전자기 펄스.
Electromagnetic pulse전자기 펄스(EMP)는 일시적인 전자기 교란(TED)이라고도 하며 전자기 에너지의 짧은 버스트입니다.EMP의 원점은 소스에 따라 자연 또는 인위적일 수 있으며 전자장, 전기장, 자기장 또는 전도 전류로 발생할 수 있습니다.EMP에 의한 전자파 간섭은 통신을 방해하고 전자기기를 손상시킵니다.에너지 레벨이 높을 경우 낙뢰와 같은 EMP는 건물이나 항공기 등의 물체를 물리적으로 손상시킬 수 있습니다.EMP 효과 관리는 전자파 적합성(EMC) 엔지니어링의 한 분야입니다.
EMP 무기는 국가의 [1]비보호 인프라를 교란하는 고에너지 EMP의 해로운 영향을 전달하도록 설계되어 있으므로, 국가에 대한 EMP 무기의 사용은 [2]국가의 전기 네트워크의 기능을 붕괴시킬 가능성이 가장 높은 전쟁 시나리오이다.
일반적인 특징
전자기 펄스는 전자기 에너지의 짧은 서지입니다.지속 시간이 짧다는 것은 주파수에 걸쳐 확산된다는 것을 의미합니다.펄스의 특징은 다음과 같습니다.
- 에너지 전달 모드(방사선, 전기, 자기 또는 전도).
- 존재하는 주파수의 범위 또는 스펙트럼.
- 펄스 파형: 형상, 지속 시간 및 진폭.
주파수 스펙트럼과 펄스 파형은 성분 파형이 관측된 주파수 스펙트럼에 합하는 방법을 설명하는 푸리에 변환을 통해 상호 연관되어 있습니다.
에너지의 종류
EMP 에너지는 다음 네 가지 형태 중 하나로 전달될 수 있습니다.
맥스웰의 방정식에 따르면, 전기 에너지의 펄스는 항상 자기 에너지의 펄스를 수반한다.일반적인 펄스에서는 전기 또는 자기 형태가 지배적입니다.
일반적으로 방사선은 장거리에 대해서만 작용하며, 자기장과 전기장은 단거리에 작용한다.태양 자기 플레어와 같은 몇 가지 예외가 있습니다.
주파수 범위
전자파 에너지의 펄스는 일반적으로 소스에 따라 매우 낮은 주파수에서 일부 상한 주파수까지로 구성됩니다.EMP로 정의된 범위(때로는 "DC to daylight"라고도 함)는 광학(적외선, 가시광선, 자외선) 및 이온화(X 및 감마선) 범위를 구성하는 최고 주파수를 제외한다.
일부 유형의 EMP 이벤트는 번개나 불꽃과 같은 광학 흔적을 남길 수 있지만, 이는 공기를 통한 전류 흐름의 부작용이며 EMP 자체의 일부가 아닙니다.
펄스 파형
펄스의 파형은 순간 진폭(필드 강도 또는 전류)이 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 나타냅니다.실제 펄스는 매우 복잡한 경향이 있기 때문에 단순화된 모델이 자주 사용됩니다.이러한 모형은 일반적으로 다이어그램 또는 수학 방정식으로 설명됩니다.
![]() 직사각형 펄스 | ![]() 이중 지수 펄스 | ![]() 감쇠 사인파 펄스 |
대부분의 전자기 펄스는 매우 날카로운 선단을 가지고 있으며, 최대 레벨까지 빠르게 축적됩니다.고전적인 모델은 가파르게 상승하고 빠르게 정점에 도달한 후 더 천천히 붕괴하는 이중 지수 곡선입니다.그러나 제어된 스위칭 회로의 펄스는 종종 직사각형 또는 "사각형" 펄스의 형태에 가깝습니다.
EMP 이벤트는 일반적으로 주변 환경 또는 물질에 해당하는 신호를 유도한다.커플링은 일반적으로 비교적 좁은 주파수 대역에서 가장 강하게 발생하므로 감쇠 사인파가 발생합니다.시각적으로 이것은 고주파 사인파가 이중 지수 곡선의 긴 수명의 엔벨로프 내에서 증가 및 감소하는 것으로 나타납니다.감쇠 사인파는 일반적으로 커플링 모드의 전송 특성으로 인해 원래 펄스보다 훨씬 낮은 에너지와 좁은 주파수 범위를 가집니다.실제로 EMP 테스트 기기는 종종 고에너지 위협 펄스를 재현하지 않고 이러한 감쇠 사인파를 직접 주입합니다.
디지털 클럭 회로 등의 펄스열에서는 일정한 간격으로 파형을 반복한다.이러한 정기적이고 반복적인 열차를 특징짓기 위해서는 하나의 완전한 펄스 사이클로 충분합니다.
종류들
EMP는 소스가 에너지의 단시간 펄스를 방출하는 곳에서 발생합니다.이 에너지는 주변 환경에서 비교적 좁은 대역의 감쇠 사인파 응답을 종종 들뜨게 하지만, 일반적으로 광대역입니다.일부 유형은 반복 펄스열 및 일반 펄스열로 생성됩니다.
다양한 유형의 EMP는 자연, 인공 및 무기 효과에서 발생합니다.
자연 EMP 이벤트의 유형은 다음과 같습니다.
- Lumning Electronagnetic Pulse(LEMP)방전은 일반적으로 적어도 메가암페어(메가암페어)의 초기 거대한 전류 흐름이며, 그 뒤에 일련의 에너지 감소 펄스가 이어집니다.
- 정전기 방전(ESD)은 2개의 대전된 물체가 근접 또는 균등하게 접촉하는 결과로 발생합니다.
- 운석 EMP우주선에 대한 유성체의 충돌 또는 지구 [3][4]대기를 통과하는 유성체의 폭발적 붕괴로 인한 전자기 에너지 방출.
- 코로나 질량 방출(CME), 때로는 태양 EMP라고도 불린다.태양 코로나에서 방출되어 태양풍으로 [5]방출되는 플라즈마와 그에 부수되는 자기장의 폭발.
(민간) 인공 EMP 이벤트의 유형은 다음과 같다.
- 절연 또는 반복에 관계없이(펄스열로서) 전기회로의 스위칭 동작.
- 전기 모터는 전기자가 회전할 때 내부 전기 접점이 연결되고 끊어질 때 일련의 펄스를 생성할 수 있습니다.
- 가솔린 엔진 점화 시스템은 스파크 플러그에 전원이 공급되거나 점화될 때 일련의 펄스를 생성할 수 있습니다.
- 디지털 전자 회로의 지속적인 스위칭 동작.
- 전원 라인이 서지합니다.이 전압은 최대 수 킬로볼트이며, 충분히 보호되지 않은 전자 기기를 손상시킬 수 있습니다.
군사용 EMP의 유형은 다음과 같습니다.
- 핵폭발의 결과인 핵전자파 펄스(NEMP).이것의 변형은 지구의 대기 및 자기장과의 입자 상호작용으로 인해 2차 펄스를 생성하는 고공 핵 EMP(HEMP)이다.
- 비핵 전자기 펄스(NNEMP) 무기.
번개
번개는 일반적으로 주 펄스까지 저에너지의 예비 "리더" 방전을 가지며, 그 후에 몇 개의 작은 [6][7]폭발이 간격을 두고 뒤따를 수 있다.
정전기 방전(ESD)
ESD 이벤트는 많은 kV의 고전압으로 특징지어지지만 작은 전류로 인해 눈에 보이는 스파크가 발생할 수 있습니다.ESD는 작은 국소 현상으로 취급되지만 엄밀히 말하면 번개 플래시는 매우 큰 ESD 이벤트입니다.ESD는 Van de Graff 발전기에서 받은 충격과 같이 인공적으로도 만들 수 있습니다.
ESD 이벤트는 사람들에게 불쾌한 충격을 줄 뿐만 아니라 고전압 펄스를 주입함으로써 전자 회로를 손상시킬 수 있습니다.이러한 ESD 이벤트는 불꽃을 일으켜 화재 또는 연료 증기의 폭발을 일으킬 수도 있다.이러한 이유로 항공기에 연료를 재급유하거나 연료 증기를 공기에 노출하기 전에 연료 노즐을 항공기에 연결하여 정전기를 안전하게 배출합니다.
스위칭 펄스
전기 회로의 전환 동작은 전기 흐름에 급격한 변화를 일으킵니다.이 급격한 변화는 EMP의 한 형태입니다.
단순한 전기원에는 전기 모터의 릴레이, 솔레노이드 및 브러시 접점과 같은 유도 부하가 포함됩니다.이는 일반적으로 존재하는 전기 연결부 아래로 펄스를 보내고 에너지 펄스를 방사합니다.진폭은 일반적으로 작으며 신호는 "노이즈" 또는 "간섭"으로 처리될 수 있습니다.회로가 꺼지거나 "개방"되면 전류가 갑자기 변경됩니다.그러면 열린 접점에 걸쳐 전기장에 큰 펄스가 발생하여 아크 및 손상이 발생할 수 있습니다.그러한 효과를 제한하기 위해 설계 특징을 통합해야 하는 경우가 많다.
진공관이나 밸브, 트랜지스터, 다이오드 등의 전자 장치도 매우 빠르게 켜졌다 꺼졌다 할 수 있어 유사한 문제를 일으킬 수 있습니다.일회성 펄스는 가끔 사용되는 솔리드 스테이트 스위치 및 기타 장치에 의해 발생할 수 있습니다.그러나 현대 컴퓨터의 수백만 개의 트랜지스터는 1GHz 이상의 주파수에서 반복적으로 전환되어 연속적으로 보이는 간섭을 일으킬 수 있습니다.
핵전자 펄스(NEMP)
핵 전자기 펄스는 핵폭발로 인한 전자기 복사의 갑작스러운 펄스이다.그 결과 빠르게 변화하는 전기장 및 자기장이 전기/전자 시스템과 결합하여 손상 전류 및 전압 [8]서지를 발생시킬 수 있습니다.
방출되는 강력한 감마선은 또한 주변 공기를 이온화시킬 수 있으며, 공기 원자가 먼저 전자를 잃고 나서 다시 전자를 되찾기 때문에 2차 EMP를 생성한다.
NEMP 무기는 일차적인 손상 메커니즘과 같은 EMP 효과를 극대화하도록 설계되었으며, 일부 무기는 광범위한 전자 기기를 파괴할 수 있습니다.
고고도 전자파 펄스(HEMP) 무기는 지구 표면 훨씬 위에서 폭발하도록 설계된 NEMP 탄두이다.폭발은 감마선의 폭발을 중간층권으로 방출하며, 이는 이차적인 효과로 이온화되고 결과적으로 생성된 에너지 자유 전자는 지구의 자기장과 상호작용하여 낮은 고도의 고밀도 공기에서 일반적으로 생성되는 것보다 훨씬 더 강한 EMP를 생성한다.
비핵전자펄스(NNEMP)
비핵 전자기 펄스(NNEMP)는 핵 기술을 사용하지 않고 무기로 생성된 전자기 펄스이다.이 목적을 달성할 수 있는 장치에는 단일 루프 안테나에 방출되는 대형 저유도 콘덴서 뱅크, 마이크로파 발전기 및 폭발적으로 펌핑된 플럭스 압축 발생기가 포함됩니다.타깃으로의 최적 결합에 필요한 펄스의 주파수 특성을 달성하기 위해 펄스 소스와 안테나 사이에 파형 형상 회로 또는 마이크로파 발생기를 추가합니다.바이케이터는 고에너지 [9]펄스의 마이크로파 변환에 특히 적합한 진공관입니다.
NNEMP 발전기는 기계, 열 및 이온화 방사선 효과가 감소하지만 핵무기 배치의 결과를 초래하지 않고 폭탄, 순항 미사일(챔프 미사일 등) 및 무인기의 탑재물로 운반할 수 있다.
NNEMP 무기의 범위는 핵 EMP보다 훨씬 적다. 무기로 사용되는 거의 모든 NNEMP 장치는 화학 폭발물을 초기 에너지원으로 필요로 하며, 비슷한 [10]무게의 핵 폭발물의 에너지 10분의 1만−6 생산한다.NNEMP 무기에서 나오는 전자기 펄스는 무기 내부에서 나와야 하며, 핵무기는 2차 [11]효과로 EMP를 생성한다.이러한 사실은 NNEMP 무기의 사거리를 제한하지만, 보다 상세한 표적 식별을 가능하게 한다.소형 전자폭탄의 효과는 특정 테러리스트나 군사 [citation needed]작전에 충분한 것으로 입증되었다.그러한 운영의 예로는 많은 지상 차량과 [12][additional citation(s) needed]항공기의 운영에 필수적인 전자 제어 시스템의 파괴가 포함된다.
비핵 전자기 펄스를 발생시키기 위한 폭발적 펌프의 플럭스 압축 발전기의 개념은 1951년 소련에서 [13]안드레이 사하로프에 의해 고안되었지만, 다른 나라에서도 유사한 아이디어가 나올 때까지 각국은 비핵 EMP에 대한 작업을 계속했다.
전자 성형
전자기 펄스에 의해 생성되는 큰 힘은 제조 공정의 일부로 물체를 형상화하거나 형성하는 데 사용될 수 있습니다.
영향들
경미한 EMP 이벤트, 특히 펄스 트레인은 취약한 장치의 작동에 영향을 미칠 수 있는 낮은 수준의 전기적 노이즈 또는 간섭을 일으킨다.예를 들어, 20세기 중반의 일반적인 문제는 가솔린 엔진의 점화 시스템에 의해 방출되는 간섭으로 라디오가 탁탁 소리를 내고 TV가 화면에 줄무늬를 표시하는 것이었습니다.자동차 제조업체가 간섭 억제기를 장착하도록 하기 위해 법이 도입되었습니다.
고전압 레벨에서 EMP는 예를 들어 가솔린 엔진 차량에 연료를 공급할 때 정전 방전으로부터 스파크를 유도할 수 있습니다.이러한 스파크는 연료 공기 폭발을 일으키는 것으로 알려져 있으며 이를 [14]방지하기 위해 예방 조치를 취해야 합니다.
크고 에너지 있는 EMP는 피해자 장치에 고전류 및 전압을 유도하여 일시적으로 기능을 방해하거나 영구히 손상시킬 수 있습니다.
또한 강력한 EMP는 자기 재료에 직접 영향을 미쳐 자기 테이프나 컴퓨터 하드 드라이브 등의 미디어에 저장된 데이터를 손상시킬 수 있습니다.하드 드라이브는 보통 중금속 케이스로 차폐됩니다.일부 IT 자산 처분 서비스 프로바이더 및 컴퓨터 재활용업체는 제어된 EMP를 사용하여 이러한 자기 [15]미디어를 지웁니다.
낙뢰와 같은 매우 큰 EMP 이벤트는 또한 가열 효과 또는 전류에 의해 생성된 매우 큰 자기장의 파괴 효과를 통해 나무, 건물 및 항공기와 같은 물체를 직접 손상시킬 수 있다.간접적인 영향은 난방으로 인한 전기 화재일 수 있습니다.대부분의 엔지니어링된 구조물 및 시스템은 설계하기 위해 어떤 형태의 번개 방지 장치가 필요하다.
고에너지 EMP의 피해 효과는 영향 반경이 작은 전술 미사일에서 광범위한 EMP 효과를 최대화하기 위해 설계된 핵폭탄까지 EMP 무기의 도입으로 이어졌다.
통제

전자파 간섭과 마찬가지로 EMP로부터의 위협은 제어 조치의 대상이 된다.이것은 위협이 자연적이든 인위적이든 사실이다.
따라서 대부분의 제어 조치는 EMP 효과에 대한 장비의 민감성과 EMP를 강화하거나 손상으로부터 보호하는 데 초점을 맞춘다.무기 이외의 인공 소스도 펄스 에너지의 방출량을 제한하기 위한 제어 조치의 대상이 된다.
EMP 및 기타 RF 위협이 존재하는 경우 기기의 올바른 작동을 보장하는 규율을 전자기 호환성(EMC)이라고 합니다.
테스트 시뮬레이션
엔지니어링된 시스템과 장비에 대한 EMP의 영향을 테스트하기 위해 EMP 시뮬레이터를 사용할 수 있다.
유도 펄스 시뮬레이션
유도 펄스는 위협 펄스보다 훨씬 낮은 에너지이므로 생성은 더 실용적이지만 예측 가능성은 낮다.일반적인 테스트 기법은 전류 클램프를 반대로 사용하여 다양한 감쇠 사인파 신호를 테스트 대상 기기에 연결된 케이블에 주입하는 것입니다.감쇠 사인파 발생기는 발생할 가능성이 높은 유도 신호의 범위를 재현할 수 있습니다.
위협 펄스 시뮬레이션
위협 펄스 자체가 반복 가능한 방식으로 시뮬레이션되는 경우가 있습니다.펄스는 감쇠 사인파 주입 전에 피해자의 반응을 특징짓기 위해 낮은 에너지로 재생하거나 실제 위협 조건을 재현하기 위해 높은 에너지로 재생될 수 있습니다.
소형 ESD 시뮬레이터를 휴대할 수 있다.
벤치 사이즈 또는 룸 사이즈 시뮬레이터는 발생하는 위협의 유형과 수준에 따라 다양한 설계로 제공됩니다.
규모 상단에는 고에너지 EMP 시뮬레이터를 포함하는 대형 실외 시험 시설이 여러 [16][17]국가에 의해 건설되었다.가장 큰 시설은 선박과 항공기를 포함한 모든 차량을 EMP에 대한 민감성을 테스트할 수 있습니다. 이러한 대형 EMP 시뮬레이터는 거의 모든 특수 버전의 마르크스 [16][17]발전기를 사용했습니다.
한 때 세계 최대 규모의 EMP [18]시뮬레이터였던 뉴멕시코 주 샌디아 국립 연구소의 거대한 나무 구조 ATLAS-I 시뮬레이터(TRESTLE이라고도 함)가 그 예입니다.냉전 후반기에 미국이 사용한 이것과 기타 대형 EMP 시뮬레이터에 관한 논문과 전자파 펄스에 관한 보다 일반적인 정보는 현재 뉴멕시코 [19][20]대학에서 주최하는 SUMA 재단이 관리하고 있다.미 해군은 또한 선박용 전자기 펄스 방사선 환경 시뮬레이터(EMPRESS I)라고 불리는 대규모 시설을 보유하고 있다.
안전.
높은 수준의 EMP 신호는 사람의 안전을 위협할 수 있습니다.이러한 상황에서는 전기 도체와의 직접 접촉을 피해야 합니다.Van de Graff 제너레이터 또는 기타 대전량이 높은 물체를 만질 때처럼 이러한 현상이 발생할 경우 이탈 시 유해한 충격 펄스의 위험을 방지하기 위해 물체를 분리한 후 높은 저항을 통해 차체를 방전하도록 주의해야 합니다.
매우 높은 전계 강도는 공기의 파괴와 번개와 유사한 치명적 아크 전류를 흐르게 할 수 있지만 최대 200 kV/m의 전계 강도는 [21]안전한 것으로 간주됩니다.
Edd Gent의 조사에 따르면 전력회사가 자금을 지원하는 전력연구소의 2019년 보고서에 따르면 이러한 공격은 아마도 지역 정전을 일으킬 수 있지만 전국적인 그리드 장애를 일으키지는 않을 것이며 복구 시간은 다른 대규모 [22]정전의 경우와 비슷할 것이라고 한다.
EMP 공격으로 인한 이러한 정전 사태가 얼마나 오래 지속될지,[citation needed] 또는 국가 전체에서 어느 정도의 피해가 발생할지는 알려지지 않았다.
공격 대상 지역과 사람에 [citation needed]따라 미국 주변국도 영향을 받을 수 있다.
Naureen Malik의 기사에 따르면, 북한의 미사일과 탄두 실험의 성공을 염두에 두고, 의회는 국방 [23]수권법의 일환으로 전자파 펄스 공격으로부터 미국에 대한 위협을 평가하는 위원회의 자금 지원을 재개할 움직임을 보였다.현재 미국은 EMP [citation needed]공격에 대한 대비가 부족하다.
요시다 레이지의 조사에 따르면, 도쿄에 본부를 둔 비영리 단체인 정보 보안 무역 통제 센터의 2016년 기사에서, 오니즈카는 고도 EMP 공격이 일본의 전력, 통신, 교통 시스템을 손상시키거나 파괴할 뿐만 아니라 은행, 병원, 원자력 [24]발전소를 파괴할 것이라고 경고했다.
마틴과 매튜 와이스의 연구에 따르면 의회 위원회에서 증언한 바에 따르면, 기아, 질병, 사회적 붕괴를 통한 미국의 전력망 붕괴가 장기화되면 미국 [25]인구의 90%가 사망할 수 있다고 주장되어 왔다.
대중문화에서
대중 매체는 종종 EMP 효과를 잘못 묘사하여 대중과 전문가들 사이에서 오해를 불러일으킨다.미국에서는 이러한 [26][27]오해를 반증하기 위한 공식적인 노력이 이루어졌다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
인용문
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외부 링크
- TRESTLE: SUMA Foundation 웹사이트의 단편 다큐멘터리 영화, 냉전의 랜드마크