Šis ir otrais raksts par tēmu par rezonanšu izmantošanu fizisko objektu iznīcināšanai.
Pirmais raksts "Stuxnet vīrusa krievu pēdas" bija ievads un bija paredzēts plašai auditorijai.
Ir pienācis laiks detalizēti iepazīties ar šo metodi, un, pirmkārt, noskatīties video ar vizuālu rezonanses piemēru, pēc tam, manuprāt, raksta tēma kļūs skaidrāka, jo labāk vienreiz redzēt, nekā simts reizes izlasīt…
Šeit ir video:
Šeit ir vēl viens:
Tāpēc, lūdzu, izturieties pret rezonansi ar cieņu.
Tik slavens, Stuxnet nezināms
Pasaulē slavenais Stuxnet vīruss līdz šim ir pārvērties par sava veida šausmu stāstu, visi par to zina, taču neviens pilnībā nesaprot, kā viņam izdevās divus gadus slepeni iznīcināt centrifūgas urāna bagātināšanai. Tā pat nav sabotāža, bet gan sarežģītāka sabotāžas metode - sabotāža.
Vienkārši padomājiet divu gadu laikā, simtiem centrifūgu nepārtraukti sabojājas, tiek izjaukti visi ražošanas grafiki, speciālisti tiek saukti “uz ausīm” un neko nevar darīt, kamēr no Baltkrievijas nav atnācis ziņojums par vīrusa atklāšanu. kuras kaujas slodze bija Siemens rūpnieciskās automatizācijas iekšējās programmatūras atjaunināšanas moduļi.
Pēc tam šis vīruss tika nosaukts par Stuxnet. Mēs noskaidrojām izmantoto infekcijas metodi ar tās iekļūšanas kodola līmenī metodēm un Simatic S7 kontrolieru paroles aizsardzības uzlaušanas metodi vietējā tīklā. Mēs kaut ko sapratām no tā, ko dara centrifūgu grupas kontroliera vīrusu atjauninātā programmaparatūra.
Bet neviens vēl nav paskaidrojis fizisko metodi, kā atspējot aprīkojumu šajā sabotāžas aktā. Tāpēc mēs paši centīsimies izdomāt šo vissvarīgāko mīklu.
Ko mēs zinām
Šeit ir šis Simatic S7 kontrolieris, kas ir samontēts ar perifērijas moduļiem:
Pats mikroprocesora bloks ir kaste ar zilu atslēgu, viss pārējais ir perifērijas ierīces. Mikrokontrollera programmatūra (tiek izmantota īpaša STEP 7 tulka valoda) atrodas iekšējā zibatmiņā. Pati kontroliera programmatūra un programmaparatūra tiek atjaunināta, izmantojot tīklu vai fiziski, izmantojot noņemamu zibatmiņas disku. Šādi kontrolieri vienlaikus bija grupas vadības ierīces 31 gāzes centrifūgai.
Bet tie tieši salauza centrifūgas caur citām ierīcēm, - frekvences pārveidotāju elektromotora darbināšanai, aptuveni šādi:
Šādi izskatās dažādu jaudu asinhrono elektromotoru frekvences pārveidotāji (pārveidotāji). Nosaukums norāda uz šīs ierīces funkcionālo mērķi, tas pārveido standarta tīkla spriegumu (trīs fāzes 360V) par trīsfāžu spriegumu ar citu frekvenci un atšķirīgu nominālo vērtību. Sprieguma pārveidošanu kontrolē signāli no tīkla vai manuāli no vadības paneļa.
Viens Simatic S7 kontrolieris nekavējoties kontrolēja attiecīgi frekvenču pārveidotāju grupu (31 ierīci), tas bija grupas vadības bloks 31 centrifūgai.
Kā noskaidroja speciālisti, grupas vadības kontroliera programmatūras semantiku būtiski mainīja Stuxnet vīruss, un viņi uzskatīja, ka Simatic S7 kontrollera modificētā programmatūra grupas vadības komandu izdošanu frekvences pārveidotājiem uzskata par tiešu centrifūgas bojājumu cēloni..
Vīrusa modificētās vadības ierīces programmatūra vienu reizi piecu stundu intervālā uz 15 minūtēm mainīja katra frekvences pārveidotāja darbības frekvenci un attiecīgi tam pievienotā centrifūgas elektromotora rotācijas ātrumu.
Tas ir aprakstīts Semantic pētījumā:
Tādējādi motora ātrums tiek mainīts no 1410 Hz uz 2 Hz uz 1064 Hz un pēc tam atkal. Atcerieties, ka šajā laikā parastā darba frekvence ir no 807 Hz līdz 1210 Hz.
Tātad motora ātrums mainās no 1410 Hz ar 2 Hz soli uz 1064 Hz un pēc tam atgriežas atpakaļ. Atgādinām, ka šajā laikā normālā darba frekvence tika uzturēta starp 807 Hz un 1210 Hz.
Un semantika secina, pamatojoties uz to:
Tādējādi Stuxnet sabotē sistēmu, palēninot vai paātrinot motoru dažādos ātrumos dažādos laikos
(Tādējādi Stuxnet sabotē sistēmu, palēninot vai paātrinot motoru dažādos ātrumos dažādos laikos.)
Mūsdienu programmētājiem, kuri fiziku un elektrotehniku zina tikai vidusskolas apjomā, ar to, iespējams, pietiek, bet kompetentākiem speciālistiem šāds skaidrojums nav konsekvents. Centrifūgas rotora rotācijas ātruma izmaiņas atļautajā diapazonā un īslaicīga darbības frekvences pārsniegšana par 200 Hz (apmēram 15%) no nominālās vērtības pati par sevi nevar izraisīt milzīgu iekārtas bojājumu.
Dažas tehniskas detaļas
Gāzu centrifūgu kaskāde bagātināta urāna ražošanai izskatās šādi:
Šādas kaskādes ir desmitiem urāna bagātināšanas rūpnīcās, kopējais centrifūgu skaits pārsniedz 20-30 tūkstošus …
Centrifūga pati par sevi ir diezgan vienkārša ierīce, šeit ir tās shematiskais zīmējums:
Bet šī konstruktīvā vienkāršība ir maldinoša, fakts ir tāds, ka šādas apmēram divus metrus garas centrifūgas rotors griežas ar ātrumu aptuveni 50 000 apgr./min. Rotora ar sarežģītu telpisko konfigurāciju, gandrīz divu metru garumā, līdzsvarošana ir ļoti grūts uzdevums.
Turklāt ir nepieciešamas īpašas rotora balstiekārtas gultņos metodes; šim nolūkam tiek izmantoti īpaši elastīgi adatas gultņi, komplektā ar sarežģītu pašizlīdzinošu magnētisko balstiekārtu.
Gāzes centrifūgu uzticamībai galvenā problēma ir mehāniskās struktūras rezonanse, kas saistīta ar noteiktiem rotora griešanās ātrumiem. Gāzes centrifūgas pat tiek klasificētas, pamatojoties uz to. Centrifūgu, kas darbojas ar rotora ātrumu virs rezonanses, sauc par superkritisko, zemāk - par subkritisko.
Nedomājiet, ka rotora ātrums ir mehāniskās rezonanses frekvence. Nekas tāds, mehāniska rezonanse nav saistīta ar centrifūgas rotora rotācijas ātrumu, izmantojot ļoti sarežģītas attiecības. Rezonanses frekvence un rotora ātrums var atšķirties pēc lieluma.
Piemēram, tipiska centrifūgas rezonanses zona ir frekvence diapazonā no 10 Hz līdz 100 Hz, savukārt rotora ātrums ir 40–50 tūkstoši apgr./min. Turklāt rezonanses frekvence nav fiksēts, bet peldošs parametrs, tas ir atkarīgs no centrifūgas pašreizējā darbības režīma (sastāva, vispirms gāzes temperatūras blīvuma) un pretrunas rotora piekares konstrukcijā.
Iekārtu izstrādātāja galvenais uzdevums ir novērst centrifūgas darbību paaugstinātas vibrācijas (rezonanses) režīmos; šim nolūkam automātiskas avārijas bloķēšanas sistēmas vibrācijas līmenim (deformācijas mērītāji), darbība ar rotora ātrumu, izraisot mehāniskās struktūras rezonansi (tahometri)), palielinātas motora strāvas slodzes (aizsardzība pret strāvu).
Avārijas sistēmas nekad netiek apvienotas ar iekārtām, kas atbild par iekārtas normālu darbību, tās ir atsevišķas, parasti ļoti vienkāršas elektromehāniskas sistēmas darba apturēšanai (vienkārši avārijas slēdži). Tātad jūs nevarat tos programmatiski atspējot un pārkonfigurēt.
Kolēģiem no ASV un Izraēlas bija jāatrisina pilnīgi nebūtisks uzdevums, - iznīciniet centrifūgu, neieslēdzot drošības automātiku.
Un tagad par nezināmo, kā tas tika darīts
Ar zinātniskā centra "NAUTSILUS" tulkotāju vieglu roku, kas tulkoja Symantik speciālistu pētījumus krievu valodā, daudzi speciālisti, kuri neizlasīja Symantik ziņojumu oriģinālā, uzskatīja, ka avāriju izraisījis darba spriegums frekvence samazināta līdz 2 Hz līdz centrifūgas elektromotoram.
Tas tā nav, pareizais tulkojums ir norādīts raksta teksta sākumā.
Un principā nav iespējams samazināt ātrgaitas indukcijas motora barošanas sprieguma frekvenci līdz 2 Hz. Pat īslaicīga tik zemas frekvences sprieguma piegāde tinumiem izraisīs tinumu īssavienojumu un iedarbinās strāvas aizsardzību.
Viss tika darīts daudz gudrāk.
Tālāk aprakstītā rezonanses ierosināšanas metode elektromehāniskās sistēmās varētu apgalvot, ka tā ir jauna, un mani uzskata par tās autoru, taču, visticamāk, to jau izmanto Stuxnet vīrusa autori, tāpēc diemžēl atliek tikai plaģiāt..
Un tomēr es paskaidroju uz pirkstiem, vienlaikus vadot izglītojošu programmu par fizikas pamatiem. Iedomājieties milzīgu slodzi, teiksim tonnu, kas karājas pie kabeļa, teiksim, 10 metrus garš. Mēs esam ieguvuši vienkāršāko svārstu ar savu rezonanses frekvenci.
Pieņemsim, ka vēlaties to pagriezt ar mazo pirkstiņu, pieliekot 1 kg piepūli. Viens mēģinājums nedos redzamu rezultātu.
Tas nozīmē, ka jums tas ir jāpiespiež atkārtoti, pieliekot tam 1 kg piepūli, teiksim 1000 reizes, tad mēs varam pieņemt, ka tik daudzkārtēja piepūle kopumā būs vienāda ar vienu piepūles pielietojumu uz tonnu, tas ir diezgan pietiks, lai šūpotu šādu svārstu.
Un tā, mēs mainām taktiku un sākam vairākkārt ar mazo pirkstiņu spiest piekaramo slodzi, katru reizi pieliekot 1 kg piepūli. Mums atkal neizdosies, jo mēs nezinām fiziku …
Un, ja viņi zinātu, tad vispirms viņi aprēķinātu svārsta svārstību periodu (svars ir absolūti mazsvarīgs, balstiekārta ir 10 metri, smaguma spēks ir 1 g) un ar šo periodu sāka spiest slodzi ar mazo pirkstu. Formula ir labi zināma:
Pēc 10-20 minūtēm šī svārsta, kas sver tonnu, šūposies, lai "mamma neraudātu".
Turklāt nav jāspiež ar mazo pirkstu uz katru svārsta kvalitāti; to var izdarīt vienu vai divas reizes un pat pēc simts svārsta svārstībām. Vienkārši uzkrāšanās laiks palielināsies proporcionāli, bet uzkrāšanās efekts tiks pilnībā saglabāts.
Un tomēr es pārsteigšu cilvēkus, kuri zina fiziku un matemātiku vidusskolas apjomā (tipiska mūsdienu programmētāja zināšanu līmenis), šādas svārsta svārstību periods nav atkarīgs no svārstību amplitūdas, pagrieziet to par milimetru vai metru attālumā no atpūtas punkta, svārstību periods un attiecīgi svārsta svārstību frekvence būs nemainīga.
Jebkurai telpiskajai struktūrai nav pat vienas, bet vairākas rezonējošas frekvences; patiesībā tajā ir vairāki šādi svārsti. Gāzes centrifūgām to tehnisko īpašību dēļ ir tā sauktā augstas kvalitātes faktora galvenā rezonanses frekvence (tās efektīvi uzkrāj vibrācijas enerģiju).
Atliek tikai ar pirkstu pagriezt gāzes centrifūgu rezonanses frekvencē. Tas ir joks, protams, ja ir elektromotors ar automātisku vadības sistēmu, tad to pašu var izdarīt daudz nemanāmāk.
Lai to izdarītu, jums ir jāpalielina / jāsamazina elektromotora ātrums saraustījumos (kā to darīja vīruss, pie 2 Hz) un izsniedziet šos raustījumus ar centrifūgas mehāniskās struktūras rezonanses frekvenci.
Citiem vārdiem sakot, ir nepieciešams apgādāt motoru ar mehāniskās rezonanses frekvenci, izmantojot frekvences sprieguma pārveidotāju ar mainīgu frekvenci. Spēka moments, kas rodas motorā, kad barošanas sprieguma izmaiņu frekvence tiks pārraidīta uz korpusu ar mehāniskās rezonanses frekvenci un pakāpeniski rezonanses svārstības sasniegs līmeni, kurā iekārta sāks sabrukt
Frekvences svārstības noteiktas vidējās vērtības tuvumā sauc par "sitieniem", tas ir jebkura frekvences pārveidotāja standarta efekts, frekvence, kā saka, "staigā" noteiktās robežās, parasti ne vairāk kā desmitdaļas procenta no nominālās. Sabotieri maskējās kā šie dabiskie frekvences sitieni, viņu pašu, mākslīgi ieviesta, elektromotora frekvences modulācija un sinhronizēta ar centrifūgas telpiskās struktūras mehāniskās rezonanses frekvenci.
Es vairs neiedziļināšos tēmā, pretējā gadījumā mani apsūdzēs, ka esmu rakstījis soli pa solim instrukcijas diversantiem. Tāpēc ārpus diskusijas es atstāšu jautājumu par rezonanses frekvences atrašanu konkrētai centrifūgai (tā ir individuāla katrai centrifūgai). Tā paša iemesla dēļ es neaprakstīšu "smalkas" pielāgošanas metodi, kad nepieciešams līdzsvaroties uz avārijas aizsardzības pret vibrācijām iedarbināšanas robežas.
Šie uzdevumi tiek atrisināti, izmantojot programmatūras pieejamos izejas sprieguma strāvas sensorus, kas uzstādīti frekvences pārveidotājos. Uzņemieties manu vārdu - tas ir diezgan realizējams, tas ir tikai algoritmi.
Atkal par avāriju Sajāno-Šušenskas HES
Iepriekšējā rakstā tika izvirzīta hipotēze, ka avārija hidroelektrostacijā tika izraisīta tādā pašā veidā (ar rezonanses metodi) kā urāna bagātināšanas rūpnīcā Irānā, izmantojot īpašu programmatūru.
Tas, protams, nenozīmē, ka šur tur darbojās viens un tas pats Stuxnet vīruss, protams, nē. Darbojās tas pats fiziskais objektu iznīcināšanas princips - mākslīgi izraisīta mehāniskas struktūras rezonanse.
Par rezonanses klātbūtni liecina atskrūvēti uzgriežņi turbīnas pārsega stiprināšanai un vienīgā aksiālās vibrācijas sensora rādījumi, kas darbojās negadījuma brīdī.
Ņemot vērā HES avārijas laika un cēloņu sakritību ar sabotāžas faktu Irānas urāna bagātināšanas rūpnīcā, negadījuma brīdī tika izslēgta nepārtrauktas vibrācijas kontroles sistēma, vienības darbība, ko kontrolēja turbīnas agregāta automātiskās vadības sistēmu, var pieņemt, ka rezonanse nebija nejauša parādība, bet gan cilvēka radīta.
Ja šis pieņēmums ir pareizs, tad, atšķirībā no situācijas ar gāzes centrifūgām, turbīnas agregāta iznīcināšanas uzdevums prasīja manuālu iejaukšanos. HES pieejamais aprīkojums neļāva sabotāžas programmatūrai automātiski noteikt individuālo rezonanses frekvenci un pēc tam noturēt vibrācijas avārijas režīmā, neieslēdzot avārijas sensorus.
Hidroelektrostacijā sabotāžas programmatūras darbam bija jāizmanto "cilvēciskais faktors". Kādam kaut kā bija jāizslēdz vibrāciju kontroles serveris, un pirms tam nodot sabotāžas programmatūras izstrādātājiem konkrētas turbīnas agregāta rezonanšu parametrus, kas no tā tika izņemti sešus mēnešus pirms negadījuma plānotā remonta laikā.
Pārējais bija tehnikas jautājums.
Nav jādomā, ka rezonanse radās pašā turbīnas rotora korpusā, protams, nē. Izraisīja ūdens slāņa rezonansi, kas piesātināta ar elastīgām kavitācijas dobumiem, kas atrodas starp turbīnas rotoru un virzošajām lāpstiņām.
Vienkāršotā veidā var iedomāties šādu līdzību, apakšā starp turbīnas rotoru un virzošo lāpstiņu asmeņiem ir no kavitācijas dobumiem veidota atspere, un šo avotu atbalsta simt metru augsta ūdens kolonna. Izrādās ideāla svārstību ķēde. Šūpot svārstu sistēmu ir ļoti reāls uzdevums.
Tas ir šīs rezonanses dēļ VISI virzošo lāpstiņu lāpstiņas bija trieciena rezultātā salauztas, nevis mehāniski, bet dinamiskas slodzes dēļ. Šeit ir šo salauzto asmeņu fotoattēls, uz to virsmām nav mehāniska trieciena pēdas:
Vadošo lāpstiņu salauztie asmeņi aizsprostoja turbīnas kanalizācijas atveri, un tieši no šī neparedzētā apstākļa avārija sāka izvērsties katastrofā.
Turbīnas rotors atgādināja supertankkuģa dzenskrūvi un sāka griezties "slēgtā ūdens kannā" ar pusotru tūkstošu tonnu masu un 150 apgr./min. Turbīnas darba zonā radās tāds ūdens pārspiediens, ka tika norauts vāks, un pati turbīna, pēc aculiecinieku teiktā, kopā ar ģeneratora rotoru (1500 tonnu koloss) lidoja līdz turbīnu zāles griesti.
Kas tālāk bija zināms visiem.