05.12.2015 15:47

Strona główna

Aktualności

W najgorętszych latach Zimnej Wojny amerykańscy naukowcy stworzyli
pierwsze bomby neutronowe – które przy dziesięciokrotnie mniejszej energii
wybuchu niż tradycyjne bomby jądrowe, były w stanie skąpać w fali zabójczej
dla wszystkiego co żywe radiacji obszar dwukrotnie od nich większy.
Pentagon z zachwytem się wówczas wypowiadał o tej znacznie mniej
szkodliwej dla infrastruktury broni, jako sposobowi na uniknięcie eskalacji
konfliktu do wzajemnie gwarantowanego zniszczenia. Dla ówczesnego
przywódcy radzieckiego, Leonida Breżniewa, bomba neutronowa była z kolei
dowodem na prawdziwe plany kapitalistycznego świata – broń, która zabija
ludzi, a pozostawia ich materialne dobra jest wręcz idealna dla
imperialistycznego grabieżcy. Opinię genseka potwierdził słynny autor science
fiction Isaac Asimov, mówiąc że bomba neutronowa jest dla tych, którzy
martwią się o własność, a życie mają za nic.

Wraz z postzimnowojennym odprężeniem bomby neutronowe odeszły na
szczęście do historii (podobno jedynie Chińczycy posiadają wciąż kilka takich
głowic), a to, jak bardzo zmienił się od tamtych czasów świat najlepiej
pokazuje kariera broni generującej impuls elektromagnetyczny (EMP,
Electromagnetic Pulse), będącej symbolicznym przeciwieństwem broni
neutronowej. Atak taką bronią miałby w teorii być całkowicie nieszkodliwy dla
żywych istot, a zarazem niszczyłby elektryczną i elektroniczną infrastrukturę
przeciwnika. Z perspektywy ograniczeń towarzyszących współczesnym
wojnom, byłaby to więc broń idealna, dobrze wypadająca w mediach. Dziś,
gdy sytuacja międzynarodowa jest delikatnie mówiąc, niezbyt ciekawa, warto
zapoznać się bliżej z bronią, której użycie miałoby sprawić, że wszystkie
nasze laptopy, smartfony, konsole, telewizory, routery, urządzenia Internetu
Rzeczy, ale przede wszystkim wszechobecne dziś mikrokontrolery będą
nadawały się tylko na śmietnik. Tak, przeżyjemy – ale czy będziemy potrafili
żyć wśród stosów elektronicznego śmiecia? Zapraszamy do zapoznania się z

Broń EMP – jak działa i czym grozi

humanitarny postrach naszych

czasów?

@eimi

Adam Golański

realiami wojny przyszłości, znacznie bardziej prawdopodobnymi, niż
hakerskie sztuczki rodem z Hollywood.

Jak działa broń EMP?

Po raz pierwszy możliwości impulsu elektromagnetycznego zrozumiano w
1962 roku, niejako przy okazji jednego z testów broni nuklearnej w
stratosferze nad wyspami Pacyfiku (tzw. Starfish Prime). Zdetonowany
ładunek o mocy 1,44 megatony doprowadził do zniszczenia satelitarnych
systemów, zablokowania na ponad pół godziny łączności radiowej, a nawet
awarii sieci elektrycznej na Hawajach, 1400 km od miejsca wybuchu.

Starfish Prime: tak wyglądała eksplozja jądrowa w stratosferze (źródło: Wikimedia)

Odkrycie Amerykanów spowodowało wyścig zbrojeń w tej dziedzinie i rozwój
nuklearnych ładunków przeznaczonych przede wszystkim do generowania
EMP (tzw. NEMP, Nuclear EMP)). ZSRR w tym samym 1962 roku
przeprowadziło testy z serii K, nad Kazachstanem, z których najbardziej
udany, test 184, doprowadził do zapłonu mierzącej setki kilometrów
podziemnej linii energetycznej i pożaru połączonej z nią elektrowni. O tym, co
się stało z siecią telefoniczną nawet nie ma co wspominać. Wystarczył tu
ładunek tylko o mocy 300 kT. Jak jednak te zjawiska były możliwe?

EMP powstaje w wyniku zmian przyspieszenia cząstek obdarzonych
ładunkiem, w większości elektronów – stają się one źródłem promieniowania
elektromagnetycznego przenoszonego falami o szerokim zakresie
częstotliwości, tym silniejszego, im gwałtowniejsza jest zmiana. Impuls
indukuje w urządzeniach elektrycznych wzrost napięcia do setek a nawet
tysięcy woltów, to zaś przekłada się na chwilowy wzrost natężenia prądu
elektrycznego, niszczącego obwody i elementy elektroniczne, często
topiącego ich izolację. Trudno by było inaczej, w zwykłej elektronice
półprzewodnikowej wykorzystuje się napięcia od 5 do 15 V, a w
mikroprocesorach nawet poniżej 3 V.

Rozwój nuklearnego EMP polegał na optymalizowaniu rozkładu
promieniowania, tak by przekazano zdecydowaną jego większość w tzw.
impulsie E1, czyli krótkotrwałym, ale bardzo intensywnym polu
elektromagnetycznym. E1 to efekt promieniowania gamma z eksplozji
nuklearnej, które jonizuje atomy w górnych warstwach atmosfery (tzw.
zjawisko Comptona). Elektrony zmierzają tu ku powierzchni ziemi z
prędkościami bliskimi prędkości światła, jako potężny pionowy impuls prądu

elektrycznego. Pole magnetyczne planety odbija je jednak pod kątem,
wywołując w tym momencie impuls elektromagnetyczny.

Odwrót od szaleństwa wzajemnie gwarantowanego zniszczenia uspokoił
superpotęgi także w dziedzinie NEMP. Nie zakończyło to jednak prac nad
bronią elektromagnetyczną jako taką. Już w 1950 roku rosyjski fizyk Andriej
Sacharow opisał konstrukcję generatora z kompresją strumienia
magnetycznego FCG, broni generującej impuls EMP bez eksplozji atomowej.
W założeniu chodziło o przekazanie energii eksplozji chemicznego ładunku
wybuchowego do silnego pola magnetycznego, wzbudzonego tuż przed
wybuchem z elektrycznego generatora. Sacharow sugerował użycie
metalowego cylindra zawierającego materiał wybuchowy, owiniętego
miedzianą cewką i zamkniętego w powłoce z izolatora (np. szkła czy masy
epoksydowej). Była to mało efektywna konstrukcja, generująca falę o niskiej
częstotliwości, rozpraszająca mnóstwo energii „na boki” ładunku – ale
zapoczątkowała prace nad znacznie bardziej zaawansowanymi broniami typu
NNEMP (Non-Nuclear Electromagnetic Pulse).

Przekrój wirkatora (źródło: ieee.org)

Wkrótce po pomyśle Sacharowa na świecie pojawił się kolejny radziecki
wynalazek, znany dziś pod swoją angielską nazwą jako wirkator (od virtual
cathode oscillator). To w zasadzie lampa elektronowa, w której z jednej
strony znajduje się otulona magnesami zimna katoda, a z drugiej falowód.
Katoda wyzwala impuls wysokiego napięcia, wygenerowany przez cewkę
gwałtownie ściśniętą wybuchem w polu magnetycznym (w broniach
jednorazowych) lub np. generatorze napięcia impulsowego z prądu stałego (w
broniach wielorazowego użytku). Taki impuls o napięciu kilku kilowoltów i
czasie trwania kilkudziesięciu nanosekund jest przyciągany do cienkiej anody
połączonej z uziemioną obudową. Intensywność impulsu sprawia jednak, że
wiele elektronów przenika przez anodę i tworzy chmurę wirtualnej katody.
Wzajemne odpychanie elektronów i przyciąganie ich do anody prowadzi do
oscylacji między realną i wirtualną katodą, generujących mikrofale.
Dostajemy więc kierunkowy rezonator mikrofalowy, który generuje nam
krótkie impulsy mikrofal w wąskich, gigahercowych pasmach, o mocy
sięgającej nawet jednego terawata (choć w militarnych zastosowaniach
uzyskuje się zwykle od 300 kW do 50 GW).

Takie właśnie wirkatory wydają się być dzisiaj podstawowym mechanizmem
działania broni elektromagnetycznej, choć już się słyszy o jeszcze

skuteczniejszych konstrukcjach, reditronach, które zapewnić mają emisję
mikrofal w jeszcze węższych pasmach i z jeszcze większą efektywnością.
Niemniej jednak nawet działający w pasmie milimetrowym standardowy
wirkator jest bardzo groźną bronią. Impuls przez niego wytworzony
przeniknie przez nawet maleńkie szczeliny, docierając do osłoniętych
instalacji.

Jak nas zaatakują bronią EMP?

Najbardziej prawdopodobną dziś formą ataku bronią elektromagnetyczną jest
zrzucenie jej w postaci dużej bomby lotniczej, detonowanej na wcześniej
określonej wysokości. Broń tego typu, wykorzystująca najpewniej jakąś
nowoczesną wersję generatora FCG, z trudem się miniaturyzuje – musimy
zapewnić odpowiedni ładunek elektryczny na rozruch, przenoszony w ważącej
swoje baterii kondensatorów. Rozważano kwestie zasilania takich bomb
bezpośrednio z samolotu, ale zwiększa to złożoność konstrukcji, a jak
wiadomo, na wojnie nadmierna złożoność to proszenie się o problemy. Tak
więc w wypadku Rosji najbardziej prawdopodobne byłoby użycie
półtoratonowych bomb FAB-1500, przenoszonych m.in. przez bombowce Tu-
22M. Mówi się też o wykorzystaniu do przenoszenia ładunków EMP dużych
naddźwiękowych pocisków manewrujących Raduga Ch-22.

Schemat bomby EMP z wirkatorem (źródło: electronic.ru)

W tego typu konstrukcjach najbardziej zaawansowane wydają się być dziś
Stany Zjednoczone. Podstawowym nosicielem broni EMP w amerykańskim
arsenale miałby być znacznie mniejszy pocisk manewrujący JAASM (notabene
mający trafić też do uzbrojenia polskich myśliwców F-16). Mówi się jednak o
znacznie nowocześniejszych systemach. Opracowywany wspólnie przez
Boeinga i Raytheona CHAMP (Counter-electronics High Power Microwave
Advanced Missile Project), to nie tyle pocisk, co wykorzystująca wspomniany
wyżej wirkator platforma bojowa, która po wystrzeleniu jest w stanie razić
impulsem EMP nawet kilka celów. Podczas pierwszych testów poligonowych w
2012 roku udało się zniszczyć sieć komputerową umieszczoną w
symulowanym centrum dowodzenia wroga, atakując standardowym
pociskiem dwa oddzielne cele z różnych kierunków.

CHAMP, czyli broń EMP wielorazowego użytku od Boeinga (źródło: Boeing.com)

Rosjanie nie zamierzają oczywiście pozostawać tu w tyle. W tym roku
rosyjskie media poinformowały o demonstracji wykorzystującego impuls EMP
systemu obrony przeciwlotniczej, które zostało przedstawione zaproszonym
zagranicznym gościom podczas wystawy Army-2015. Zamontowane na
podwoziu systemu obrony plot Buk działa elektromagnetycznego działającego
w paśmie fal centymetrowych (czyli takich samych, w jakich działają sieci Wi-
Fi 5 GHz). Pozwala ono stworzyć sferę zakazu lotów w promieniu ponad 10
km od bronionej instalacji, będąc w stanie zniszczyć elektronikę samolotów,
dronów, pocisków manewrujących i innych lotniczych środków rażenia o
wysokiej precyzji. Jak wówczas wyjaśniali przedstawiciele producenta
systemu, firmy Rostec, ma ono być odpowiedzią na zagrożenie amerykańskim
systemem LOCUST, pozwalającym na koordynację ataku roju niewielkich
dronów. Dziś stosowane systemy obrony przeciwlotniczej służą do zwalczania
pojedynczych, relatywnie dużych celów – rój niewielkich tanich obiektów
może łatwo je sforsować, zmuszając broniącego się do wystrzelenia
wszystkich swoich kosztownych pocisków ziemia-powietrze.
Elektromagnetyczne działo, zasilane przez naziemny generator, staje się tu
uniwersalną, niewyczerpaną bronią przeciwko atakom z powietrza.

Rosyjski system obrony przeciwlotniczej z działem EMP (źródło: RIA Novosti)

Generalnie można powiedzieć, że bronie EMP rozwijane są (i będą) w dwóch
kierunkach – generowania nieskupionych impulsów o niskich
częstotliwościach, skierowanych przeciwko obiektom infrastruktury cywilnej
(centrale komunikacyjne, elektrownie, fabryki), oraz generowania
skierowanych impulsów bardzo wysokiej częstotliwości, wymierzonych w
osłonięte cele wojskowe. Prace nad miniaturyzacją doprowadzić zaś mają do

możliwości przenoszenia ładunków EMP także przez artylerię lufową i
rakietową. Sądząc po upodobaniu naszych wschodnich sąsiadów do
korzystania z tej ostatniej podczas wojny domowej, taka amunicja rakietowa
EMP byłaby bardzo pożądana przez wszystkie strony konfliktu.

Poszukiwane są też sposoby oceny efektów takiego ataku – paradoksalnie to
jest w tym wszystkim najtrudniejsze. Efektów działania broni EMP po prostu
nie widać z satelity czy zdjęć zwiadu lotniczego, konieczne jest utrzymywanie
stałego zwiadu radioelektronicznego, by namierzyć ewentualne emisje fal
elektromagnetycznych i w razie potrzeby podjąć decyzję o powtórzeniu ataku.
Jak to zwykle przy atakach lotniczych bywa, przeciwnik zapewne zrobi bardzo
wiele, by zakamuflować właściwe cele.

Co nam zrobi broń EMP?

Sektor cywilny uświadomił sobie możliwości broni EMP znacznie później, niż
wojsko. W styczniu 1999 roku Winn Schartau, znany ekspert od
cyberbezpieczeństwa, pokazał na konferencji Defcon, jak za pomocą
przenośnego emitera EMP zniszczyć stojące kilka metrów dalej dwa
komputery. Po tym pokazie sprawą zainteresowała się telewizja ABC, która
wykorzystała taką broń na dwóch autach, skutecznie „smażąc” ich obwody
elektroniczne i czyniąc je niezdolnymi do jazdy. W zasadzie na atak odporne
są jedynie systemy zbudowane w technice lampowej, optoelektronika, oraz
elektronika tranzystorowa, wykorzystująca specjalne osłony antyradiacyjne i
przy tym odizolowana od świata. Nic z tego nie jest dla nas zadowalające. Z
techniki lampowej praktycznie się już nie korzysta, światłowody to tylko mała
część infrastruktury telekomunikacyjnej, w dodatku niezdolna do
samodzielnego działania, zaś osłonięta przed EMP elektronika jest bardzo
kosztowna i o wiele mniej wydajna, niż „zwyczajny” sprzęt. W dodatku nawet
osłonięta elektronika, by być przydatną, pozostaje w jakimś kontakcie ze
światem, choćby przez źródła zasilania czy anteny – a wystarczy milimetrowa
szczelina w osłonie, by fala elektromagnetyczna swoje zrobiła.

Trzeba przy tym pamiętać o jednym. Użycie broni elektromagnetycznej w jej
obecnym rozumieniu nie plami rąk napastnika. O ile napaść za pomocą broni
atomowej, biologicznej czy chemicznej w oczach wspólnoty międzynarodowej
będzie wyglądała paskudnie, to użycie broni EMP można przedstawić wręcz
jako „humanitarne”, jako element strategii nieeskalowania konfliktu i troski o
ludzkie życie. To tylko zwiększa prawdopodobieństwo użycia takich broni w
konfliktach tu i teraz. Niewykluczone, że pierwsi skorzystają z niej Rosjanie,
przeciwko celom naruszającym przestrzeń powietrzną Syrii – podobno
chroniący bazę lotniczą w Latakii system Krasucha-4 jest w stanie nie tylko
zakłócać środki rozpoznania przeciwnika, ale też w razie potrzeby niszczyć ich
elektronikę.

Co jednak faktycznie się stanie, gdy impuls zostanie wyzwolony nad naszą
miejscowością? Powoływanie się na efekty doświadczenia Starfish Prime z
1962 roku wcale nie musi mieć sensu. Tak naprawdę mało wiemy – Hawaje
były bardzo daleko od detonacji, wyspa była mała, pozbawiona długich linii
energetycznych, a współczesnej elektroniki w tamtych czasach po prostu nie
było. Wydaje się jednak, że apokaliptyczne scenariusze, publikowane na tych
wszystkich spiskowych stronach WWW nie są zbyt realistyczne. Istnieje
przekonanie, że istotna jest długość dotkniętego przewodnika – im jest
krótszy, tym lepiej, tak więc o ile faktycznie energetyczne linie przesyłowe
powinny zostać spalone, to przynajmniej część samochodów powinna

pozostać sprawna, okablowanie elektryczne aut nie jest aż tak długie. Tak
samo łatwiej jest przetrwać drobnej elektronice (np. zegarkom), szczególnie
jeśli będzie wyłączona.

Nie ma co jednak bagatelizować efektów uderzenia EMP, szczególnie odczują
je mieszkańcy miast, niesamodzielnych przecież pod żadnym względem.
Zniszczenie infrastruktury energetycznej i telekomunikacyjnej to chaos, który
pociągnie za sobą wiele ofiar, początkowo wskutek paniki i grabieży,
następnie z głodu, ran i chorób. Odbudowa zniszczonej infrastruktury w
takich warunkach nie będzie łatwa.

EMP dla przestępców i terrorystów

Nawet jeśli nigdy nie dojdzie do bezpośredniego konfliktu między potęgami,
nie znaczy to, że w swoim życiu nigdy nie doświadczymy skutków użycia
broni EMP. Problem jest w tym, że budzi ona spore zainteresowanie zarówno
wśród sięgających po metody terrorystyczne paramilitarnych bojówek, jak i
wśród rozmaitych przestępców, widzących w niej sposób na np. precyzyjne
niszczenie systemów zabezpieczeń. O tym, że coś jest na rzeczy przekonuje
nas wynalazek niemieckich inżynierów z Instytutu Fraunhofera. Stworzyli oni
system obronny, który może nie chroni przed samym atakiem EMP, ale
przynajmniej pozwala poznać napastników.

Zaprezentowane dwa lata temu urządzenie służy do wykrycia siły i
częstotliwości impulsu, a także lokalizacji jego źródła. Składa się z
ustawionego na trójnogu zestawu czterech anten parabolicznych,
skierowanych na cztery strony świata oraz osłoniętego zagnieżdżonymi
klatkami Faradaya modułu elektroniki z rozmaitymi wzmacniaczami, filtrami
itp. – i komputerem, który analizuje pozyskane dane. Zgodnie z tym, co
twierdzą przedstawiciele organizacji, dotknięci atakiem EMP mogą
wykorzystać pozyskane informacje do wyprowadzenia szybkiej i adekwatnej
akcji odwetowej przeciwko napastnikom. Twierdzą też, że dobrze wyposażone
grupy przestępcze (szczególnie rosyjskie) już dziś korzystają z broni EMP, np.
w Berlinie stosowano mieszczące się w walizce systemy do niszczenia
zabezpieczeń luksusowych samochodów. Skoro więc ludzie z Instytutu
Fraunhofera budują taki system obronny, to musi istnieć na niego
zapotrzebowanie u jego poważnych przecież partnerów z przemysłu i rządu.

I trudno, by było inaczej. To nie jest broń atomowa. Analitycy twierdzą, że już
dziś broń EMP jest w stanie zbudować „w garażu” średnio uzdolniony

elektronik, kosztem co najwyżej kilku tysięcy dolarów. Taki zasilany
generatorem Marksa system mieściłby się w samochodzie osobowym, będąc
w stanie zniszczyć nanosekundowym impulsem sprzęt elektroniczny w
odległości kilkunastu metrów od emitera. Jeśli więc o takich atakach jeszcze
nie słyszymy, to możliwe są tylko dwa scenariusze – albo mamy bardzo dużo
szczęścia… albo ofiary takich ataków wolą milczeć, dla bezpieczeństwa
publicznego, w imię przeciwdziałania panice.