Tämä on toinen artikkeli aiheesta, joka koskee resonanssien käyttöä fyysisten esineiden tuhoamiseen.
Ensimmäinen artikkeli "Stuxnet -viruksen venäläinen jalanjälki" oli johdanto ja se oli tarkoitettu laajalle yleisölle.
On aika tutustua tähän menetelmään yksityiskohtaisesti ja katsoa ensin video, jossa on visuaalinen esimerkki resonanssista, sen jälkeen mielestäni artikkelin aihe tulee selkeämmäksi, koska on parempi nähdä kerran kuin lukea sata kertaa…
Tässä video:
Tässä toinen:
Joten suhtaudu resonanssiin kunnioittavasti.
Niin kuuluisa, Stuxnetille tuntematon
Maailmankuulu Stuxnet -virus on tähän mennessä muuttunut eräänlaiseksi kauhutarinaksi, kaikki tietävät sen, mutta kukaan ei täysin ymmärrä, kuinka hän onnistui tuhoamaan sentrifugit uraanin rikastamiseksi kahden vuoden ajan. Tämä ei ole edes sabotaasia, vaan kehittyneempi sabotaasimenetelmä - sabotaasi.
Ajattele vain kahden vuoden aikana, että satoja sentrifugeja hajoaa jatkuvasti, kaikki tuotantoaikataulut häiriintyvät, asiantuntijoita kutsutaan "korvilleen" ja he eivät voi tehdä mitään, ennen kuin Valko -Venäjältä tulee viesti viruksen havaitsemisesta. jonka taistelukuormitus oli Siemensin teollisen automaation sisäisen ohjelmiston päivitysmoduulit.
Myöhemmin tämä virus nimettiin Stuxnetiksi. Selvitimme käytetyn tartuntamenetelmän ja sen tunkeutumistavat ytimen tasolle sekä menetelmän Simatic S7 -ohjainten salasanasuojauksen murtamiseksi paikallisverkossa. Ymmärsimme jotain siitä, mitä sentrifugiryhmän ohjaimen viruspäivitysohjelmisto tekee.
Mutta kukaan ei ole vielä selittänyt fyysistä menetelmää laitteiden poistamiseksi käytöstä tässä sabotaasissa. Siksi yritämme itse selvittää tämän tärkeimmän arvoituksen.
Mitä tiedämme
Tässä on tämä Simatic S7 -ohjain, joka on koottu oheismoduuleihin:
Mikroprosessoriyksikkö on laatikko, jossa on sininen avain, kaikki muu on oheislaitteita. Mikro -ohjainohjelmisto (käytetään erityistä STEP 7 -tulkkikieltä) sijaitsee sisäisessä flash -muistissa. Ohjaimen ohjelmisto ja laiteohjelmisto päivitetään verkon kautta tai fyysisesti irrotettavan flash -aseman kautta. Tällaiset säätimet olivat ryhmäohjauslaitteita 31 kaasusentrifugille kerralla.
Mutta ne rikkoivat sentrifugit suoraan muiden laitteiden läpi, - taajuusmuuttaja sähkömoottorin käyttämiseksi, suunnilleen seuraavasti:
Tältä näyttävät eri tehoisten asynkronisten sähkömoottoreiden taajuusmuuttajat (muuntimet). Nimi viittaa tämän laitteen toiminnalliseen tarkoitukseen, se muuntaa tavallisen verkon jännitteen (kolme vaihetta 360 V) kolmivaiheiseksi jännitteeksi, jolla on eri taajuus ja eri luokitus. Jännitteen muunnosta ohjataan verkon signaaleilla tai se asetetaan manuaalisesti ohjauspaneelista.
Yksi Simatic S7 -ohjain hallitsi välittömästi taajuusmuuttajaryhmää (31 laitetta), se oli ryhmäohjausyksikkö 31 sentrifugille.
Kuten asiantuntijat havaitsivat, Stuxnet -virus muutti voimakkaasti ryhmäohjainohjelmiston semantiikkaa, ja he pitivät Simatic S7 -ohjaimen muokatun ohjelmiston antamaa ryhmäohjauskomentojen antamista taajuusmuuttajille suorana syynä sentrifugihäiriöille..
Viruksen muokkaaman ohjauslaitteen ohjelmisto muutti kunkin taajuusmuuttajan toimintataajuutta 15 minuutin ajan kerran viiden tunnin välein ja vastaavasti siihen yhdistetyn sentrifugisen sähkömoottorin pyörimisnopeutta.
Näin se kuvataan Semanticin tutkimuksessa:
Siten moottorin nopeus muutetaan 1410 Hz: stä 2 Hz: ksi 1064 Hz: iin ja sitten uudestaan. Muista normaali toimintataajuus tällä hetkellä oletettavasti 807 Hz - 1210 Hz.
Joten moottorin nopeus muuttuu 1410 Hz: stä 2 Hz: n välein 1064 Hz: iin ja kääntyy sitten takaisin. Muistutuksena normaali toimintataajuus pidettiin tällä hetkellä välillä 807 Hz - 1210 Hz.
Ja semanttinen päättelee tämän perusteella:
Stuxnet siis sabotoi järjestelmän hidastamalla tai nopeuttamalla moottoria eri nopeuksille eri aikoina
(Stuxnet sabotoi järjestelmän siten, että se hidastaa tai kiihdyttää moottorin eri nopeuksille eri aikoina.)
Nykyaikaisille ohjelmoijille, jotka tuntevat fysiikan ja sähkötekniikan vain lukiossa, tämä riittää, mutta pätevämmille asiantuntijoille tällainen selitys ei ole johdonmukainen. Sentrifugiroottorin pyörimisnopeuden muutos sallitulla alueella ja käyttötaajuuden lyhytaikainen ylitys 200 Hz: llä (noin 15%) nimellisarvosta itsessään ei voi johtaa massiivisiin laitteiden rikkoutumisiin.
Joitakin teknisiä yksityiskohtia
Tältä näyttää rikastetun uraanin tuottamiseen tarkoitettujen kaasusentrifugien kaskadi:
Tällaisia kaskadeja on kymmeniä uraanin rikastuslaitoksissa, sentrifugien kokonaismäärä ylittää 20-30 tuhatta …
Sentrifugi itsessään on rakenteeltaan melko yksinkertainen laite, tässä on sen kaaviokuva:
Mutta tämä rakentava yksinkertaisuus on harhaanjohtavaa, tosiasia on, että tällaisen noin kahden metrin pituisen sentrifugin roottori pyörii noin 50 000 rpm: n nopeudella. Monimutkaisen, lähes kahden metrin pituisen roottorin tasapainottaminen on erittäin vaikea tehtävä.
Lisäksi tarvitaan erityisiä menetelmiä roottorin ripustamiseksi laakereihin; tätä varten käytetään erityisiä joustavia neulalaakereita, joissa on monimutkainen itsesäätyvä magneettinen jousitus.
Kaasusentrifugien luotettavuuden kannalta suurin ongelma on mekaanisen rakenteen resonanssi, joka liittyy tiettyihin roottorin pyörimisnopeuksiin. Kaasusentrifugit luokitellaan jopa tämän perusteella. Sentrifugia, joka toimii roottorin nopeudella resonanssin yläpuolella, kutsutaan ylikriittiseksi, alla - alikriittiseksi.
Älä ajattele, että roottorin nopeus on mekaanisen resonanssin taajuus. Mikään sellainen, mekaaninen resonanssi ei liity sentrifugiroottorin pyörimisnopeuteen hyvin monimutkaisten suhteiden kautta. Resonanssitaajuus ja roottorin nopeus voivat vaihdella suuruusluokkaa.
Esimerkiksi sentrifugin tyypillinen resonanssialue on taajuusalueella 10 Hz-100 Hz, kun taas roottorin nopeus on 40-50 tuhatta rpm. Lisäksi resonanssitaajuus ei ole kiinteä, vaan kelluva parametri, se riippuu sentrifugin nykyisestä toimintatilasta (koostumus, kaasun lämpötilatiheys ennen kaikkea) ja roottorin jousitusrakenteen tahdista.
Laitteistokehittäjän päätehtävänä on estää sentrifugi toimimasta lisääntyneen tärinän (resonanssin) tiloissa; tätä varten tärinän tason automaattiset hätäestojärjestelmät (venymämittarit), toiminta roottorin nopeudella, joka aiheuttaa mekaanisen rakenteen resonanssin (kierroslukumittarit)), moottorin nykyiset kuormitukset (virtasuojaus).
Hätäjärjestelmiä ei koskaan yhdistetä laitteiston normaalista toiminnasta vastaaviin laitteisiin, ne ovat erillisiä, yleensä hyvin yksinkertaisia sähkömekaanisia järjestelmiä työn pysäyttämiseksi (yksinkertaisesti hätäkytkimet). Joten et voi poistaa niitä ohjelmoidusti käytöstä ja määrittää niitä uudelleen.
Kollegoiden Yhdysvalloista ja Israelista oli ratkaistava täysin ei -vähäinen tehtävä, tuhoa sentrifugi laukaisematta turva -automaatiota.
Ja nyt tuntemattomasta miten se tehtiin
Tieteellisen keskuksen "NAUTSILUS" kääntäjien kevyellä kädellä, jotka käänsivät Symantikin asiantuntijoiden tutkimuksen venäjäksi, monet asiantuntijat, jotka eivät lukeneet Symantikin raporttia alkuperäisessä, olivat sitä mieltä, että onnettomuuden aiheutti käyttöjännite taajuus alennettu 2 Hz: iin sentrifugin sähkömoottoriin.
Näin ei ole, oikea käännös on annettu artikkelin tekstin alussa.
Ja periaatteessa on mahdotonta alentaa nopean induktiomoottorin syöttöjännitteen taajuutta 2 Hz: iin. Jopa tällaisen matalataajuisen jännitteen lyhytaikainen syöttö käämityksiin aiheuttaa oikosulun käämissä ja laukaisee virran.
Kaikki tehtiin paljon älykkäämmin.
Alla kuvattu sähkömekaanisten järjestelmien resonanssiviritysmenetelmä voisi väittää olevansa uusi, ja minua pidetään sen tekijänä, mutta sitä todennäköisesti käyttävät jo Stuxnet -viruksen tekijät, joten valitettavasti se on vain plagiointia..
Ja siitä huolimatta selitän sormillani ja samalla suoritan fysiikan perusteita koskevan koulutusohjelman. Kuvittele massiivinen, esimerkiksi tonniinen kuorma, joka roikkuu kaapelilla, esimerkiksi 10 metriä pitkä. Olemme saaneet yksinkertaisimman heilurin, jolla on oma resonanssitaajuus.
Oletetaan lisäksi, että haluat heiluttaa sitä pienellä sormellasi 1 kg: n voimalla. Yksi yritys ei tuota näkyvää tulosta.
Tämä tarkoittaa, että sinun on painettava sitä toistuvasti, kohdistamalla siihen 1 kg: n voima, esimerkiksi 1000 kertaa, niin voimme olettaa, että tällainen moninkertainen vaiva vastaa yhteensä yhtä rasituksen käyttöä tonnia kohden. riittää heilumaan tällaista heiluria.
Niinpä muutamme taktiikkaa ja alamme työntää ripustettua taakkaa toistuvasti pienellä sormellamme joka kerta 1 kg: n voimalla. Emme onnistu uudelleen, koska emme tunne fysiikkaa …
Ja jos he tietäisivät, he ensin laskisivat heilurin värähtelyjakson (paino on ehdottoman tärkeä, jousitus on 10 metriä, painovoima on 1 g) ja alkoivat työntää kuormaa tällä jaksolla pienellä sormella. Kaava on hyvin tunnettu:
Tämä tonnia painava heiluri heiluu 10-20 minuutissa, jotta "äiti ei itke".
Lisäksi heilurin kaikkia ominaisuuksia ei tarvitse painaa pienellä sormella; tämä voidaan tehdä kerran tai kahdesti ja jopa heilurin sadan värähtelyn jälkeen. Vain kertymisaika kasvaa suhteellisesti, mutta kertymävaikutus säilyy täysin.
Ja kuitenkin, yllätän ihmiset, jotka tuntevat fysiikan ja matematiikan lukiossa (tyypillisen nykyaikaisen ohjelmoijan tietotaso), tällaisen heilurin värähtelyaika ei riipu värähtelyamplitudista, heiluta sitä millimetrillä tai metrin päässä lepopisteestä, värähtelyjakso ja vastaavasti heilurin värähtelytaajuus ovat vakioita.
Kaikilla tilarakenteilla ei ole edes yhtä, vaan useita resonanssitaajuuksia; itse asiassa siinä on useita tällaisia heilureita. Kaasusentrifugeilla on niiden teknisistä ominaisuuksista johtuen niin sanottu korkealaatuinen pääresonanssitaajuus (ne keräävät tehokkaasti tärinäenergiaa).
Jää vain heiluttaa kaasusentrifugia sormella resonanssitaajuudella. On tietysti vitsi, jos on olemassa sähkömoottori, jossa on automaattinen ohjausjärjestelmä, niin sama voidaan tehdä paljon huomaamattomammin.
Tätä varten sinun on lisättävä / vähennettävä sähkömoottorin nopeutta nykäyksissä (kuten virus teki, 2 Hz: llä) ja annettava näille nykäyksille sentrifugin mekaanisen rakenteen resonanssitaajuus.
Toisin sanoen on tarpeen syöttää moottorille mekaanisen resonanssin taajuus käyttämällä taajuusjännitteen muunninta, jonka taajuus on vaihteleva. Voimassa oleva hetki, joka esiintyy moottorissa, kun syöttöjännitteen muutosten taajuus siirtyy koteloon mekaanisen resonanssin taajuudella ja vähitellen resonanssivärähtelyt saavuttavat tason, jolla asennus alkaa romahtaa
Taajuuden vaihteluja lähellä tiettyä keskiarvoa kutsutaan "lyönteiksi", tämä on minkä tahansa taajuusmuuttajan vakiovaikutus, taajuus, kuten sanotaan, "kulkee" tietyissä rajoissa, yleensä enintään kymmenesosa prosentista nimellisarvosta. Nämä sabotoijat naamioituina näiksi luonnollisiksi taajuuslyönteiksi, oma, keinotekoisesti käyttöön otettu, sähkömoottorin taajuuden modulaatio ja synkronoivat sen sentrifugin tilarakenteen mekaanisen resonanssin taajuuden kanssa.
En mene aiheeseen enää, muuten minua syytetään siitä, että olen kirjoittanut vaiheittaisia ohjeita sabotaattoreille. Siksi jätän keskustelun ulkopuolelle kysymyksen resonanssitaajuuden löytämisestä tietylle sentrifugille (se on yksilöllinen jokaiselle sentrifugille). Samasta syystä en kuvaile "hienosäädön" menetelmää, kun on tarpeen tasapainottaa hätäsuojauksen laukaisun partaalla tärinää vastaan.
Nämä tehtävät ratkaistaan ohjelmistolla saatavilla olevilla taajuusmuuttajiin asennetuilla lähtöjännitevirtasensoreilla. Ota sanani - tämä on varsin toteutettavissa, se on vain algoritmeja.
Jälleen Sayano-Shushenskayan voimalaitoksen onnettomuudesta
Edellisessä artikkelissa oletettiin, että vesivoimalaitoksen onnettomuus aiheutui samalla tavalla (resonanssimenetelmällä) kuin uraanin rikastuslaitoksessa Iranissa käyttämällä erityisiä ohjelmistoja.
Tämä ei tietenkään tarkoita, etteikö sama Stuxnet -virus toimisi siellä täällä, ei tietenkään. Sama esineiden tuhoamisen fyysinen periaate toimi - mekaanisen rakenteen keinotekoisesti aiheuttama resonanssi.
Resonanssin läsnäolo ilmaistaan kiertämällä muttereita turbiinin kannen kiinnittämiseksi ja ainoan onnettomuushetkellä toimineen aksiaalisen tärinäanturin lukemat.
Ottaen huomioon HPP -onnettomuuden ajankohdan ja syiden yhteensovittamisen sabotaasiin Iranin uraanin rikastuslaitoksessa jatkuva tärinänhallintajärjestelmä sammui onnettomuushetkellä, yksikön toiminta turbiiniyksikön automaattinen ohjausjärjestelmä, voidaan olettaa, että resonanssi ei ollut sattuma, vaan ihmisen aiheuttama ilmiö.
Jos tämä olettamus on oikea, toisin kuin kaasusentrifugien tapauksessa turbiiniyksikön tuhoaminen edellytti manuaalista väliintuloa. HPP: n saatavilla olevat laitteet eivät sallineet sabotaasiohjelmiston havaita automaattisesti yksittäistä resonanssitaajuutta ja pitää tärinää hätätilassa ilman, että hätäanturit käynnistyvät.
Vesivoimalassa sabotaasiohjelmistojen työ vaati "inhimillisen tekijän" käyttöä. Jonkun täytyi jotenkin sammuttaa tärinänhallintapalvelin ja ennen sitä siirtää sabotaasiohjelmiston kehittäjille tietyn turbiiniyksikön resonanssien parametrit, jotka poistettiin siitä kuusi kuukautta ennen onnettomuutta suunnitellun korjauksen aikana.
Loppu oli tekniikasta kiinni.
Ei tarvitse ajatella, että resonanssi tapahtuisi turbiiniroottorin rungossa, ei tietenkään. Turbiiniroottorin ja ohjaussiipien välissä sijaitsevan elastisen kavitaatio -ontelon kyllästämän vesikerroksen resonanssi aiheutui.
Yksinkertaistettuna voidaan kuvitella tällainen analogia, alareunassa on kavitaatio -onkaloista tehty jousi turbiiniroottorin ja ohjainsiipien lapojen väliin, ja tätä jousta tukee sadan metrin korkea vesipatsas. Osoittautuu ihanteelliseksi värähtelypiiriksi. Tällaisen heilurijärjestelmän heiluttaminen on hyvin todellinen tehtävä.
Tämä johtuu tästä resonanssista KAIKKI ohjainsiipien terät olivat rikkoutuneet iskuista, eivät mekaanisesti, mutta rikkoutuivat dynaamisen kuorman vuoksi. Tässä on kuva näistä rikkoutuneista teristä, niiden pinnoilla ei ole jälkiä mekaanisesta iskusta:
Ohjaussiipien rikkoutuneet terät tukkivat turbiinin tyhjennysreiän, ja tästä odottamattomasta tilanteesta onnettomuus alkoi kehittyä katastrofiksi.
Turbiiniroottori muistutti supertankki potkuria ja alkoi pyöriä "suljetussa vesipurkissa", jonka massa oli puolitoista tuhatta tonnia ja pyörimisnopeus 150 rpm. Turbiinin työalueelle syntyi sellainen veden ylipaine, että kansi revittiin irti ja itse turbiini, silminnäkijöiden mukaan, yhdessä generaattorin roottorin kanssa (1500 tonnin kolossi) lensi ylös turbiinisalin kattoon.
Mikä oli edelleen kaikkien tiedossa.