זהו המאמר השני בנושא שימוש בתהודות להרוס אובייקטים פיזיים.
המאמר הראשון "טביעת הרגל הרוסית של וירוס Stuxnet" היה מבוא ומיועד לקהל רחב.
הגיע הזמן להכיר את השיטה הזו בפירוט, ותחילה, צפה בסרטון עם דוגמה ויזואלית של תהודה, לאחר מכן אני חושב שנושא המאמר יתבהר, כי עדיף לראות פעם אחת מאשר לקרוא מאה פעמים…
הנה סרטון:
הנה עוד אחד:
אז אנא התייחסו לתהודה בכבוד.
כל כך מפורסם, לא ידוע לסטוקסנט
וירוס ה- Stuxnet המפורסם בעולם הפך בינתיים לסוג של סיפור אימה, כולם יודעים עליו, אבל אף אחד לא לגמרי מבין איך הוא הצליח להשמיד בחשאי צנטריפוגות להעשרת אורניום במשך שנתיים. זו אפילו לא חבלה, אלא שיטת חבלה מתוחכמת יותר - חבלה.
רק תחשוב במהלך שנתיים, מאות צנטריפוגות מתפרקות ללא הרף, כל לוחות הזמנים של הייצור מופרעים, המומחים נקראים "על האוזניים" ואינם יכולים לעשות דבר עד שלא תגיע הודעה מבלרוס על איתור וירוס, עומס הקרב מתוכם היה מודולי העדכון של התוכנה הפנימית לאוטומציה תעשייתית של סימנס.
לאחר מכן, וירוס זה נקרא Stuxnet. גילינו את שיטת ההדבקה הנהוגה, עם שיטות חדירתו לרמת הגרעין, ושיטת הפיצוח של הגנת הסיסמה של בקרי Simatic S7 ברשת המקומית. הבנו משהו ממה שעושה הקושחה המעודכנת של וירוסים של בקר קבוצת הצנטריפוגות.
אך איש עדיין לא הסביר את השיטה הפיזית להשבתת ציוד בפעולת חבלה זו. לכן, אנו בעצמנו ננסה להבין את החידה החשובה ביותר הזו.
מה אנחנו יודעים
להלן בקר Sim7 S7 זה מורכב עם מודולים היקפיים:
יחידת המעבדים עצמה היא קופסה עם מפתח כחול, כל השאר הוא ציוד היקפי. תוכנת המיקרו -בקר (משמשת שפת מתורגמן מיוחדת מסוג STEP 7) ממוקמת בזיכרון הפלאש הפנימי. עדכון התוכנה והקושחה של הבקר עצמו מתרחש דרך הרשת, או פיזית, באמצעות כונן הבזק נשלף. בקרים כאלה היו התקני בקרה קבוצתיים עבור 31 צנטריפוגות גז בבת אחת.
אך הם שברו ישירות צנטריפוגות באמצעות מכשירים אחרים - ממיר תדרים להפעלת מנוע חשמלי, בערך כדלקמן:
כך נראים ממרי תדרים (ממירים) למנועים חשמליים אסינכרוניים בעלי עוצמות שונות. השם מרמז על המטרה הפונקציונלית של מכשיר זה, הוא ממיר את המתח של רשת סטנדרטית (שלושה שלבים 360V) למתח תלת פאזי בתדר שונה ודירוג שונה. המרת מתח נשלטת על ידי אותות מהרשת, או מוגדרת באופן ידני מלוח הבקרה.
בקר Simatic S7 אחד שלט באופן מיידי על קבוצה (31 מכשירים) של ממירים תדרים, בהתאמה, היא הייתה יחידת בקרה קבוצתית ל -31 צנטריפוגות.
כפי שגילו המומחים, הסמנטיקה של תוכנת בקר הבקרה הקבוצתית שונתה מאוד על ידי וירוס Stuxnet, והם ראו בהנפקת פקודות בקרה קבוצתית לממירים תדרים על ידי התוכנה שהשתנתה של בקר ה- Simatic S7 כגורם ישיר לתקלות בצנטריפוגות..
התוכנה של מכשיר הבקרה ששונה על ידי הנגיף שינתה את תדירות ההפעלה של כל ממיר תדרים במשך 15 דקות פעם אחת במרווח של חמש שעות, ובהתאם, את מהירות הסיבוב של המנוע החשמלי הצנטריפוגות המחובר אליו.
כך הוא מתואר במחקר של סמנטיק:
לפיכך, מהירות המנוע משתנה מ- 1410Hz ל- 2Hz ל- 1064Hz ולאחר מכן שוב. נזכיר שתדר ההפעלה הרגיל בזמן זה אמור להיות בין 807 הרץ ל -1210 הרץ.
אז מהירות המנוע משתנה מ- 1410Hz בשלבים של 2Hz ל- 1064Hz ולאחר מכן מתהפכת אחורה.כזכור, תדר ההפעלה הרגיל בזמן זה נשמר בין 807 הרץ ל -1210 הרץ.
והסמנטית מסכמת על בסיס זה:
לפיכך, Stuxnet חבלה במערכת על ידי האטה או האצת המנוע לתעריפים שונים בזמנים שונים
(כך, Stuxnet מחבל במערכת על ידי האטה או האצת המנוע למהירויות שונות בזמנים שונים.)
למתכנתים מודרניים שיודעים פיזיקה והנדסת חשמל רק בהיקף בית הספר התיכון, זה כנראה מספיק, אבל עבור מומחים מוכשרים יותר הסבר כזה אינו עקבי. שינוי מהירות הסיבוב של הרוטור הצנטריפוגות בטווח המותר ועודף לטווח קצר של תדר ההפעלה ב 200 הרץ (כ -15%) מהערך הנומינלי כשלעצמו לא יכול להוביל לתקלות ציוד מאסיביות.
כמה פרטים טכניים
כך נראה מפל של צנטריפוגות גז לייצור אורניום מועשר:
ישנם עשרות מפל כזה במפעלי העשרת אורניום, המספר הכולל של צנטריפוגות עולה על 20-30 אלף …
הצנטריפוגה עצמה היא מכשיר פשוט למדי בעיצוב, להלן הציור הסכמטי שלו:
אבל הפשטות הקונסטרוקטיבית הזו מטעה, העובדה היא שהרוטור של צנטריפוגה שכזו, באורך של כשני מטרים, מסתובב במהירות של כ -50,000 סל ד. איזון רוטור עם תצורה מרחבית מורכבת, באורך של כמעט שני מטרים, הוא משימה קשה מאוד.
בנוסף, נדרשות שיטות מיוחדות להשעיית הרוטור במיסבים; לשם כך משתמשים במיסבי מחט גמישים מיוחדים, הכוללים השעיה מגנטית מורכבת עצמית.
מבחינת האמינות של צנטריפוגות גז, הבעיה העיקרית היא התהודה של המבנה המכני, הקשור למהירויות סיבוב מסוימות של הרוטור. צנטריפוגות גז אף מסווגות על בסיס זה. צנטריפוגה הפועלת במהירות הרוטור מעל התהודה נקראת סופר -קריטית, למטה - תת -ביקורתית.
אל תחשוב שמהירות הרוטור היא תדירות התהודה המכנית. שום דבר מהדהד מכני מהסוג אינו קשור למהירות הסיבוב של הרוטור הצנטריפוגות באמצעות מערכות יחסים מורכבות מאוד. תדר התהודה ומהירות הרוטור יכולים להשתנות בסדר גודל.
לדוגמה, אזור תהודה טיפוסי של צנטריפוגה הוא תדר בטווח של 10Hz-100Hz, ואילו מהירות הרוטור היא 40-50 אלף סל ד. בנוסף, תדר התהודה אינו פרמטר קבוע, אלא צף, הוא תלוי במצב הפעולה הנוכחי של הצנטריפוגה (הרכב, צפיפות טמפרטורת הגז מלכתחילה) ותגובת הגב במבנה ההשעיה של הרוטור.
המשימה העיקרית של מפתח הציוד היא למנוע מהצנטריפוגה לפעול באופנים של רטט מוגבר (תהודה); לשם כך מערכות חסימת חירום אוטומטיות לרמת הרטט (מדדי מתיחה), פעולה במהירות הרוטור הגורמת לתהודה של המבנה המכני (טכומטרים), עומסי זרם מוגברים של המנוע (הגנה על זרם).
מערכות חירום לעולם אינן משולבות עם ציוד האחראי לפעולה הרגילה של המתקן, הן מערכות אלקטרומכניות נפרדות, בדרך כלל פשוטות מאוד, להפסקת העבודה (פשוט מתגי חירום). כך שלא תוכל להשבית אותם ולתכנן אותם מחדש.
עמיתים מארה ב ומישראל נאלצו לפתור משימה לא טריוויאלית לחלוטין, - להרוס את הצנטריפוגה מבלי להפעיל את אוטומטיות הבטיחות.
ועכשיו על הלא נודע איך זה נעשה
ביד קלה של מתרגמי המרכז המדעי "NAUTSILUS", שתרגם את המחקר של מומחי סימנטיק לרוסית, מומחים רבים שלא קראו את דו"ח סימנטיק במקור סברו שהתאונה נגרמה כתוצאה ממתח ההפעלה. התדר מופחת ל -2 הרץ למנוע החשמלי של הצנטריפוגה.
זה לא המקרה, התרגום הנכון ניתן בתחילת הטקסט של המאמר.
ובעיקרון, אי אפשר להפחית את תדירות מתח האספקה של מנוע אינדוקציה במהירות גבוהה ל -2 הרץ. אפילו אספקה קצרת טווח של מתח בתדר נמוך כל כך לפיתולים תגרום לקצר בפיתולים ויפעיל הגנה על זרם.
הכל נעשה הרבה יותר חכם.
שיטת עירור התהודה במערכות אלקטרומכניות המתוארות להלן עשויה לטעון שהיא חדשה, ואני נחשב למחבר שלה, אבל סביר להניח שהיא כבר בשימוש על ידי מחברי וירוס Stuxnet, אז, למרבה הצער, נותר רק לגנוב..
ובכל זאת, אני מסביר על אצבעותי, ובמקביל מעביר תכנית חינוכית על יסודות הפיזיקה. דמיינו לעומס עצום, נניח טון, תלוי על כבל, נניח באורך 10 מטר. השגנו את המטוטלת הפשוטה ביותר עם תדר תהודה משלה.
נניח עוד שאתה רוצה להניף אותו עם האצבע הקטנה שלך, ולהפעיל מאמץ של 1 ק ג. ניסיון אחד לא יניב שום תוצאה נראית לעין.
המשמעות היא שאתה צריך לדחוף אותו שוב ושוב, להפעיל עליו מאמץ של 1 ק ג, נניח 1000 פעמים, ואז אפשר להניח שמאמץ מרובה כזה יהיה שווה ערך בסך הכל ליישום יחיד של מאמץ לטון, זה די מספיק כדי להניף מטוטלת כזו.
וכך, אנו משנים טקטיקה, ואנו מתחילים לדחוף שוב ושוב את העומס המושעה באצבע הקטנה שלנו, בכל פעם שמאמצים מאמץ של 1 ק ג. לא נצליח שוב כי איננו יודעים פיזיקה …
ואם הם ידעו, אז קודם הם היו מחשבים את תקופת התנודה של המטוטלת (המשקל ממש לא חשוב, ההשעיה היא 10 מטרים, כוח הכובד הוא 1 גרם) והתחילו לדחוף את העומס עם התקופה הזו באצבע הקטנה. הנוסחה ידועה:
תוך 10-20 דקות המטוטלת הזו במשקל טון תתנדנד כך ש"אמא לא תבכה ".
יתר על כן, אין צורך ללחוץ באצבע הקטנה על כל איכות המטוטלת; ניתן לעשות זאת פעם אחת, או פעמיים, ואפילו לאחר מאה תנודות של המטוטלת. רק שזמן ההצטברות יגדל באופן פרופורציונלי, אך אפקט ההצטברות יישמר לחלוטין.
ובכל זאת, אפתיע אנשים שיודעים פיזיקה ומתמטיקה בהיקף בית הספר התיכון (רמת הידע של מתכנת מודרני טיפוסי), תקופת התנודה של מטוטלת כזו אינה תלויה במשרעת התנודה, להניף אותה במילימטר או מטר מנקודת המנוחה, תקופת התנודה ובהתאם לכך תדירות התנודה של המטוטלת תהיה קבועה.
לכל מבנה מרחבי אין אפילו תדר אחד, אלא מספר תהודה; למעשה, יש בו כמה מטוטלות כאלה. לצנטריפוגות גז, בשל התכונות הטכניות שלהם, יש תדר מהדהד ראשי של גורם איכותי (הם צוברים למעשה אנרגיית רטט).
נותר רק להניף את צנטריפוגה הגז באצבע בתדר המהדהד. זו בדיחה, כמובן, אם יש מנוע חשמלי עם מערכת בקרה אוטומטית, אפשר לעשות את אותו הדבר בצורה הרבה יותר בלתי מורגשת.
לשם כך, עליך להגדיל / להקטין את מהירות המנוע החשמלי בטלטלות (כפי שעשה הנגיף, ב -2 הרץ) ולהוציא את הטלטולים הללו עם תדר התהודה של המבנה המכני של הצנטריפוגה.
במילים אחרות, יש צורך לספק למנוע את תדירות התהודה המכנית באמצעות ממיר מתח תדרים בעל תדר משתנה. רגע הכוח המתרחש במנוע בו תדירות שינויי מתח האספקה תועבר לבית עם תדירות התהודה המכנית ובהדרגה תנודות התהודה יגיעו לרמה שבה המתקן יתחיל לקרוס
תנודות תדרים ליד ערך ממוצע מסוים נקראות "פעימות", זוהי אפקט סטנדרטי של כל ממיר תדרים, התדר, כמו שאומרים, "הולך" בתוך גבולות מסוימים, בדרך כלל לא יותר מעשיריות האחוז מהנומינל. החבלנים התחפשו לפעימות התדר הטבעיות האלה, אפנון משלהם, שהוצג באופן מלאכותי, של תדר המנוע החשמלי וסנכרו אותו עם תדירות התהודה המכנית של המבנה המרחבי של הצנטריפוגה.
לא אכנס יותר לנושא, אחרת יאשימו אותי בכתיבת הוראות שלב אחר שלב לחבלנים. לכן, מחוץ לדיון, אשאיר את שאלת מציאת התדר המהדהד לצנטריפוגה מסוימת (הוא אינדיווידואלי לכל צנטריפוגה). מאותה סיבה, לא אתאר את שיטת ההתאמה "בסדר", כאשר יש צורך להתאזן על סף הפעלת הגנת החירום מפני רעידות.
משימות אלה נפתרות באמצעות תוכנת חיישני זרם מתח המוצא הזמינים המותקנים בממירי תדרים. קח את המילה שלי על זה - זה די מימוש, זה רק האלגוריתמים.
שוב על התאונה ב HPP Sayano-Shushenskaya
במאמר הקודם עלה השערה כי התאונה בתחנת הכוח ההידרואלקטרית נגרמה באותו אופן (בשיטת התהודה) כמו במפעל להעשרת אורניום באיראן, באמצעות תוכנה מיוחדת.
זה לא אומר, כמובן, שאותו וירוס Stuxnet פעל פה ושם, כמובן שלא. אותו עיקרון פיזי של הרס עצמים פעל - תהודה המושרה באופן מלאכותי של מבנה מכני.
נוכחות התהודה מסומנת בנוכחות אגוזים לא מוברגים לחיזוק מכסה הטורבינה וקריאות החיישן היחיד של רעידות ציריות שפעל בזמן התאונה.
בהתחשב בצירוף הזמן והגורמים לתאונת HPP עם עובדת החבלה במפעל העשרת האורניום האיראני, מערכת בקרת הרטט הרציפה כבויה בזמן התאונה, הפעלת היחידה שבשליטת מערכת בקרה אוטומטית של יחידת הטורבינות, ניתן להניח שהתהודה לא הייתה תופעה מקרית, אלא מעשה ידי אדם.
אם הנחה זו נכונה, הרי שבניגוד למצב של צנטריפוגות גז, משימת השמדת יחידת הטורבינה דרשה התערבות ידנית. הציוד הקיים ב- HPP לא איפשר לתוכנת החבלה לזהות אוטומטית את תדר התהודה האינדיבידואלית ולאחר מכן לשמור את הרטטים בתוך מצב החירום מבלי להפעיל את חיישני החירום.
בתחנת הכוח ההידרואלקטרית, עבודת תוכנת החבלה דרשה שימוש ב"גורם האנושי ". מישהו איכשהו היה צריך לכבות את שרת בקרת הרטט, ולפני כן להעביר למפתחי תוכנת החבלה את פרמטרי התהודה של יחידת טורבינות מסוימת, שהוסרו ממנה שישה חודשים לפני התאונה במהלך תיקון מתוכנן.
השאר היה עניין של טכניקה.
אין צורך לחשוב שהתהודה התרחשה בגוף הרוטור הטורבינה, כמובן שלא. התהודה של שכבת המים, הרוויה בחללי חלל אלסטיים, הממוקמת בין הרוטור של הטורבינה לשדרות הנחייה, נגרמה.
באופן פשוט אפשר לדמיין אנלוגיה כזאת, בתחתיתו יש מעיין העשוי מחללי cavitation בין רוטור הטורבינה לבין להבי שבבי ההובלה, ומעיין זה נתמך על ידי עמוד מים בגובה של מאה מטרים. מסתבר שמעגל תנודה אידיאלי. להניף מערכת מטוטלת כזו משימה אמיתית מאוד.
זה בגלל התהודה הזו את כל הלהבים של משבשי ההובלה נשברו, ולא מכנית, מפגיעות, אלא נשברו על ידי עומס דינאמי. להלן תמונה של הלהבים השבורים הללו, אין עקבות של הלם מכני על פני השטח שלהם:
הלהבים השבורים של משבשי ההובלה חסמו את חור הניקוז של הטורבינה, ומסיבה בלתי צפויה זו החלה התאונה להתפתח לאסון.
רוטור הטורבינה דומה למדחף על -חנקני, והחל להסתובב ב"פחית מים סגורה "במסה של אלף וחצי טון ומהירות סיבוב של 150 סל"ד. באזור העבודה של הטורבינה נוצר לחץ יתר כזה של מים עד שהמכסה נקרע, והטורבינה עצמה, על פי עדי ראייה, יחד עם הרוטור של הגנרטור (קולוסוס של 1,500 טון) עפו עד תקרת אולם הטורבינות.
מה עוד היה ידוע לכולם.
