،سیم های ارتباطی و اطلاعاتی و حتی آنتن های فرستنده و گیرنده از کانالهای ارتباطی سامانه با محیط  بیرون از پوشش می باشند.در مجموع هر سیمی که به پوشش وارد می شود یک کانال بالقوه برای انتقال موج قدرتمند انرژی و پالس الکترومغناطیس به درون پوشش فاراده و تخریب وسایل بوده و در عمل پوشش فاراده را بی تاثیر می سازد.حتی با فرض برآورده کردن این الزامات،مقاومت سامانه درون پوشش به شدت پالس الکترومغناطیسی بمب و مقاومت پوشش فاراده روی سامانه وابسته است.لذا با توجه به سطح اهمیت سامانه تحت پوشش،طراحی دقیق پوشش و در نظر گرفتن تمام جوانب هایز اهمیت است.از طرف دیگر فناوری گرمایونی(تجهیزات لوله های خلا)در مقایسه با فناوری حالت جامد یا همان ترانزیستوری در مقابل سلاح های الکترومغناطیسی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند.بنابراین سلاح های مورد نیاز برای تخریب رایانه ها و سامانه های با فناوری حالت جامد،کمترین تخریب یا عملا هیچ گونه تخریبی در سامانه های با فناوری گرمایونی ایجاد میکند.بنابر این سلاح های الکترومغناطیسی تخریب موثری بر چنین اهدافی ایجاد نمیکنند.

نتیجه گیری

بمب های الکترومغناطیسی را شاید بتوان سلاح حای کشتار الکتریکی نامید که طیف وسیعی از اهداف الکتریکی و الکترونیکی را در بر میگیرند.قابلیت تخریبی آنها نتایج جبران ناپذیری روی سامانه های اطلاعاتی و تاسیسات ارتباطی حریف بر جای می گذارد،لذا این نوع مهمات نقش قاطعی در فرایند جنگ اطلاعات ایفا می کنند.بهره مندی از دانش بمب های الکترومغناطیسی بویژه نوع غیر هسته ای مبتنی بر فن آوریFCG که دست یافتنی تر نیز می باشد،علاوه بر ایجاد آشنایی عملی با این سامانه و تاثیرات آن،امکان به کار گیری و راهکارهای مقابله با اثرات آنرا نیز فراهم می نماید،راهکارهایی که هرچه زودتر باید اندیشیده شوند.از کار افتادن سامانه های راداری و موشکی،تاسیسات ارتباطی و هوانوردی،عملا مختل کننده هرگونه واکنش دفاعی مناسب در مقابل حریف می باشد.نیروهای نظامی پیشرفته تر به علت وجود تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی بیشتر،در مقابل بمب های الکترومغناطیس آسیب پذیر تر هستند.قطعا در هر گونه درگیری احتمالی با یک نیروی نظامی متکی به تجهیزات مدرن و پیشرفته الکترونیک،استفاده از یک بمب الکترومغناطیس ناثیرات مرگبارتری برای آنها به همراه خواهد داشت که به عنوان یک نقطه قوت برای حریف ضعیف تر از بعد نظامی می تواند در نظر گرفته شود.از طرف دیگر با توجه به در دسترس قرار گرفتن فناوریهای پیشرفته غیر نظامی که امکان استفاده نظامی را فراهم می کند،احتمال ساخت بمب های الکترومغناطیسی در کاربردهای تروریستی افزایش می یابد.از آنجا که این نوع بمب تلفات انسانی به همراه ندارد افکار عمومی را تحریک نکرده و کشورهای هدف در شرایط دشوای قرار میگیرند.لذا حرکت سریع به منظور کسب این فناوری حیاتی مینماید.

bestarticles.ir

نظرات شما عزیزان:

????????: بمب الکترومغناطیس, الکترومغناطیس, بمب,