Elektromagnetické zbraně, mýtus nebo fungující realita PERSPEKTIVY ELEKTRONIKY 2011 Libor DRAŽAN Katedra radiolokace Fakulta vojenských technologií Univerzita obrany libor.drazan@unob.cz

Obsah přednášky Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Způsoby ochrany elektronických obvodů před účinky elektromagnetických zbraní

Elektromagnetické zbraně Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní Elektromagnetické zbraně zbraně se směrovanou energií (DEW – Directed Energy Weapons) využívají k transformaci energie určené k destrukci vybraného cíle subatomové částice nebo elektromagnetické vlny. 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 )

CO2 dynamický plynový laser na podvozku MAZ-7930 Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní Laserové zbraně CO2 dynamický plynový laser na podvozku MAZ-7930

Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní Laserové zbraně US Army Tactical High Energy Laser (THEL) MIRACL deuterium fluoride laser YAL-1A ABL

Mechanismus působení elektromagnetických zbraní Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní 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

Obecné funkční schéma elektromagnetické zbraně Mechanismus působení a základní princip činnosti elektromagnetických zbraní Obecné funkční schéma elektromagnetické zbraně Primární zdroj Zdroj VN impulsů Generátor rádiových vln nebo mikrovln Anténa Spouštěcí obvody

Závisí na Bojové použití elektromagnetických zbraní 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

Klasifikace podle způsobu akumulace energie Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Kapacitní Induktivní Magnetokumulativní generátor

Kapacitní akumulace energie Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Kapacitní akumulace energie Marxův rázový generátor

Kapacitní akumulace energie Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Kapacitní akumulace energie

Induktivní akumulace energie Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Induktivní akumulace energie Spínač LC Zdroj Zátěž Vypínač

Magnetokumulativní generátor Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Magnetokumulativní generátor

Magnetokumulativní generátor - malý výkon Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Magnetokumulativní generátor - malý výkon

Magnetokumulativní generátor – střední výkon Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Magnetokumulativní generátor – střední výkon 1 2 3 4

Magnetokumulativní generátor – střední výkon Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle způsobu akumulace energie Magnetokumulativní generátor – střední výkon

Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu 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 )

Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu

Úzkopásmové Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Úzkopásmové Primární zdroj Zdroj VN impulsů Tvarovací obvody Výkonová elektronka Spouštěcí obvody Anténa

Úzkopásmové HPM generátory 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)

Širokopásmové Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Širokopásmové Primární zdroj Zdroj VN impulsů Rychlý spínací prvek Širokopásmová anténa Spouštěcí obvody

Širokopásmové – podstatné prvky systému 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

Širokopásmové – podstatné prvky systému Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Širokopásmové – podstatné prvky systému IRA: Pásmo vyzařování - 40 MHz až 4 GHz Intenzita el. pole ~ 5 kV/m ve vzdálenosti 300m

Širokopásmové – podstatné prvky systému Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Širokopásmové – podstatné prvky systému Fotovodivé polovodičové spínače (Photoconductive Semiconductor Switch - PCSS)

Tlumené kmity Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Tlumené kmity Primární zdroj Zdroj VN impulsů Rychlý spínací prvek Širokopásmová anténa Spouštěcí obvody

Tlumené kmity Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu Tlumené kmity

Výkon generovaného signálu Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Výkon generovaného signálu Maximální dosahované hodnoty generovaného výkonu Maximální hodnota výkonu přenesená prostředím

Maximální dosahované hodnoty generovaného výkonu 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,

Emax< 1 MV/m S = 2,65 GW/m2 Minimální plocha apertury antény 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

Klasifikace podle režimu činnosti Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle režimu činnosti Jednorázová činnost Opakovaná činnost – opakovací kmitočet až 10000 imp/s

Klasifikace podle charakteru nosiče Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Stacionární Převozné Mobilní Přenosné Elektromagnetická munice

Stacionární Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Stacionární

Převozný Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Převozný R = 1 km, S = 40 kW/m2 , E = 3,8 kV/m

Mobilní Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Mobilní

Mobilní – RANETS E (Rusko) Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace 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

Mobilní – RANETS E (Rusko) Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Mobilní – RANETS E (Rusko)

Přenosný Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Přenosný DS110T DS110D DS110 Suitcase

Elektromagnetická munice Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Elektromagnetická munice Optimalizace 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

Elektromagnetická munice Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Elektromagnetická munice Příklad realizace generátoru – tlumené kmity DS110C

Elektromagnetická munice Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace 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

Elektromagnetická munice Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Klasifikace podle charakteru nosiče Elektromagnetická munice Napájecí zdroj Primární zdroj Dvoustupňový magnetokumulativní generátor 1.stupeň 2.stupeň Tvarovací obvody vircator Anténa

Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Charakter cíle Způsob průniku destrukční energie do cíle Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní

Způsob průniku destrukční energie do cíle 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

Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Charakter cíle Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní Koeficient stínění Účinnost stínění [dB] [dB]

Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní 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.

Dosah působení elektromagnetických zbraní Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Dosah působení elektromagnetických zbraní Maximální vzdálenost, na které je schopna elektromagnetická zbraň způsobit vyřazení elektroniky cíle z činnosti Závisí zejména na druhu použitého nosiče a kategorii zbraně Stacionární, převozné, mobilní, přenosné Elektromagnetická munice

Stacionární, převozné, mobilní, přenosné Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Dosah působení elektromagnetických zbraní Stacionární, převozné, mobilní, přenosné Intenzita pole v místě cíle Odolnost cíle Šikmá dálka Šířka vyzařovací charakteristiky Jednotky stupňů a méně Vyzařovací charakteristika

Elektromagnetická munice Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Dosah působení elektromagnetických zbraní Elektromagnetická munice Dosah nosiče Dosah zbraně desítky až stovky metrů šířka vyzařovací charakteristiky do 40 o

Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní 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

Ochrana objektů proti naváděným zbraním Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní Ochrana objektů proti naváděným zbraním

Ochrana objektů proti naváděným zbraním Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní Ochrana objektů proti naváděným zbraním Vigilant Eagle Raytheon

Ochrana konvojů Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní Ochrana konvojů Bomba ve vozidle ovládaná rádiem UWB rušič Ovládací vodič Mina s přibližovacím zapalovačem Nepřátelský pozorovatel DS generátor pro neutralizaci min IED

Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní Policejní aplikace

Likvidace min Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Příklady konkrétních aplikací elektromagnetických zbraní Likvidace min

Výběr cílů pro elektromagnetické zbraně Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní Výběr cílů pro elektromagnetické zbraně Vojenské síly v poli obyvatelstvo Přepravní a spojovací infrastruktura Ekonomická Vedení řízení Finance, banky podniky Cestovní a traťová signalizace zapalovací systémy Radio a TV přijímače, počítače mobilní telefony Zabudované počítače, podpůrné prostředky, polní C3

Ochrana před účinky elektromagnetických zbraní Možnosti ochrany elektronických zařízení proti účinkům elektromagnetických zbraní Ochrana před účinky 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

Děkuji za pozornost