Ito ang ikalawang artikulo sa paksa ng paggamit ng mga resonance upang sirain ang mga pisikal na bagay.
Ang unang artikulong "Ang Russian footprint ng Stuxnet virus" ay pambungad at inilaan para sa isang malawak na madla ng lay.
Panahon na upang maging pamilyar sa pamamaraang ito nang detalyado, at una, panoorin ang video na may isang visual na halimbawa ng taginting, pagkatapos nito sa palagay ko ang paksa ng artikulo ay magiging mas malinaw, sapagkat mas mahusay na makita nang isang beses kaysa basahin ang isang daang beses…
Narito ang isang video:
Narito ang isa pa:
Kaya't pakitunguhan ang respeto nang may paggalang.
Kaya sikat, hindi alam ng Stuxnet
Ang bantog sa mundo na Stuxnet virus ay sa ngayon ay naging isang uri ng kwento ng panginginig sa takot, alam ng lahat ang tungkol dito, ngunit walang ganap na nakakaunawa kung paano niya nagawang lihim na sirain ang mga centrifuges para sa pagpapayaman ng uranium sa loob ng dalawang taon. Ito ay hindi kahit na sabotahe, ngunit isang mas sopistikadong pamamaraan ng pagsabotahe - pagsabotahe.
Isipin lamang sa loob ng dalawang taon, daan-daang mga centrifuges ang patuloy na nasisira, ang lahat ng mga iskedyul ng produksyon ay nagagambala, ang mga espesyalista ay tinatawag na "sa kanilang tainga" at hindi maaaring gumawa ng kahit ano hanggang sa dumating ang isang mensahe mula sa Belarus tungkol sa pagtuklas ng isang virus, ang ang pagkarga ng labanan na kung saan ay ang mga module ng pag-update ng panloob na software para sa pang-industriya na awtomatiko mula sa Siemens.
Kasunod, ang virus na ito ay pinangalanang Stuxnet. Nalaman namin ang ginamit na pamamaraan ng impeksyon, kasama ang mga pamamaraan ng pagtagos nito sa antas ng kernel, at ang paraan ng pag-crack ng proteksyon ng password ng mga kontrolado ng Simatic S7 sa lokal na network. May naintindihan kami mula sa ginagawa ng na-update na virus na firmware ng centrifuge group controller.
Ngunit wala pang naipaliwanag ang pisikal na pamamaraan ng hindi pagpapagana ng kagamitan sa gawaing ito ng pagsabotahe. Samakatuwid, kami mismo ay susubukan na malaman ang pinakamahalagang bugtong na ito.
Ano ang nalalaman natin
Narito ang Simatic S7 controller na ito na binuo kasama ang mga peripheral module.
Ang yunit ng microprocessor mismo ay isang kahon na may asul na susi, lahat ng iba pa ay mga peripheral. Ang software ng microcontroller (isang espesyal na wika ng interpreter ng STEP 7 ay ginagamit) ay matatagpuan sa panloob na memorya ng flash. Ang pag-update ng software at firmware ng controller mismo ay nangyayari sa pamamagitan ng network, o pisikal, sa pamamagitan ng isang naaalis na flash drive. Ang mga nasabing taga-kontrol ay mga kagamitang pangkontrol ng pangkat para sa 31 gas centrifuges nang sabay-sabay.
Ngunit direkta nilang sinira ang mga centrifuges sa pamamagitan ng iba pang mga aparato, - isang converter ng dalas para sa pagpapatakbo ng isang de-kuryenteng motor, humigit-kumulang sa mga sumusunod:
Ganito ang hitsura ng mga converter ng dalas (mga converter) para sa mga asynchronous na de-kuryenteng motor na may iba't ibang mga kapangyarihan. Ang pangalan ay nagpapahiwatig ng pagganap na layunin ng aparatong ito, binabago nito ang boltahe ng isang karaniwang network (tatlong mga phase 360V) sa isang tatlong-phase boltahe ng isang iba't ibang dalas at isang iba't ibang mga rating. Ang conversion ng boltahe ay kinokontrol ng mga signal mula sa network, o manu-manong itinatakda mula sa control panel.
Ang isang Simatic S7 controller ay agad na kinontrol ang isang pangkat (31 mga aparato) ng mga converter ng dalas, ayon sa pagkakabanggit, ito ay isang control unit ng pangkat para sa 31 centrifuges.
Tulad ng nalaman ng mga dalubhasa, ang Semantics ng group control controller software ay mabago ng Stuxnet virus, at isinasaalang-alang nila ang pagbibigay ng mga utos ng control ng pangkat sa mga converter ng dalas ng binagong software ng Simatic S7 controller bilang direktang sanhi ng mga pagkasira ng centrifuge.
Ang software ng control device na binago ng virus ay binago ang dalas ng pagpapatakbo ng bawat converter ng dalas ng 15 minuto nang isang beses sa isang limang oras na agwat, at, nang naaayon, ang bilis ng pag-ikot ng centrifuge electric motor na nakakonekta dito.
Ganito ito inilarawan sa isang pag-aaral ng Semantic:
Kaya, ang bilis ng motor ay binago mula 1410Hz hanggang 2Hz hanggang 1064Hz at pagkatapos ay muli. Alalahanin ang normal na dalas ng operating sa oras na ito ay dapat na nasa pagitan ng 807 Hz at 1210 Hz.
Kaya't ang bilis ng motor ay nagbabago mula 1410Hz sa 2Hz na mga hakbang patungo sa 1064Hz at pagkatapos ay babalik sa likod. Bilang paalala, ang normal na dalas ng operating sa oras na ito ay napanatili sa pagitan ng 807 Hz at 1210 Hz.
At ang Semantic ay nagtatapos sa batayan nito:
Kaya, sinasabotahe ng Stuxnet ang system sa pamamagitan ng pagbagal o pagpapabilis ng motor sa iba't ibang mga rate sa iba't ibang oras
(Sa gayon, sinasabotahe ng Stuxnet ang system sa pamamagitan ng pagbagal o pagpapabilis ng makina sa iba't ibang mga bilis sa iba't ibang oras.)
Para sa mga modernong programmer na alam lamang ang physics at electrical engineering sa dami ng pangalawang paaralan, ito ay marahil ay sapat na, ngunit para sa mas may kakayahang mga dalubhasa tulad ng isang paliwanag ay hindi pare-pareho. Ang isang pagbabago sa bilis ng pag-ikot ng centrifuge rotor sa loob ng pinahihintulutang saklaw at isang panandaliang labis ng dalas ng operating ng 200 Hz (mga 15%) mula sa nominal na halaga sa mismong ito ay hindi maaaring humantong sa napakalaking pagkasira ng kagamitan.
Ang ilang mga teknikal na detalye
Ganito ang hitsura ng isang cascade ng gas centrifuges para sa paggawa ng enriched uranium:
Mayroong dose-dosenang mga naturang cascade sa mga pabrika ng pagpapayaman ng uranium, ang kabuuang bilang ng mga centrifuges ay lumampas sa 20-30 libo …
Ang centrifuge mismo ay isang simpleng aparato sa disenyo, narito ang eskematiko na pagguhit:
Ngunit ang nakabubuo na pagiging simple na ito ay nagdaraya, ang totoo ay ang rotor ng naturang isang centrifuge, mga dalawang metro ang haba, ay umiikot sa bilis na halos 50,000 rpm. Ang pagbabalanse ng isang rotor na may isang kumplikadong spatial configure, halos dalawang metro ang haba, ay isang napakahirap na gawain.
Bilang karagdagan, kinakailangan ang mga espesyal na pamamaraan ng suspensyon ng rotor sa mga bearings; para dito, ginagamit ang mga espesyal na kakayahang umangkop na mga bearings ng karayom, kumpleto sa isang kumplikadong self-aligning na magnetikong suspensyon.
Para sa pagiging maaasahan ng mga centrifuges ng gas, ang pangunahing problema ay ang taginting ng istrakturang mekanikal, na nauugnay sa ilang mga bilis ng pag-ikot ng rotor. Ang mga centrifuges ng gas ay naiuri pa sa batayan na ito. Ang isang centrifuge na tumatakbo sa isang bilis ng rotor sa itaas ng isang resonant ay tinatawag na supercritical, sa ibaba - subcritical.
Huwag isipin na ang bilis ng rotor ay ang dalas ng mechanical resonance. Wala sa uri, ang mekanikal na resonance ay nauugnay sa bilis ng pag-ikot ng centrifuge rotor sa pamamagitan ng napaka-kumplikadong mga relasyon. Ang dalas ng resonance at bilis ng rotor ay maaaring magkakaiba sa pamamagitan ng isang order ng magnitude.
Halimbawa, ang isang tipikal na lugar ng resonance ng isang centrifuge ay isang dalas sa saklaw na 10Hz-100Hz, habang ang bilis ng rotor ay 40-50 libong rpm. Bilang karagdagan, ang dalas ng resonance ay hindi isang nakapirming parameter, ngunit isang lumulutang, depende ito sa kasalukuyang operating mode ng centrifuge (komposisyon, density ng temperatura ng gas sa unang lugar) at backlash sa istraktura ng suspensyon ng rotor.
Ang pangunahing gawain ng tagabuo ng kagamitan ay upang maiwasan ang centrifuge mula sa pagpapatakbo sa mga mode ng mas mataas na panginginig (resonances); para dito, awtomatikong pag-block ng mga emergency system para sa antas ng panginginig ng boses (mga gauge ng pagsukat), pagpapatakbo sa bilis ng rotor na sanhi ng resonance ng mekanikal na istraktura (tachometers), nadagdagan ang kasalukuyang mga karga ng motor (kasalukuyang proteksyon).
Ang mga emergency system ay hindi pinagsama sa kagamitan na responsable para sa normal na pagpapatakbo ng pag-install, magkahiwalay ang mga ito, kadalasang napaka-simpleng mga electromekanical system para sa pagpapahinto ng trabaho (simpleng mga switch sa emergency). Kaya't hindi mo maaaring hindi paganahin ng programal at i-configure muli ang mga ito.
Ang mga kasamahan mula sa USA at Israel ay kailangang malutas ang isang ganap na hindi gaanong gawain, - sirain ang centrifuge nang hindi nagpapalitaw ng mga awtomatiko sa kaligtasan.
At ngayon tungkol sa hindi alam kung paano ito ginawa
Gamit ang magaan na kamay ng mga tagasalin ng siyentipikong sentro na "NAUTSILUS", na isinalin ang pananaliksik ng mga dalubhasa sa Symantik sa Ruso, maraming mga dalubhasa na hindi nabasa ang ulat ng Symantik sa orihinal na may opinyon na ang aksidente ay sanhi ng operating voltage dalas nabawasan sa 2Hz sa centrifuge electric motor.
Hindi ito ang kaso, ang tamang pagsasalin ay ibinibigay sa simula ng teksto ng artikulo.
At sa prinsipyo, imposibleng bawasan ang dalas ng boltahe ng suplay ng isang high-speed induction motor sa 2Hz. Kahit na ang isang panandaliang supply ng tulad ng isang mababang dalas ng boltahe sa mga windings ay magiging sanhi ng isang maikling circuit sa paikot-ikot at mag-trigger ng kasalukuyang proteksyon.
Lahat ay nagawa nang mas matalino.
Ang pamamaraan ng paggulo ng resonance sa mga electromekanical system na inilarawan sa ibaba ay maaaring iangkin na bago, at isinasaalang-alang ako ang may-akda nito, ngunit malamang na ginamit na ito ng mga may-akda ng Stuxnet virus, kaya, aba, nananatili lamang ito upang maisalsal…
At gayunpaman, ipinapaliwanag ko sa aking mga daliri, nang sabay na nagsasagawa ng isang pang-edukasyon na programa sa mga pangunahing kaalaman sa pisika. Mag-isip ng isang napakalaking pagkarga, sabihin ang isang tonelada, nakabitin sa isang cable, sabihin nating 10 metro ang haba. Nakuha namin ang pinakasimpleng palawit na may sariling resonant frequency.
Ipagpalagay na gusto mong i-swing ito gamit ang iyong maliit na daliri, maglapat ng pagsisikap na 1 kg. Ang isang solong pagtatangka ay hindi magbubunga ng nakikitang resulta.
Nangangahulugan ito na kailangan mong itulak ito nang paulit-ulit, paglalagay ng isang pagsisikap na 1 kg dito, sabihin ng 1000 beses, pagkatapos ay maaari nating ipalagay na ang gayong maramihang pagsisikap ay katumbas sa kabuuan sa isang solong aplikasyon ng isang pagsisikap bawat tonelada, ito ay lubos sapat na upang ugoy tulad ng isang pendulum.
At sa gayon, binabago namin ang mga taktika, at nagsisimula kaming paulit-ulit na itulak ang nasuspindeng pagkarga sa aming maliit na daliri, sa tuwing naglalapat ng isang pagsisikap na 1 kg. Hindi na tayo magtatagumpay, dahil hindi namin alam ang physics …
At kung alam nila, pagkatapos ay kakalkula muna nila ang panahon ng pag-oscillation ng pendulum (ang bigat ay walang importansiya, ang suspensyon ay 10 metro, ang puwersa ng gravity ay 1g) at nagsimulang itulak ang karga sa panahong ito gamit ang maliit na daliri. Kilalang kilala ang pormula:
Sa loob ng 10-20 minuto, ang pendulo na ito na may timbang na isang tonelada ay sasayaw upang ang "mama ay hindi umiyak."
Bukod dito, hindi kinakailangan na pindutin gamit ang maliit na daliri sa bawat kalidad ng pendulo; magagawa ito isang beses, o dalawang beses, at kahit na pagkatapos ng daang oscillations ng pendulum. Ito ay lamang na ang oras ng pagbuo ay tataas nang proporsyonal, ngunit ang epekto ng pagbuo ay ganap na mapangalagaan.
Gayunpaman, sorpresahin ko ang mga taong nakakaalam ng pisika at matematika sa dami ng pangalawang paaralan (ang antas ng kaalaman ng isang karaniwang modernong programmer), ang panahon ng pag-oscillation ng naturang pendulum ay hindi nakasalalay sa amplitude ng oscillation, i-swing ito ng isang millimeter o isang metro mula sa rest point, ang oscillation period at, nang naaayon, ang dalas ng oscillation ng pendulum ay magiging pare-pareho.
Ang anumang istrakturang spatial ay wala kahit isa, ngunit maraming mga resonant frequency; sa katunayan, maraming mga tulad pendulo dito. Ang mga centrifuges ng gas, dahil sa kanilang mga teknikal na tampok, ay may tinaguriang pangunahing resonant frequency ng mataas na kalidad na kadahilanan (mabisa nilang naipon ang enerhiya ng panginginig ng boses).
Nananatili lamang ito upang itoy ang gas centrifuge gamit ang isang daliri sa dalas ng dalas. Ito ay isang biro, siyempre, kung mayroong isang de-kuryenteng motor na may isang awtomatikong sistema ng kontrol, kung gayon ang pareho ay maaaring magawa nang higit na hindi nahahalata.
Upang magawa ito, kailangan mong dagdagan / bawasan ang bilis ng de-kuryenteng motor sa mga halik (tulad ng ginawa ng virus, sa 2 Hz) at i-isyu ang mga halik na ito sa dalas ng resonance ng mekanikal na istraktura ng centrifuge.
Sa madaling salita, kinakailangang ibigay sa motor ang dalas ng mekanikal na resonance gamit ang isang converter ng frequency voltage na may variable frequency. Ang sandali ng lakas na nagaganap sa motor kapag ang dalas ng mga pagbabago ng boltahe ng suplay ay ililipat sa pabahay na may dalas ng mekanikal na resonance at unti-unting maaabot ng mga resonant oscillation ang isang antas kung saan magsisimulang magiba ang pag-install
Ang mga pagbabagu-bago ng dalas na malapit sa isang tiyak na average na halaga ay tinatawag na "beats", ito ay isang karaniwang epekto ng anumang converter ng dalas, ang dalas, tulad ng sinasabi nila, "naglalakad" sa loob ng ilang mga limitasyon, karaniwang hindi hihigit sa mga ikasampu ng isang porsyento ng nominal. Ang mga saboteur ay nagkubli bilang mga natural na beats na ito ng dalas, ang kanilang sarili, artipisyal na ipinakilala, pagbabago ng dalas ng motor na de koryente at isinabay ito sa dalas ng mekanikal na taginting ng spatial na istraktura ng centrifuge.
Hindi na ako pupunta sa paksa, kung hindi man ay aakusahan ako ng pagsusulat ng mga sunud-sunod na tagubilin para sa mga saboteur. Samakatuwid, sa labas ng talakayan, iiwan ko ang tanong ng paghahanap ng resonant frequency para sa isang partikular na centrifuge (indibidwal ito para sa bawat centrifuge). Para sa parehong dahilan, hindi ko ilalarawan ang pamamaraan ng "maayos" na pagsasaayos, kung kinakailangan na balansehin sa gilid ng pag-trigger ng proteksyon ng emerhensiya laban sa mga panginginig.
Ang mga gawaing ito ay nalulutas sa pamamagitan ng software na magagamit na kasalukuyang boltahe ng output na naka-install sa mga converter ng dalas. Dalhin ang aking salita para dito - ito ay lubos na maisasakatuparan, ang mga algorithm lamang.
Muli tungkol sa aksidente sa Sayano-Shushenskaya HPP
Sa nakaraang artikulo, naisip na ang aksidente sa hydroelectric power station ay sanhi ng parehong paraan (ng paraan ng resonance) tulad ng sa isang uranium enrichment plant sa Iran, na gumagamit ng espesyal na software.
Hindi ito nangangahulugan, syempre, na ang parehong Stuxnet virus ay tumatakbo dito at doon, syempre hindi. Ang parehong pisikal na prinsipyo ng pagkawasak ng bagay ay nagtrabaho - isang artipisyal na sapilitan taginting ng isang istrakturang mekanikal.
Ang pagkakaroon ng taginting ay ipinahiwatig ng pagkakaroon ng mga unscrewed nut para sa pangkabit ng takip ng turbine at ang mga pagbasa ng tanging sensor ng axial vibration na gumagana sa oras ng aksidente.
Isinasaalang-alang ang pagkakataon ng oras at mga sanhi ng aksidente sa HPP sa katotohanan ng pagsabotahe sa Iranian uranium enrichment plant, ang tuloy-tuloy na sistema ng kontrol ng panginginig ay naka-off sa oras ng aksidente, ang pagpapatakbo ng yunit sa ilalim ng kontrol ng awtomatikong sistema ng kontrol ng yunit ng turbine, maipapalagay na ang resonance ay hindi isang hindi sinasadyang kababalaghan, ngunit isang gawa ng tao.
Kung ang palagay na ito ay tama, kung gayon, hindi katulad ng sitwasyon na may gas centrifuges, ang gawain ng pagwasak sa turbine unit ay nangangailangan ng manu-manong interbensyon. Ang kagamitan na magagamit sa HPP ay hindi pinapayagan ang software ng pagsabotahe na awtomatikong makita ang indibidwal na dalas ng resonance at pagkatapos ay panatilihin ang mga panginginig sa loob ng emergency mode nang hindi nag-aalit ng mga emergency sensor.
Sa hydroelectric power station, ang gawain ng pagsabotahe ng software ay kinakailangan ng paggamit ng "human factor". Ang isang tao sa paanuman ay kailangang patayin ang server ng kontrol ng panginginig ng boses, at bago ang paglipat sa mga tagabuo ng software ng pagsabotahe ng mga parameter ng mga resonance ng isang partikular na yunit ng turbine, na tinanggal mula rito anim na buwan bago ang aksidente sa isang nakaiskedyul na pagkumpuni.
Ang natitira ay isang bagay ng diskarteng.
Hindi na kailangang isipin na ang taginting ay naganap sa mismong katawan ng turbine rotor, syempre hindi. Ang resonance ng layer ng tubig, puspos ng nababanat na mga cavity ng cavitation, na matatagpuan sa pagitan ng turbine rotor at ng mga gabay na vanes, ay sanhi.
Sa isang pinasimple na paraan, maiisip ng isang tao ang ganoong pagkakatulad, sa ilalim ay may bukal na gawa sa mga cavitation cavity sa pagitan ng turbine rotor at mga talim ng mga gabay na van, at ang tagsibol na ito ay sinusuportahan ng isang haligi ng tubig na may taas na daang metro. Ito ay naging isang perpektong oscillatory circuit. Ang pag-indayog ng tulad ng isang pendulum system ay isang tunay na gawain.
Ito ay dahil sa taginting na ito LAHAT ang mga talim ng mga van ng gabay ay nasira, at hindi sa mekanikal, mula sa mga epekto, ngunit nasira ng isang pabagu-bagong load. Narito ang isang larawan ng mga sirang blades na ito, walang mga bakas ng mekanikal na pagkabigla sa kanilang mga ibabaw:
Ang mga sirang blades ng mga gabay na vanes ay humarang sa butas ng kanal ng turbine, at mula sa hindi inaasahang pangyayaring ito ay nagsimulang maging isang sakuna ang aksidente.
Ang rotor ng turbine ay kahawig ng isang supertanker propeller, at nagsimulang paikutin sa isang "saradong lata ng tubig" na may bigat na isa't kalahating libong tonelada at isang bilis ng pag-ikot na 150 rpm. Sa lugar na pinagtatrabahuhan ng turbine, nilikha ang sobrang labis na tubig na ang takip ay napunit, at ang turbine mismo, ayon sa mga nakasaksi, kasama ang rotor ng generator (isang colossus na 1,500 tonelada) ay lumipad hanggang sa ang kisame ng turbine hall.
Ano pa ang nalalaman ng lahat.
