Ovo je drugi članak na temu korištenja rezonancija za uništavanje fizičkih objekata.
Prvi članak "Ruski otisak virusa Stuxnet" bio je uvodni i bio je namijenjen širokoj laičkoj publici.
Vrijeme je da se detaljno upoznate s ovom metodom, a prvo pogledajte video s vizualnim primjerom rezonancije, nakon toga mislim da će tema članka postati jasnija, jer je bolje vidjeti jednom nego pročitati stotinu puta…
Evo videa:
Evo još jednog:
Zato vas molim da se prema rezonanciji odnosite s poštovanjem.
Tako poznat, nepoznat Stuxnetu
Svjetski poznati virus Stuxnet do sada se pretvorio u neku vrstu horor priče, svi znaju za to, ali nitko u potpunosti ne razumije kako je dvije godine uspio potajno uništiti centrifuge za obogaćivanje urana. Ovo čak nije ni sabotaža, već sofisticiranija metoda sabotaže - sabotaža.
Zamislite samo da se tijekom dvije godine stotine centrifuga neprestano kvare, svi rasporedi proizvodnje su poremećeni, stručnjaci se zovu "na ušima" i ne mogu ništa učiniti dok iz Bjelorusije ne stigne poruka o otkrivanju virusa, borbeno opterećenje od čega su bili moduli za ažuriranje internog softvera za industrijsku automatizaciju iz Siemensa.
Nakon toga, ovaj virus je dobio ime Stuxnet. Otkrili smo koji se način infekcije koristi, s metodama njenog prodora na nivo jezgre i metodom probijanja lozinkom zaštićene kontrolere Simatic S7 u lokalnoj mreži. Nešto smo razumjeli iz onoga što radi firmver upravljačkog programa grupe centrifuga ažuriran virusom.
Ali nitko još nije objasnio fizičku metodu onemogućavanja opreme u ovom činu sabotaže. Stoga ćemo sami pokušati odgonetnuti ovu najvažniju zagonetku.
Šta znamo
Evo ovog Simatic S7 kontrolera sastavljenog s perifernim modulima:
Sama mikroprocesorska jedinica je kutija sa plavim ključem, sve ostalo su periferne jedinice. Softver za mikrokontroler (koristi se poseban jezik tumača STEP 7) nalazi se u internoj flash memoriji. Ažuriranje softvera i firmvera samog kontrolera odvija se putem mreže ili fizički putem prijenosnog flash pogona. Takvi regulatori bili su grupni upravljački uređaji za 31 plinsku centrifugu odjednom.
Ali izravno su razbili centrifuge kroz druge uređaje, - pretvarač frekvencije za rad elektromotora, otprilike na sljedeći način:
Ovako izgledaju pretvarači frekvencije (pretvarači) za asinhrone elektromotore različitih snaga. Naziv implicira funkcionalnu namjenu ovog uređaja, pretvara napon standardne mreže (tri faze 360V) u trofazni napon različite frekvencije i drugačije ocjene. Pretvorbom napona upravljaju signali iz mreže ili se ručno postavlja s upravljačke ploče.
Jedan kontroler Simatic S7 odmah je upravljao grupom (31 uređaj) pretvarača frekvencije, odnosno bila je to grupna kontrolna jedinica za 31 centrifugu.
Kako su stručnjaci otkrili, semantiku softvera kontrolera grupne kontrole uvelike je izmijenio Stuxnet virus, a oni su smatrali da je izdavanje naredbi za grupno upravljanje pretvaračima frekvencije izmijenjenim softverom kontrolera Simatic S7 izravni uzrok kvarova centrifuge.
Softver upravljačkog uređaja koji je modificirao virus promijenio je radnu frekvenciju svakog pretvarača frekvencije jednom u trajanju od 15 minuta tijekom petosatnog intervala, te, shodno tome, brzinu rotacije na njega priključenog elektromotora centrifuge.
Ovako je to opisano u studiji Semantika:
Stoga se brzina motora mijenja sa 1410Hz na 2Hz na 1064Hz, a zatim se ponovo. Podsjetimo, normalna radna frekvencija u ovom trenutku trebala bi biti između 807 Hz i 1210 Hz.
Tako se brzina motora mijenja sa 1410Hz u koracima od 2Hz na 1064Hz, a zatim se vraća unatrag. Podsjećamo, normalna radna frekvencija u ovom trenutku održavana je između 807 Hz i 1210 Hz.
Na osnovu ovoga semantika zaključuje:
Stoga Stuxnet sabotira sistem usporavajući ili ubrzavajući motor na različite brzine u različito vrijeme
(Dakle, Stuxnet sabotira sistem usporavajući ili ubrzavajući motor na različite brzine u različito vrijeme.)
Za moderne programere koji poznaju fiziku i elektrotehniku samo u svesku srednje škole, to je vjerovatno dovoljno, ali za kompetentnije stručnjake takvo objašnjenje nije dosljedno. Promjena brzine rotacije rotora centrifuge unutar dopuštenog raspona i kratkotrajno prekoračenje radne frekvencije za 200 Hz (oko 15%) od nominalne vrijednosti samo po sebi ne može dovesti do velikih kvarova opreme.
Neki tehnički detalji
Ovako izgleda kaskada plinskih centrifuga za proizvodnju obogaćenog urana:
U tvornicama za obogaćivanje urana postoji desetine takvih kaskada, ukupan broj centrifuga prelazi 20-30 tisuća …
Sama centrifuga je prilično jednostavan uređaj u dizajnu, evo njenog shematskog crteža:
Ali ova konstruktivna jednostavnost vara, činjenica je da se rotor takve centrifuge, dugačke oko dva metra, okreće brzinom od oko 50.000 o / min. Balansiranje rotora složene prostorne konfiguracije, dužine gotovo dva metra, vrlo je težak zadatak.
Osim toga, potrebne su posebne metode ovjesa rotora u ležajevima; za to se koriste posebni fleksibilni igličasti ležajevi, zajedno sa složenim samonaravnavajućim magnetskim ovjesom.
Zbog pouzdanosti plinskih centrifuga, glavni problem je rezonancija mehaničke strukture, koja je povezana s određenim brzinama rotacije rotora. Plinske centrifuge su čak kategorizirane na ovoj osnovi. Centrifuga koja radi brzinom rotora iznad rezonantne naziva se superkritična, ispod - podkritična.
Nemojte misliti da je brzina rotora frekvencija mehaničke rezonance. Ništa slično, mehanička rezonancija nije povezana sa brzinom rotacije rotora centrifuge kroz vrlo složene odnose. Rezonantna frekvencija i brzina rotora mogu se razlikovati za red veličine.
Na primjer, tipično rezonantno područje centrifuge je frekvencija u rasponu od 10Hz-100Hz, dok je brzina rotora 40-50 hiljada o / min. Osim toga, rezonantna frekvencija nije fiksni parametar, već plutajući, ovisi o trenutnom načinu rada centrifuge (sastav, gustoća temperature plina na prvom mjestu) i zazoru u strukturi ovjesa rotora.
Glavni zadatak programera opreme je spriječiti rad centrifuge u načinima povećanih vibracija (rezonancija); u tu svrhu automatski sustavi za blokiranje u slučaju nužde za razinu vibracija (mjerači naprezanja) rade pri brzinama rotora uzrokujući rezonanciju mehaničke strukture (tahometri), povećana strujna opterećenja motora (strujna zaštita).
Sistemi za slučaj opasnosti nikada se ne kombiniraju s opremom odgovornom za normalan rad instalacije, oni su zasebni, obično vrlo jednostavni elektromehanički sustavi za prekid rada (jednostavno prekidači za slučaj nužde). Dakle, ne možete ih programski onemogućiti i ponovno konfigurirati.
Kolege iz SAD -a i Izraela morali su riješiti potpuno netrivijalni zadatak, - uništite centrifugu bez pokretanja sigurnosne automatike.
A sada o nepoznatom kako je to učinjeno
Uz laku ruku prevodilaca naučnog centra "NAUTSILUS", koji su preveli istraživanje stručnjaka Symantika na ruski, mnogi stručnjaci koji nisu čitali izvještaj Symantika u originalu imali su mišljenje da je nesreću uzrokovao radni napon frekvencija smanjena na 2Hz do elektromotora centrifuge.
To nije slučaj, točan prijevod dat je na početku teksta članka.
U principu, nemoguće je smanjiti frekvenciju napona napajanja indukcijskog motora velike brzine na 2Hz. Čak će i kratkotrajno napajanje namotaja tako niske frekvencije uzrokovati kratki spoj u namotima i pokrenuti strujnu zaštitu.
Sve je urađeno mnogo pametnije.
Metoda pobude rezonancije u elektromehaničkim sustavima opisana u nastavku mogla bi tvrditi da je nova, i smatram se njezinim autorom, ali su je najvjerojatnije već koristili autori virusa Stuxnet, pa, nažalost, ostaje samo plagirati…
Pa ipak, objašnjavam na prstima, istovremeno izvodeći obrazovni program o osnovama fizike. Zamislite ogroman teret, recimo tonu, koji visi na kabelu, recimo dugačkom 10 metara. Dobili smo najjednostavnije klatno sa vlastitom rezonantnom frekvencijom.
Pretpostavimo dalje da ga želite zamahnuti malim prstom, uloživši napor od 1 kg. Jedan pokušaj neće proizvesti vidljive rezultate.
To znači da ga morate više puta gurati, primjenjujući napor od 1 kg, recimo 1000 puta, tada možemo pretpostaviti da će takav višestruki napor biti ekvivalentan ukupno jednoj primjeni napora po toni, to je prilično dovoljno da se zamahne takvim klatnom.
I tako, mijenjamo taktiku i počinjemo neprestano gurati suspendirani teret malim prstom, svaki put ulažući napor od 1 kg. Nećemo opet uspjeti, jer ne poznajemo fiziku …
A kad bi znali, prvo bi izračunali period osciliranja klatna (težina je apsolutno nevažna, ovjes je 10 metara, sila gravitacije 1 g) i počeli bi gurati teret s ovim prstom malim prstom. Formula je dobro poznata:
Za 10-20 minuta ovo klatno teško tone zamahnulo bi tako da "mama ne plače".
Štoviše, nije potrebno prstom pritiskati svaku kvalitetu njihala; to se može učiniti jednom, ili dvaput, pa čak i nakon stotinu oscilacija klatna. Samo će se vrijeme nakupljanja proporcionalno povećavati, ali će se učinak nakupljanja u potpunosti očuvati.
Pa ipak, iznenadit ću ljude koji poznaju fiziku i matematiku u obimu srednje škole (nivo znanja tipičnog modernog programera), period osciliranja takvog klatna ne ovisi o amplitudi oscilacija, zamahnite je za milimetar ili metar od tačke mirovanja, period oscilovanja i, shodno tome, frekvencija oscilovanja klatna će biti konstantna.
Svaka prostorna struktura nema čak jednu, već nekoliko rezonantnih frekvencija; u stvari, u njoj postoji nekoliko takvih klatna. Gasne centrifuge, zbog svojih tehničkih karakteristika, imaju takozvanu glavnu rezonantnu frekvenciju visokog faktora kvaliteta (efikasno akumuliraju energiju vibracija).
Ostaje samo zamahnuti plinsku centrifugu prstom na rezonantnoj frekvenciji. To je šala, naravno, ako postoji elektromotor sa automatskim sistemom upravljanja, isto se može učiniti mnogo neprimjetno.
Da biste to učinili, morate povećati / smanjiti brzinu elektromotora u trzajima (kao što je to učinio virus, na 2 Hz) i izdati ove trzaje rezonantnom frekvencijom mehaničke strukture centrifuge.
Drugim riječima, potrebno je opskrbiti motor frekvencijom mehaničke rezonancije pomoću pretvarača frekvencijskog napona s promjenjivom frekvencijom. Moment sile koji se javlja u motoru kada se učestalost promjene napona napajanja prenese na kućište s frekvencijom mehaničke rezonance i postupno će rezonantne oscilacije doseći razinu na kojoj će se instalacija početi rušiti
Fluktuacije frekvencije blizu određene prosječne vrijednosti nazivaju se "otkucaji", ovo je standardni učinak bilo kojeg pretvarača frekvencije, frekvencija, kako kažu, "hoda" u određenim granicama, obično ne više od desetina posto nominalnog. Saboteri su se maskirali u ove prirodne otkucaje frekvencije, vlastite, umjetno uvedene, modulaciju frekvencije elektromotora i sinkronizirali je s frekvencijom mehaničke rezonance prostorne strukture centrifuge.
Neću više ulaziti u temu, u protivnom će me optužiti da pišem korak po korak upute za diverzante. Stoga ću izvan rasprave ostaviti pitanje pronalaženja rezonantne frekvencije za određenu centrifugu (to je individualno za svaku centrifugu). Iz istog razloga neću opisivati metodu "finog" podešavanja, kada je potrebno balansirati na rubu pokretanja zaštite u nuždi od vibracija.
Ovi se zadaci rješavaju pomoću softverski dostupnih osjetnika struje izlaznog napona instaliranih u pretvaračima frekvencije. Vjerujte mi na riječ - ovo je sasvim ostvarivo, to su samo algoritmi.
Opet o nesreći u Sayano-Shushenskaya HE
U prethodnom članku, postavljena je hipoteza da je nesreća u hidroelektrani uzrokovana na isti način (metodom rezonance) kao i u postrojenju za obogaćivanje uranijuma u Iranu, koristeći poseban softver.
To naravno ne znači da je tu i tamo djelovao isti Stuxnet virus, naravno da nije. Djelovao je isti fizički princip uništavanja objekata - umjetno izazvana rezonancija mehaničke strukture.
Prisutnost rezonance ukazuje prisutnost odvrnutih matica za pričvršćivanje poklopca turbine i očitanja jedinog senzora aksijalnih vibracija koji je radio u vrijeme nesreće.
Uzimajući u obzir podudarnost vremena i uzroka nesreće HE sa činjenicom sabotaže u iranskom postrojenju za obogaćivanje urana, sistem za kontinuiranu kontrolu vibracija isključen je u vrijeme nesreće, rad jedinice pod kontrolom sistem automatskog upravljanja turbinskim agregatom, može se pretpostaviti da rezonancija nije slučajna pojava, već da ju je stvorio čovjek.
Ako je ova pretpostavka točna, tada je, za razliku od situacije s plinskim centrifugama, zadatak uništavanja turbinske jedinice zahtijevao ručnu intervenciju. Oprema dostupna u HE nije dozvoljavala softveru za sabotažu da automatski detektuje pojedinačnu rezonantnu frekvenciju, a zatim zadrži vibracije u režimu za hitne slučajeve bez aktiviranja senzora za hitne slučajeve.
U hidroelektrani rad diverzantskog softvera zahtijevao je upotrebu "ljudskog faktora". Netko je nekako morao isključiti poslužitelj za kontrolu vibracija, a prije toga je programerima softvera za sabotažu prenio parametre rezonancija određenog turbinskog agregata, koji su uklonjeni s njega šest mjeseci prije nesreće tijekom planirane popravke.
Ostalo je stvar tehnike.
Ne morate misliti da se rezonancija dogodila u samom tijelu rotora turbine, naravno da nije. Nastala je rezonancija sloja vode, zasićene elastičnim kavitacijskim šupljinama, smještenom između rotora turbine i vodilica.
Na pojednostavljen način, možemo zamisliti takvu analogiju, pri dnu se nalazi izvor napravljen od kavitacijskih šupljina između rotora turbine i lopatica vodećih lopatica, a ovaj izvor podržava stub vode visok stotinu metara. Pokazalo se idealno oscilatorno kolo. Zakretanje takvog klatna vrlo je stvaran zadatak.
To je zbog ove rezonancije SVE lopatice vodećih lopatica slomljene su, i to ne mehanički, od udara, već slomljene dinamičkim opterećenjem. Evo fotografija ovih slomljenih oštrica, na njihovim površinama nema tragova mehaničkih udara:
Slomljene lopatice vodećih lopatica blokirale su odvodnu rupu turbine i zbog ove nepredviđene okolnosti nesreća je počela da se razvija u katastrofu.
Rotor turbine podsjećao je na propeler supertankera i počeo se okretati u "zatvorenoj limenci vode" mase jedne i pol tisuće tona i brzine rotacije 150 o / min. U radnom području turbine stvoren je takav nadpritisak vode da se poklopac otkinuo, a sama turbina je, prema riječima očevidaca, zajedno s rotorom generatora (kolosa od 1.500 tona) odletjela do plafon hale turbina.
Ono što je svima dalje bilo poznato.
