Libor DRAŽAN Katedra radiolokace Fakulta vojenských technologií Univerzita obrany

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

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

3. 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 )

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

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

6. 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 trvalépoškození elektronických obvodů • Důsledkem jsou výpadky činnosti celých systémů • Elektromagnetické zbraně patří do kategorie neletálních zbraní –snížené smrtící účinky

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

8. 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

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

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

11. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Klasifikace podle způsobu akumulace energie Kapacitní akumulace energie

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

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

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

15. 2 1 3 4 • Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Klasifikace podle způsobu akumulace energie Magnetokumulativní generátor – střední výkon

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

17. 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 )

18. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Klasifikace podle šířky pásma generovaného signálu

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

20. 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)

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

22. 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

23. 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

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

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

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

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

28. 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,

29. 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

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

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

32. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Klasifikace podle charakteru nosiče Stacionární

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

34. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Klasifikace podle charakteru nosiče Mobilní

35. 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

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

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

38. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Klasifikace podle charakteru nosiče Elektromagnetická munice • Optimalizace z hlediska hmotnosti a rozměrů • Zdroj impulsů vysokého napětímagnetokumulativní 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

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

40. 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

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

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

43. 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 přeselektrické 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

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

45. Možnosti bojového použití elektromagnetických zbraní • Charakter cíle Odolnost cíle proti účinkům elektromagnetických zbraní

46. 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

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

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

49. 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

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