Бұл физикалық объектілерді жою үшін резонансты қолдану тақырыбындағы екінші мақала.
«Stuxnet вирусының орыс ізі» бірінші мақаласы кіріспе болды және кең аудиторияға арналған.
Бұл әдіспен егжей -тегжейлі танысатын уақыт келді, және алдымен резонанстың көрнекі мысалы бар бейнені қараңыз, содан кейін менің ойымша, мақаланың тақырыбы түсінікті болады деп ойлаймын, өйткені жүз рет оқығаннан бір рет көрген жақсы…
Міне, бейне:
Міне басқа:
Сондықтан резонансқа құрметпен қараңыз.
Stuxnet -ке белгісіз, әйгілі
Әлемге әйгілі Stuxnet вирусы қорқынышты оқиғаға айналды, бұл туралы бәрі біледі, бірақ оның уран байыту үшін центрифугаларды екі жыл бойы жасырын түрде қалай жойғанын ешкім толық түсінбейді. Бұл тіпті диверсия емес, диверсияның неғұрлым күрделі әдісі - диверсия.
Екі жыл ішінде ойланыңыз, жүздеген центрифугалар үнемі бұзылады, өндірістің барлық кестелері бұзылады, мамандарды «құлағына» шақырады және Беларусьтен вирустың анықталғаны туралы хабарлама келмейінше ештеңе істей алмайды. жауынгерлік жүктеме Siemens өнеркәсіптік автоматтандыруға арналған ішкі бағдарламалық қамтамасыз етуді жаңарту модульдері болды.
Кейіннен бұл вирус Stuxnet деп аталды. Біз ядро деңгейіне ену әдістерімен және жергілікті желіде Simatic S7 контроллерлерінің парольдік қорғанысын бұзу әдісімен қолданылатын инфекция әдісін анықтадық. Біз центрифуга тобының контроллерінің вирус жаңартылған бағдарламалық жасақтамасынан не істейтінін түсіндік.
Бірақ бұл диверсиялық әрекетте жабдықты өшірудің физикалық әдісін әлі ешкім түсіндірген жоқ. Сондықтан біз ең маңызды жұмбақты шешуге тырысамыз.
Біз не білеміз
Міне, перифериялық модульдермен жинақталған Simatic S7 контроллері:
Микропроцессорлық блоктың өзі көк пернесі бар қорап, қалғандары перифериялық құрылғылар. Микроконтроллердің бағдарламалық қамтамасыз етуі (арнайы STEP 7 интерпретатор тілі қолданылады) ішкі флэш -жадыда орналасқан. Бағдарламалық қамтамасыз ету мен контроллердің микробағдарламасын жаңарту желі арқылы немесе физикалық түрде алынбалы флэш -диск арқылы жүзеге асады. Мұндай контроллерлер бірден 31 газ центрифугасының топтық басқару құрылғылары болды.
Бірақ олар центрифугаларды басқа құрылғылар арқылы, яғни электр қозғалтқышты басқаруға арналған жиілік түрлендіргіші арқылы, шамамен келесідей бұзды:
Әр түрлі қуаттағы асинхронды электр қозғалтқыштары үшін жиілік түрлендіргіштер (түрлендіргіштер) осылай көрінеді. Атау бұл құрылғының функционалды мақсатын білдіреді, ол стандартты желінің кернеуін (үш фазалы 360В) басқа жиіліктегі және басқа рейтингідегі үш фазалы кернеуге түрлендіреді. Кернеуді түрлендіру желіден келетін сигналдармен басқарылады немесе басқару тақтасынан қолмен орнатылады.
Бір Simatic S7 контроллері жиілікті түрлендіргіштердің тобын (31 құрылғы) дереу басқарды, тиісінше бұл 31 центрифуганың топтық басқару блогы болды.
Мамандар анықтағандай, топтық бақылау контроллері бағдарламалық жасақтамасының семантикасы Stuxnet вирусының әсерінен қатты өзгертілген және олар центрифуганың бұзылуының тікелей себебі ретінде Simatic S7 контроллерінің модификацияланған бағдарламалық жасақтамасы арқылы жиілік түрлендіргіштеріне топтық басқару командаларын беруді қарастырған..
Вирус модификациялаған басқару құрылғысының бағдарламалық жасақтамасы жиілік түрлендіргіштің жұмыс жиілігін бес сағаттық аралықта бір рет 15 минутқа, сәйкесінше оған қосылған центрифуга электр қозғалтқышының айналу жиілігін өзгертті.
Бұл семантикалық зерттеуде былай суреттелген:
Осылайша, қозғалтқыштың жылдамдығы 1410 Гц -тен 2 Гц -тен 1064 Гц -ке дейін өзгереді. Еске салайық, бұл кездегі қалыпты жұмыс жиілігі 807 Гц пен 1210 Гц аралығында болуы керек.
Қозғалтқыштың жылдамдығы 2 Гц 1410 Гц -тен 1064 Гц -ке дейін өзгереді, содан кейін кері айналады. Естеріңізге сала кетейік, бұл кезде қалыпты жұмыс жиілігі 807 Гц пен 1210 Гц аралығында сақталды.
Ал семантика осының негізінде аяқталады:
Осылайша, Stuxnet қозғалтқышты әр уақытта әр түрлі жылдамдықта баяулату немесе жылдамдату арқылы жүйені саботаж жасайды
(Осылайша, Stuxnet қозғалтқышты әр түрлі уақытта әр түрлі жылдамдықта баяулату немесе үдету арқылы жүйені бұзады.)
Физика мен электротехниканы орта мектептің көлемінде ғана білетін қазіргі бағдарламашылар үшін бұл жеткілікті шығар, бірақ сауатты мамандар үшін мұндай түсініктеме сәйкес келмейді. Центрифуга роторының айналу жылдамдығының рұқсат етілген диапазонда өзгеруі және жұмыс жиілігінің номиналды мәннен 200 Гц-ке (шамамен 15%) қысқа мерзімді асып кетуі жабдықтың жаппай бұзылуына әкелуі мүмкін емес.
Кейбір техникалық мәліметтер
Байытылған уран өндіруге арналған газ центрифугаларының каскады осылай көрінеді:
Уран байыту фабрикаларында ондаған осындай каскадтар бар, центрифугалардың жалпы саны 20-30 мыңнан асады …
Центрифуганың өзі дизайндағы қарапайым құрылғы, оның схемалық сызбасы:
Бірақ бұл конструктивті қарапайымдылық алдамшы болып табылады, себебі мұндай центрифуганың роторы, ұзындығы шамамен екі метр, шамамен 50 000 айн / мин жылдамдықпен айналады. Ұзындығы екі метрге жуық кеңістіктік конфигурациясы бар роторды теңестіру - өте қиын міндет.
Сонымен қатар, подшипниктерде роторлы суспензияның арнайы әдістері қажет, ол үшін күрделі өздігінен реттелетін магниттік суспензиямен жабдықталған арнайы икемді инелі подшипниктер қолданылады.
Газ центрифугаларының сенімділігі үшін негізгі мәселе - бұл ротордың белгілі бір айналу жылдамдығымен байланысты механикалық құрылымның резонансы. Газ центрифугалары тіпті осы негізде жіктеледі. Ротордың жылдамдығымен резонанстық жылдамдықтан жоғары жұмыс істейтін центрифуга суперкрититтік, төменде - критикалық деп аталады.
Ротордың жылдамдығы механикалық резонанстың жиілігі деп ойламаңыз. Механикалық резонанстың ешбір түрі центрифуга роторының өте күрделі қатынастар арқылы айналу жылдамдығымен байланысты емес. Резонанс жиілігі мен ротордың жылдамдығы шамасына қарай өзгеруі мүмкін.
Мысалы, центрифуганың типтік резонанстық аймағы-10 Гц-100 Гц диапазонындағы жиілік, ал ротордың жылдамдығы 40-50 мың айн / мин. Сонымен қатар, резонанстық жиілік - бұл бекітілген параметр емес, өзгермелі, ол центрифуганың ағымдағы жұмыс режиміне (құрамы, газ температурасының тығыздығы бірінші кезекте) және ротордың суспензия құрылымындағы кері әсеріне байланысты.
Жабдық жасаушының негізгі міндеті - центрифуганың жоғары діріл режимінде (резонанстарда) жұмыс істеуіне жол бермеу; бұл үшін діріл деңгейінің төтенше автоматты блокада жүйесі (деформация өлшегіштер), механикалық құрылымның резонансын тудыратын ротор жылдамдығында жұмыс жасау (тахометрлер)), қозғалтқыштың ток жүктемелерінің жоғарылауы (ток қорғанысы).
Апаттық жүйелер ешқашан қондырғының қалыпты жұмысына жауап беретін жабдықтармен біріктірілмейді, олар бөлек, әдетте жұмысты тоқтатуға арналған өте қарапайым электромеханикалық жүйелер (жай авариялық қосқыштар). Сондықтан оларды бағдарламалық түрде өшіруге және қайта конфигурациялауға болмайды.
АҚШ пен Израильден келген әріптестер мүлдем маңызды емес мәселені шешуге мәжбүр болды, - центрифуганы қауіпсіздік автоматикасын іске қоспай жойыңыз.
Ал енді бұл қалай жасалғаны белгісіз
Symantik мамандарының зерттеулерін орыс тіліне аударған «NAUTSILUS» ғылыми орталығының аудармашыларының жеңіл қолымен Symantik есебін түпнұсқада оқымаған көптеген мамандар апат жұмыс кернеуінен туындаған деген пікірге ие болды. Центрифуга электр қозғалтқышына жиілік 2 Гц дейін төмендетілді.
Бұлай емес, дұрыс аударма мақала мәтінінің басында беріледі.
Негізінде жоғары жылдамдықты асинхронды қозғалтқыштың кернеу жиілігін 2 Гц-ке дейін төмендету мүмкін емес. Орамаларға осындай төмен жиілікті кернеудің қысқа мерзімді берілуі де орамада қысқа тұйықталуды тудырады және токтан қорғауды іске қосады.
Барлығы әлдеқайда ақылды болды.
Төменде сипатталған электромеханикалық жүйелердегі резонансты қоздыру әдісі жаңа деп айтылуы мүмкін, мен оның авторымын деп есептеймін, бірақ оны Stuxnet вирусының авторлары қолданған шығар, сондықтан, өкінішке орай, ол тек плагиат болып қала береді..
Мен соған қарамастан, саусақтарыммен түсіндіремін, сонымен бірге физика негіздері бойынша білім беру бағдарламасын жүргіземін. Үлкен жүктемені елестетіп көріңіз, мысалы, бір тонна, кабельге ілулі, ұзындығы 10 метр. Біз өзінің резонансты жиілігімен ең қарапайым маятникті алдық.
Сіз оны кішкентай саусағыңызбен 1 кг салмақпен айналдырғыңыз келеді делік. Бір ғана әрекет нәтиже бермейді.
Бұл сізге оны 1 кг күшпен, мысалы, 1000 рет қайталап, қайталап итеру керек дегенді білдіреді, содан кейін мұндай көп күш бір тоннаға бір рет жұмсалатын күшке тең болады деп болжауға болады. мұндай маятникті айналдыру үшін жеткілікті.
Осылайша, біз тактиканы өзгертеміз, және біз әр саусағымызбен 1 кг күш салған кезде ілулі жүктемені бірнеше рет итере бастаймыз. Біз қайтадан табысқа жете алмаймыз, өйткені біз физиканы білмейміз …
Егер олар білетін болса, онда олар алдымен маятниктің тербеліс периодын есептейді (салмағы мүлде маңызды емес, суспензия 10 метр, ауырлық күші 1г) және жүктемені осы саусақпен итере бастайды.. Формула жақсы белгілі:
10-20 минут ішінде салмағы бір тонна маятник «мама жыламасын» деп бұрылады.
Сонымен қатар, маятниктің барлық сапасын саусақпен басудың қажеті жоқ, мұны бір немесе екі рет, тіпті маятниктің жүз тербелісінен кейін де жасауға болады. Тек жиналу уақыты пропорционалды түрде артады, бірақ жинақтау әсері толығымен сақталады.
Мен әлі де орта мектептің көлемінде физика мен математиканы білетін адамдарды таңғалдырамын (қазіргі заманауи бағдарламашының білім деңгейі), мұндай маятниктің тербеліс периоды тербеліс амплитудасына тәуелді емес, оны миллиметрге бұрады. немесе демалыс нүктесінен метр, тербеліс периоды және сәйкесінше маятниктің тербеліс жиілігі тұрақты болады.
Кез келген кеңістіктік құрылымда бір емес, бірнеше резонансты жиіліктер бар; іс жүзінде онда бірнеше маятник бар. Газ центрифугалары техникалық ерекшеліктеріне байланысты жоғары сапалы фактордың негізгі резонанстық жиілігі деп аталады (олар діріл энергиясын тиімді жинақтайды).
Резонанстық жиілікте саусақпен газ центрифугасын айналдыру ғана қалады. Бұл әзіл, әрине, егер автоматты басқару жүйесі бар электр қозғалтқышы болса, онда мұны әлдеқайда байқалмайтын түрде жасауға болады.
Мұны істеу үшін сізге электр қозғалтқышының айналу жиілігін жоғарылату / азайту қажет (вирус сияқты, 2 Гц) және бұл дірілдерді центрифуганың механикалық құрылымының резонанстық жиілігімен беру керек.
Басқаша айтқанда, қозғалтқышты ауыспалы жиілікті кернеу түрлендіргішінің көмегімен механикалық резонанс жиілігімен қамтамасыз ету қажет. Қозғалтқышта кернеудің өзгеру жиілігі механикалық резонанс жиілігімен корпусқа беріледі және біртіндеп резонансты тербелістер қондырғы құлап бастайтын деңгейге жетеді
Белгілі бір орташа мәнге жақын жиілік тербелістері «соққылар» деп аталады, бұл кез келген жиілікті түрлендіргіштің стандартты әсері, жиілік, олар айтқандай, белгілі бір шектерде «жүреді», әдетте номиналдың оннан бір пайызынан аспайды. Бұл диверсанттар жиіліктің табиғи соққысы ретінде жасанды түрде енгізілген, электр қозғалтқышының жиілігін модуляциялады және оны центрифуганың кеңістіктік құрылымының механикалық резонанс жиілігімен синхрондады.
Мен енді тақырыпқа кірмеймін, әйтпесе мені диверсанттарға қадамдық нұсқаулар жазды деп айыптайды. Сондықтан, талқылаудан тыс, мен белгілі бір центрифуганың резонанстық жиілігін табу туралы мәселені қалдырамын (ол әр центрифуга үшін жеке). Дәл сол себепті мен дірілден төтенше жағдайдағы қорғанысты іске қосу шегінде тепе -теңдікті сақтау қажет болғанда, «ұсақ» реттеу әдісін сипаттамаймын.
Бұл міндеттер жиілік түрлендіргіштерінде орнатылған шығыс кернеу ток датчиктері бар бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы шешіледі. Менің сөзімді қабыл алыңыз - бұл өте мүмкін, бұл тек алгоритмдер.
Тағы да Саяно-Шушенская ГЭС-індегі апат туралы
Алдыңғы мақалада гидроэлектр станциясындағы апат Ирандағы уран байыту қондырғысындағыдай (резонанстық әдіспен) арнайы бағдарламалық жасақтаманы қолдану арқылы болған деп жорамал жасалды.
Бұл, әрине, сол жерде Stuxnet вирусы жұмыс істеді дегенді білдірмейді, әрине. Объектіні жоюдың физикалық принципі жұмыс істеді - механикалық құрылымның жасанды индуцирленген резонансы.
Резонанстың болуы турбина қақпағын бекіту үшін бұралмаған гайкалардың болуымен және апат кезінде жұмыс істеген осьтік тербелістің жалғыз сенсорының көрсеткіштерімен көрсетіледі.
Иранның уран байыту зауытында диверсиялық фактінің болуымен ГЭС апатының уақыты мен себептерінің сәйкес келуін ескере отырып, апат кезінде дірілді басқарудың үздіксіз жүйесі сөндірілді. турбина қондырғысының автоматты басқару жүйесі, резонанс кездейсоқ құбылыс емес, техногендік деп болжауға болады.
Егер бұл болжам дұрыс болса, онда газ центрифугаларының жағдайынан айырмашылығы, турбина қондырғысын жою міндеті қолмен араласуды қажет етті. ГЭС -те бар жабдықтар диверсиялық бағдарламалық жасақтамаға жеке резонанстық жиілікті автоматты түрде анықтауға мүмкіндік бермеді, содан кейін төтенше жағдай датчиктерін қоспай төтенше режимде тербелісті сақтауға мүмкіндік берді.
ГЭС -те диверсиялық бағдарламалық қамтамасыз етудің жұмысы «адамдық факторды» қолдануды талап етті. Біреуге дірілді басқару серверін өшіруге тура келді, және бұған дейін диверсиялық бағдарламалық қамтамасыз етуді жасаушыларға жоспарлы жөндеу кезінде апатқа дейін алты ай бұрын жойылған белгілі бір турбиналық қондырғының резонанстарының параметрлерін беруге мәжбүр болды.
Қалғаны техникаға байланысты болды.
Резонанс турбиналық ротордың денесінде пайда болды деп ойламаудың қажеті жоқ. Турбиналық ротор мен бағыттаушы қалақшалар арасында орналасқан серпімді кавитациялық қуыстарға қаныққан су қабатының резонансы пайда болды.
Оңайлатылған түрде мұндай ұқсастықты елестетуге болады, төменгі жағында турбина роторы мен бағыттаушы қалақшалардың қалақтары арасындағы кавитациялық қуыстардан жасалған бұлақ бар, ал бұл бұлақ биіктігі жүз метр су бағанасымен бекітілген. Бұл идеалды тербелмелі контур болып шығады. Мұндай маятник жүйесін айналдыру - бұл өте нақты міндет.
Бұл осы резонанстың арқасында БАРЛЫҚ бағыттағыш қалақшалардың пышақтары механикалық әсерден емес, динамикалық жүктемеден сынған. Міне, сынған пышақтардың суреті, олардың беттерінде механикалық соққының іздері жоқ:
Бағыттағыш қалақшалардың сынған пышақтары турбинаның ағызу саңылауын жауып тастады және дәл осы күтпеген жағдайдан апат апатқа айнала бастады.
Турбиналық ротор супертанкерлік винтке ұқсап, массасы бір жарым мың тонна және айналу жылдамдығы 150 айн / мин болатын «жабық су құтысында» айнала бастады. Турбинаның жұмыс аймағында судың шамадан тыс қысымы пайда болды, оның қақпағы жұлынып кетті, және турбинаның өзі, куәгерлердің айтуынша, генератордың роторымен (1500 тонна колос) бірге дейін көтерілді. турбина залының төбесі.
Әрі қарай не белгілі болды.
