Ini adalah artikel kedua tentang topik menggunakan resonansi untuk menghancurkan objek fisik.
Artikel pertama "Jejak Rusia dari virus Stuxnet" adalah pengantar dan ditujukan untuk khalayak awam yang luas.
Saatnya berkenalan dengan metode ini secara detail, dan pertama, tonton video dengan contoh visual resonansi, setelah itu saya pikir topik artikel akan menjadi lebih jelas, karena lebih baik melihat sekali daripada membaca seratus kali…
Berikut videonya:
Ini yang lain:
Jadi tolong perlakukan resonansi dengan hormat.
Sangat terkenal, tidak diketahui oleh Stuxnet
Virus Stuxnet yang terkenal di dunia sekarang telah berubah menjadi semacam cerita horor, semua orang tahu tentang itu, tetapi tidak ada yang sepenuhnya mengerti bagaimana dia berhasil secara diam-diam menghancurkan sentrifugal untuk pengayaan uranium selama dua tahun. Ini bahkan bukan sabotase, tetapi metode sabotase yang lebih canggih - sabotase.
Bayangkan saja selama dua tahun, ratusan sentrifugal terus-menerus mogok, semua jadwal produksi terganggu, spesialis dipanggil "di telinga mereka" dan tidak dapat melakukan apa pun sampai pesan datang dari Belarus tentang deteksi virus, beban tempur yang merupakan modul pembaruan perangkat lunak internal untuk otomasi industri dari Siemens.
Selanjutnya, virus ini diberi nama Stuxnet. Kami menemukan metode infeksi yang digunakan, dengan metode penetrasi ke tingkat kernel, dan metode cracking perlindungan kata sandi pengontrol Simatic S7 di jaringan lokal. Kami memahami sesuatu dari firmware yang diperbarui virus dari pengontrol grup centrifuge.
Namun belum ada yang menjelaskan metode fisik penonaktifan peralatan dalam tindakan sabotase ini. Karena itu, kami sendiri akan mencoba mencari tahu teka-teki terpenting ini.
Apa yang kita ketahui?
Inilah pengontrol Simatic S7 yang dirakit dengan modul periferal:
Unit mikroprosesor itu sendiri adalah kotak dengan kunci biru, yang lainnya adalah periferal. Perangkat lunak mikrokontroler (bahasa juru bahasa LANGKAH 7 khusus digunakan) terletak di memori flash internal. Memperbarui perangkat lunak dan firmware pengontrol itu sendiri terjadi melalui jaringan, atau secara fisik, melalui flash drive yang dapat dilepas. Pengontrol semacam itu adalah perangkat kontrol kelompok untuk 31 sentrifugal gas sekaligus.
Tetapi mereka langsung memecahkan sentrifugal melalui perangkat lain, - konverter frekuensi untuk mengoperasikan motor listrik, kira-kira sebagai berikut:
Ini adalah bagaimana konverter frekuensi (konverter) untuk motor listrik asinkron dari berbagai kekuatan terlihat. Namanya menyiratkan tujuan fungsional perangkat ini, ia mengubah tegangan jaringan standar (tiga fase 360V) menjadi tegangan tiga fase dengan frekuensi yang berbeda dan peringkat yang berbeda. Konversi tegangan dikendalikan oleh sinyal dari jaringan, atau diatur secara manual dari panel kontrol.
Satu pengontrol Simatic S7 segera mengontrol grup (31 perangkat) konverter frekuensi, masing-masing, itu adalah unit kontrol grup untuk 31 sentrifugal.
Seperti yang diketahui oleh para spesialis, Semantik dari perangkat lunak pengontrol kontrol grup telah banyak dimodifikasi oleh virus Stuxnet, dan mereka menganggap penerbitan perintah kontrol grup ke konverter frekuensi oleh perangkat lunak yang dimodifikasi dari pengontrol Simatic S7 sebagai penyebab langsung kerusakan sentrifus.
Perangkat lunak perangkat kontrol yang dimodifikasi oleh virus mengubah frekuensi operasi setiap konverter frekuensi selama 15 menit sekali selama interval lima jam, dan, dengan demikian, kecepatan putaran motor listrik sentrifugal yang terhubung dengannya.
Ini adalah bagaimana hal itu dijelaskan dalam sebuah studi oleh Semantic:
Dengan demikian, kecepatan motor diubah dari 1410Hz menjadi 2Hz menjadi 1064Hz dan kemudian diulang lagi. Ingat frekuensi operasi normal saat ini seharusnya antara 807 Hz dan 1210 Hz.
Jadi kecepatan motor berubah dari 1410Hz dalam langkah 2Hz menjadi 1064Hz dan kemudian mundur kembali. Sebagai pengingat, frekuensi operasi normal saat ini dipertahankan antara 807 Hz dan 1210 Hz.
Dan Semantik menyimpulkan atas dasar ini:
Dengan demikian, Stuxnet menyabotase sistem dengan memperlambat atau mempercepat motor ke tingkat yang berbeda pada waktu yang berbeda
(Dengan demikian, Stuxnet menyabotase sistem dengan memperlambat atau mempercepat mesin ke kecepatan yang berbeda pada waktu yang berbeda.)
Untuk programmer modern yang mengetahui fisika dan teknik elektro hanya dalam volume sekolah menengah, ini mungkin cukup, tetapi untuk spesialis yang lebih kompeten, penjelasan seperti itu tidak konsisten. Perubahan kecepatan rotasi rotor centrifuge dalam kisaran yang diizinkan dan kelebihan jangka pendek dari frekuensi operasi sebesar 200 Hz (sekitar 15%) dari nilai nominal itu sendiri tidak dapat menyebabkan kerusakan peralatan besar-besaran.
Beberapa detail teknis
Ini adalah bagaimana kaskade sentrifugal gas untuk produksi uranium yang diperkaya terlihat seperti:
Ada lusinan kaskade seperti itu di pabrik pengayaan uranium, jumlah total sentrifugal melebihi 20-30 ribu …
Centrifuge itu sendiri adalah perangkat yang agak sederhana dalam desain, berikut adalah gambar skemanya:
Tetapi kesederhanaan konstruktif ini menipu, faktanya adalah bahwa rotor sentrifugal seperti itu, yang panjangnya sekitar dua meter, berputar pada kecepatan sekitar 50.000 rpm. Menyeimbangkan rotor dengan konfigurasi spasial yang kompleks, panjangnya hampir dua meter, adalah tugas yang sangat sulit.
Selain itu, metode khusus suspensi rotor pada bantalan diperlukan, untuk ini, bantalan jarum fleksibel khusus digunakan, lengkap dengan suspensi magnetik penyelarasan diri yang kompleks.
Untuk keandalan sentrifugal gas, masalah utama adalah resonansi struktur mekanis, yang dikaitkan dengan kecepatan rotasi rotor tertentu. Sentrifugal gas bahkan dikategorikan atas dasar ini. Sebuah centrifuge yang beroperasi pada kecepatan rotor di atas yang resonan disebut superkritis, di bawah - subkritis.
Jangan berpikir bahwa kecepatan rotor adalah frekuensi resonansi mekanis. Tidak ada hal semacam itu, resonansi mekanis terkait dengan kecepatan rotasi rotor centrifuge melalui hubungan yang sangat kompleks. Frekuensi resonansi dan kecepatan rotor dapat berbeda menurut urutan besarnya.
Misalnya, area resonansi khas dari centrifuge adalah frekuensi dalam kisaran 10Hz-100Hz, sedangkan kecepatan rotor adalah 40-50 ribu rpm. Selain itu, frekuensi resonansi bukanlah parameter tetap, tetapi yang mengambang, itu tergantung pada mode operasi centrifuge saat ini (komposisi, kerapatan suhu gas di tempat pertama) dan reaksi balik dalam struktur suspensi rotor.
Tugas utama pengembang peralatan adalah untuk mencegah centrifuge beroperasi dalam mode peningkatan getaran (resonansi); untuk ini, sistem pemblokiran darurat otomatis untuk tingkat getaran (pengukur regangan), operasi pada kecepatan rotor yang menyebabkan resonansi struktur mekanis (takometer), peningkatan beban motor saat ini (perlindungan arus).
Sistem darurat tidak pernah digabungkan dengan peralatan yang bertanggung jawab untuk operasi normal instalasi, mereka terpisah, biasanya sistem elektromekanis yang sangat sederhana untuk menghentikan pekerjaan (hanya sakelar darurat). Jadi, Anda tidak dapat menonaktifkan dan mengkonfigurasi ulang secara terprogram.
Kolega dari AS dan Israel harus menyelesaikan tugas yang sama sekali tidak sepele, - hancurkan centrifuge tanpa memicu otomatis keselamatan.
Dan sekarang tentang yang tidak diketahui bagaimana hal itu dilakukan
Dengan bantuan ringan dari penerjemah pusat ilmiah "NAUTSILUS", yang menerjemahkan penelitian spesialis Symantik ke dalam bahasa Rusia, banyak spesialis yang tidak membaca laporan Symantik dalam aslinya berpendapat bahwa kecelakaan itu disebabkan oleh tegangan operasi frekuensi dikurangi menjadi 2Hz ke motor listrik centrifuge.
Ini tidak terjadi, terjemahan yang benar diberikan di awal teks artikel.
Dan pada prinsipnya, tidak mungkin untuk mengurangi frekuensi tegangan suplai motor induksi berkecepatan tinggi menjadi 2Hz. Bahkan pasokan jangka pendek dari tegangan frekuensi rendah seperti itu ke belitan akan menyebabkan korsleting pada belitan dan memicu perlindungan arus.
Semuanya dilakukan jauh lebih cerdas.
Metode eksitasi resonansi dalam sistem elektromekanis yang dijelaskan di bawah ini dapat diklaim sebagai yang baru, dan saya dianggap sebagai penulisnya, tetapi kemungkinan besar sudah digunakan oleh penulis virus Stuxnet, jadi, sayangnya, tetap hanya untuk menjiplak…
Namun demikian, saya jelaskan dengan jari saya, pada saat yang sama melakukan program pendidikan tentang dasar-dasar fisika. Bayangkan sebuah beban besar, katakanlah satu ton, tergantung pada kabel, katakanlah panjangnya 10 meter. Kami telah memperoleh pendulum paling sederhana dengan frekuensi resonansinya sendiri.
Misalkan lebih jauh bahwa Anda ingin mengayunkannya dengan jari kelingking Anda, menerapkan upaya 1 kg. Satu upaya tidak akan menghasilkan hasil yang terlihat.
Ini berarti Anda perlu mendorongnya berulang kali, menerapkan upaya 1 kg padanya, katakanlah 1000 kali, maka kita dapat mengasumsikan bahwa upaya ganda seperti itu akan setara secara total dengan satu aplikasi upaya per ton, ini cukup cukup untuk mengayunkan pendulum seperti itu.
Jadi, kami mengubah taktik, dan kami mulai berulang kali mendorong beban yang ditangguhkan dengan jari kelingking kami, setiap kali menerapkan upaya 1 kg. Kami tidak akan berhasil lagi, karena kami tidak tahu fisika …
Dan jika mereka tahu, maka pertama-tama mereka akan menghitung periode osilasi pendulum (beratnya sama sekali tidak penting, suspensinya 10 meter, gaya gravitasinya 1g) dan mulai mendorong beban dengan periode ini dengan jari kelingking. Rumusnya terkenal:
Dalam 10-20 menit, bandul seberat satu ton ini akan berayun agar "mama tidak menangis".
Selain itu, tidak perlu menekan dengan jari kelingking pada setiap kualitas bandul; ini dapat dilakukan sekali, atau dua kali, dan bahkan setelah seratus osilasi bandul. Hanya saja waktu penumpukan akan meningkat secara proporsional, tetapi efek penumpukan akan dipertahankan sepenuhnya.
Namun, saya akan mengejutkan orang-orang yang tahu fisika dan matematika dalam volume sekolah menengah (tingkat pengetahuan programmer modern yang khas), periode osilasi pendulum semacam itu tidak tergantung pada amplitudo osilasi, ayunkan satu milimeter atau satu meter dari titik diam, periode osilasi dan, dengan demikian, frekuensi osilasi bandul akan konstan.
Setiap struktur spasial bahkan tidak memiliki satu, tetapi beberapa frekuensi resonansi, pada kenyataannya, ada beberapa pendulum seperti itu di dalamnya. Sentrifugal gas, karena fitur teknisnya, memiliki apa yang disebut frekuensi resonansi utama dari faktor kualitas tinggi (mereka secara efektif mengakumulasi energi getaran).
Tetap hanya mengayunkan centrifuge gas dengan jari pada frekuensi resonansi. Ini lelucon, tentu saja, jika ada motor listrik dengan sistem kontrol otomatis, maka hal yang sama dapat dilakukan dengan lebih tidak kentara.
Untuk melakukan ini, Anda perlu menambah / mengurangi kecepatan motor listrik dalam sentrifugal (seperti yang dilakukan virus, pada 2 Hz) dan mengeluarkan sentrifugal ini dengan frekuensi resonansi dari struktur mekanis centrifuge.
Dengan kata lain, perlu untuk mensuplai motor dengan frekuensi resonansi mekanis menggunakan konverter tegangan frekuensi dengan frekuensi variabel. Momen gaya yang terjadi pada motor ketika frekuensi perubahan tegangan suplai akan ditransmisikan ke rumah dengan frekuensi resonansi mekanis dan secara bertahap osilasi resonansi akan mencapai tingkat di mana instalasi akan mulai runtuh
Fluktuasi frekuensi di dekat nilai rata-rata tertentu disebut "denyut", ini adalah efek standar dari setiap konverter frekuensi, frekuensi, seperti yang mereka katakan, "berjalan" dalam batas-batas tertentu, biasanya tidak lebih dari sepersepuluh persen dari nominal. Penyabot menyamar sebagai ketukan frekuensi alami ini, mereka sendiri, yang diperkenalkan secara artifisial, modulasi frekuensi motor listrik dan menyinkronkannya dengan frekuensi resonansi mekanis dari struktur spasial centrifuge.
Saya tidak akan membahas topik itu lagi, jika tidak saya akan dituduh menulis petunjuk langkah demi langkah untuk penyabot. Oleh karena itu, di luar diskusi, saya akan meninggalkan pertanyaan untuk menemukan frekuensi resonansi untuk sentrifugal tertentu (itu adalah individu untuk setiap sentrifugal). Untuk alasan yang sama, saya tidak akan menjelaskan metode penyesuaian "halus", bila perlu untuk menyeimbangkan di ambang memicu perlindungan darurat terhadap getaran.
Tugas-tugas ini diselesaikan melalui perangkat lunak yang tersedia sensor arus tegangan keluaran yang dipasang di konverter frekuensi. Ambil kata-kata saya untuk itu - ini cukup dapat direalisasikan, ini hanya algoritme.
Lagi-lagi tentang kecelakaan di HPP Sayano-Shushenskaya
Dalam artikel sebelumnya, dihipotesiskan bahwa kecelakaan di pembangkit listrik tenaga air disebabkan dengan cara yang sama (dengan metode resonansi) seperti di pabrik pengayaan uranium di Iran, menggunakan perangkat lunak khusus.
Ini tidak berarti, tentu saja, bahwa virus Stuxnet yang sama beroperasi di sana-sini, tentu saja tidak. Prinsip fisik penghancuran objek yang sama berhasil - resonansi struktur mekanis yang diinduksi secara artifisial.
Adanya resonansi ditunjukkan dengan adanya mur yang tidak dikencangkan untuk mengencangkan penutup turbin dan pembacaan satu-satunya sensor getaran aksial yang bekerja pada saat kecelakaan.
Mempertimbangkan kebetulan waktu dan penyebab kecelakaan HPP dengan fakta sabotase di pabrik pengayaan uranium Iran, sistem kontrol getaran terus menerus dimatikan pada saat kecelakaan, pengoperasian unit di bawah kendali sistem kontrol otomatis unit turbin, dapat diasumsikan bahwa resonansi bukanlah fenomena yang tidak disengaja, tetapi buatan manusia.
Jika asumsi ini benar, maka, tidak seperti situasi dengan sentrifugal gas, tugas menghancurkan unit turbin memerlukan intervensi manual. Peralatan yang tersedia di HPP tidak memungkinkan perangkat lunak sabotase untuk secara otomatis mendeteksi frekuensi resonansi individu dan kemudian menjaga getaran dalam mode darurat tanpa memicu sensor darurat.
Di pembangkit listrik tenaga air, pekerjaan perangkat lunak sabotase membutuhkan penggunaan "faktor manusia". Seseorang entah bagaimana harus mematikan server kontrol getaran, dan sebelum itu mentransfer ke pengembang perangkat lunak sabotase parameter resonansi unit turbin tertentu, yang dihapus darinya enam bulan sebelum kecelakaan selama perbaikan terjadwal.
Sisanya adalah masalah teknik.
Tidak perlu berpikir bahwa resonansi terjadi di tubuh rotor turbin, tentu saja tidak. Resonansi lapisan air, jenuh dengan rongga kavitasi elastis, yang terletak di antara rotor turbin dan baling-baling pemandu, disebabkan.
Secara sederhana, dapat dibayangkan analogi seperti itu, di bagian bawah ada pegas yang terbuat dari rongga kavitasi antara rotor turbin dan bilah baling-baling pemandu, dan pegas ini ditopang oleh kolom air setinggi seratus meter. Ternyata rangkaian osilasi yang ideal. Untuk mengayunkan sistem pendulum seperti itu adalah tugas yang sangat nyata.
Itu karena resonansi ini SEMUA bilah baling-baling pemandu patah, dan bukan secara mekanis, dari benturan, tetapi patah oleh beban dinamis. Ini adalah foto bilah yang patah ini, tidak ada jejak kejutan mekanis di permukaannya:
Bilah baling-baling pemandu yang patah menghalangi lubang pembuangan turbin, dan dari keadaan yang tidak terduga inilah kecelakaan itu mulai berkembang menjadi bencana.
Rotor turbin menyerupai baling-baling supertanker, dan mulai berputar dalam "kaleng air tertutup" dengan massa satu setengah ribu ton dan kecepatan putaran 150 rpm. Di area kerja turbin, tekanan air yang berlebihan dibuat sehingga tutupnya robek, dan turbin itu sendiri, menurut saksi mata, bersama dengan rotor generator (raksasa 1.500 ton) terbang ke langit-langit ruang turbin.
Apa yang selanjutnya diketahui semua orang.
