9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

421

компьютерного моделирования механизмов их воз-

действий на типовые элементы АСЗИ. При этом

принимался во внимание тот факт, что к моменту

публикации данного документа могут появиться но-

вые, более полные и конкретные результаты иссле-

дований в рассматриваемой предметной области,

которые следует учитывать при проведении испыта-

ний. Кроме того, при написании стандарта предпола-

галось, что в числе его потенциальных пользовате-

лей будут не только заказчики и производители

АСЗИ, но и широкий круг специалистов в области

обеспечения безопасности информации и объектов.

Поэтому помимо конкретных данных, касающихся

непосредственно испытаний АСЗИ, в документе со-

держатся сведения, дающие общее представление об

угрозе и последствиях её реализации.

Структурно документ состоит из шести основ-

ных разделов и шести приложений:

Содержание

1. Область применения

2. Нормативные ссылки

3. Определения и сокращения

4. Требования устойчивости к преднамеренным

силовым электромагнитным воздействиям

5. Степени жёсткости испытаний

6. Требования к испытаниям автоматизирован-

ных систем в защищённом исполнении

Приложения

А Качественные признаки классификации усло-

вий эксплуатации АСЗИ

Б Требования к основным характеристикам

имитаторов ПД ЭМВ

В Основные характеристики устройств свя-

зи/развязки имитаторов ПД ЭМВ

Г Порядок проведения испытаний

Д Схемы испытаний при ПД ЭМВ

Е Критерии оценки

Требования устойчивости АСЗИ к ПД ЭМВ в

стандарте отнесены к разряду технических требова-

ний по защите информации, приведённых в дейст-

вующих нормативных документах. Они имеют ком-

плексный вид и для их удовлетворения автоматизи-

рованная система (АС) может быть выполнена в за-

щищённом исполнении с применением технических

средств и (или) проведением организационных ме-

роприятий. Помимо самих АС, требования устойчи-

вости распространяются на их техническое обеспе-

чение, на здания (помещения) или объекты, на кото-

рых устанавливаются АСЗИ, на программное обес-

печение АСЗИ и на средства защиты информации и

контроля защиты информации.

Требования устойчивости должны определяться:

- исходя из конкретных условий эксплуатации

АСЗИ

- на основе анализа модели воздействия

- по результатам предварительных расчетно-

экспериментальных оценок устойчивости АСЗИ и

составных частей АСЗИ к ПД ЭМВ.

Степени жёсткости испытаний устанавливаются

с целью последующей дифференциации испытатель-

ных воздействий. В стандарте они градуируются по

четырём уровням в зависимости от класса условий

эксплуатации АСЗИ и типа/характеристик элементов

инфраструктуры, на которые непосредственно осу-

ществляется воздействие.

Требования к испытаниям автоматизированных

систем в защищённом исполнении включают общие

положения, требования к объекту испытаний, испы-

тательному оборудованию, порядку и условиям про-

ведения испытаний, методам испытаний, результа-

там испытаний.

Особенности испытаний ТСО на устойчи-

вость к преднамеренным силовым электромаг-

нитным воздействиям

ГОСТ Р 52863-07 устанавливает общие требова-

ния к испытаниям АСЗИ на устойчивость к ПД ЭМВ.

Их уточнение и детализация должны производиться

для АСЗИ конкретного предназначения с учётом

особенностей их построения и функционирования.

Применительно к ТСО такими особенностями

являются:

- наличие встроенной функции контроля рабо-

тоспособности, позволяющей информировать о вы-

воде из строя оборудования в том числе, с помощью

ПД ЭМВ и принимать адекватные компенсационные

меры;

- многоуровневая архитектура и пространствен-

ная распределённость элементов ТСО различных

уровней при размещении на объекте;

- эшелонированное построение ТСО.

Первый фактор требует при проведении испы-

таний на устойчивость выявлять те деструктивные

последствия, которые не имеют явных демаски-

рующих признаков и не фиксируются средствами

контроля работоспособности ТСО. Примерный пере-

чень таких последствий приведён в табл. 1.

Второй фактор позволяет сформировать адек-

ватные для разных элементов ТСО модели воздейст-

вия.

Среди видов ПД ЭМВ наиболее вероятным

представляется проведение ЭМА электромагнитным

полем. Это обусловлено тем, что цепи электропита-

ния, проводные линии связи и металлоконструкции

ТСО, являющиеся каналами возможных воздейст-

вий, как правило, имеют повышенную степень защи-

ты. Уровень воздействия зависит от возможности

доставки конкретного источника ПД ЭМВ в точку

применения. На рис. 1,2 иллюстрируются варианты

проведения ЭМА на элементы ТСО.

422

Таблица 1. Критические виды нарушений функ-

ционирования основных компонент ТСО при прове-

дении против них ЭМА

№

п/п

Компоненты ТСО

Виды нарушения

функционирования

1 Оборудование ОПС

1.1 Датчики

1.2 Оборудование сбора и

обработки информации

Отсутствие срабатывания

при возникновении тре-

вожных ситуаций, лож-

ные срабатывания.

«Зависание» оборудова-

ния, перезагрузка внут-

реннего ПО.

2 Система контроля управ-

ления доступом

Блокировка и «зависание»

оборудования.

3 Система телевизионного

наблюдения

Нарушение функции

детектора движения, «за-

висание» борудования,

перезагрузка внутреннего

ПО. «Застывший кадр»

4 Средства обнаружения

ЯМ, ВВ

Отсутствие срабатывания

при попытках проно-

са/провоза

5 Металлообнаружители Отсутствие срабатывания

при попытках проно-

са/провоза

6 АРМ интегрированной

системы безопасности

«Зависание» оборудова-

ния, перезагрузка ПО.

7 Автоматическая система

пожаротушения

Несанкционированный

запуск

Рис. 1. Вариант размещения мощного источника

ПД ЭМВ.

Рис. 2. Вариант размещения маломощного источника

ПД ЭМВ.

Третий фактор свидетельствует о том, что пери-

ферийные устройства (датчики, телекамеры и т.п.),

расположенные на границах охраняемых зон, могут

быть беспрепятственно подвергнуты воздействию

из-за их пределов с помощью наиболее мощных

транспортабельных источников. Системообразую-

щее же оборудование ТСО и АРМы, размещаемые в

охраняемых зонах и специально оборудованных по-

мещениях, могут быть атакованы с помощью носи-

мых источников – генераторов импульсного напря-

жен (ГИН) типа «дипломат» и «папка». При этом

предполагается, что доставка в точки применения

носимых источников ПД ЭМВ может осуществлять-

ся внутренними нарушителями. Более детальные

модели воздействия на элементы ТСО должны фор-

мироваться для конкретных объектов с учётом их

внутренней и прилегающей инфраструктуры, разме-

щения оборудования и проводимых режимно-

охранных мер.

Среди всей совокупности испытаний на устой-

чивость к ПД ЭМВ, предусматриваемых ГОСТ Р

52863-07, для ТСО наибольшего внимания заслужи-

вают:

- испытания на предмет соответствия требова-

ниям по устойчивости, определяемым моделью воз-

действия;

- испытания с целью определения критериаль-

ных уровней устойчивости к ПД ЭМВ.

Первому типу испытаний должны подвергаться

ТСО, поставляемые в целевом порядке на конкрет-

ные объекты. Главным образом это касается кон-

троллерного оборудования и АРМ, для которых мо-

жет быть сформирована достаточно стабильная мо-

дель воздействия. На основе результатов этих испы-

таний могут быть выработаны рекомендации либо по

принятию дополнительных защитных мер, либо по

изменению размещения ТСО на объекте.

Второй тип испытаний необходим для элемен-

тов ТСО широкого предназначения с целью опреде-

ления возможности их последующего применения на

разных объектах. В максимальной степени это каса-

ется периферийных устройств, среди которых наи-

большие опасения вызывают изделия зарубежных

производителей.

Проведение испытаний компонентов ТСО со-

гласно требованиям стандарта должно осуществ-

ляться на сертифицированном оборудовании силами

специализированных организаций.

При проведении испытаний ТСО с целью опре-

деления критериальных уровней устойчивости к ПД

ЭМВ, как наиболее полного типа испытаний, долж-

ны воспроизводиться все виды воздействий ПД

ЭМВ, предусмотренные ГОСТ Р 52863-07. Результа-

ты испытаний целесообразно группировать в форме

таблицы следующего содержания (табл.2):

Таблица 2. Вид нарушения функционирования ТСО

при воздействии ПД ЭМВ

№

п/п

Компонент

ТСО

Вид воз-

действия

Вид нарушения

функционирования

Уровень ус-

тойчивости,

кВ/м

423

Полученные результаты испытаний типовых из-

делий могут быть включены в их формуляры в виде

дополнений.

Заключение

Безусловно, проведение испытаний элементов

ТСО на устойчивость к ПД ЭМВ повлечёт за собой

дополнительные затраты. Однако наличие в форму-

лярах на изделия значений критериальных уровней

устойчивости к данной угрозе будет способствовать

их наиболее приоритетному выбору заказчиком при

оборудовании объектов техническими средствами

охраны.

Литература:

1. В.Богданов, М.Жуковский, С.Ларионов,

В.Чванов. «Электромагнитная угроза: от мифа-к ре-

альности», БДИ №3 (89), 2010.

2. ГОСТ Р 52863-2007 Защита информации. Ав-

томатизированные системы в защищённом исполне-

нии. Испытания на устойчивость к преднамеренным

силовым электромагнитным воздействиям. Общие

требования.

424

ОРГАНИЗАЦИЯ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ ПО ЗАЩИТЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОТ ПРЕДНАМЕРЕННЫХ

ДЕСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ

М.

И.

УКОВСКИЙ

ОССИЯ

В.

П.

ВАНОВ

ОССИЯ

ФГУП ЦентрИнформ, e-mail: m.zhukovsky@center-inform.ru

Аннотация. Рассматриваются вопросы нормативного обеспечения организации и содержания работ

по защите автоматизированных систем (АС) от ПД ЭМВ, изложенные в проекте соответствующего

ГОСТ Р. Даётся представление о его роли и месте в системе целевых стандартов по проблеме. Про-

водится краткий обзор содержания документа, отмечаются особенности выполнения работ на стади-

ях создания защиты АС и их эксплуатации в защищённом исполнении с учётом специфики угрозы.

Указывается на целесообразность развития и конкретизации положений ГОСТ в документах ведом-

ственного уровня. Делается вывод о необходимости решении проблемы защиты от ПД ЭМВ на госу-

дарственном уровне.

Abstract. The paper deals with the issues of the Russian Regulatory System Organization and with content

of works to protect Automated Systems (AS) from Intentional Electromagnetic Interference outlined in the

draft GOST R. A short overview of the document contents, marked characteristics of works at the stages of

creation of the AS protection and their exploitation in the presence of threats having the specific character is

performed.

Введение

Появление нового вида угрозы информационной

безопасности согласно [1, 2] и актуальность пробле-

мы защиты АС от неё, выдвинула в разряд первооче-

редных задачу создания соответствующей целевой

нормативной базы. Её связующим компонентом

должен стать ГОСТ Р "Защита информации. Автома-

тизированные системы в защищенном исполнении.

Организация и содержание работ по защите от пред-

намеренных деструктивных электромагнитных и

электрических воздействий. Общие положения", раз-

работанный в соответствии с планом работ ТК-362 в

2010 г. Особенностью данной угрозы является соче-

тание в себе признаков угроз как информационной

безопасности, так и совершения несанкционирован-

ных действий силовыми методами. Поэтому струк-

тура документа и стиль изложения материала ориен-

тированы на достаточно широкий круг его потенци-

альных пользователей в области комплексной безо-

пасности информации и объектов.

Нормативное обеспечение работ по защите

АС от ПД ЭМВ

Координирующие роль и место проекта ГОСТ в

системе целевых стандартов по защите АСЗИ от ПД

ЭМВ иллюстрируется на рисунке 1.

Общими положениями стандарта определяются

и устанавливаются:

- необходимость выполнения работ по защите

АС от ПД ЭМВ во взаимодействии с работами по

построению комплексных систем безопасности;

- структурные компоненты защиты (рис. 2);

Рис.1. Система стандартов РФ

по защите от ПД ЭМВ.

Рис.2 Структурные компоненты защиты от ПД ЭМВ

Структурные компоненты защиты от ПД ЭМВ

Устойчивость АС к ПД ЭМВ (ГОСТ Р 52863)

Снижение (блокирование) уровней ПД ЭМВ Р 52863)

Обнаружение ПД ЭМВ

Реагирование на ПД ЭМВ

Организационно-технические меры защиты

Р 50922

Термины и опре-

деления

Общие ГОСТ

Р 551275

Факторы, воз-

действующие на

информацию

Целевые ГОСТ по защите от ПД ЭМВ

Организация и содержание работ по

защите АС

от ПД ЭМВ

Р 52863

Испытания

АСЗИ на

устойчивость

к ПД ЭМВ

Технические

средства

защиты АС

от ПД ЭМВ

Технические

средства

обнаружения

ПД ЭМВ

Организация и

содержание работ

по контролю за-

щищенности АСЗИ

от ПД ЭМВ

425

- этапы и содержание работ, их исполнители и

возлагаемые на них функции;

- ответственность за обеспечение требований

по защите при эксплуатации АСЗИ.

Согласно положениям стандарта, работы по за-

щите выполняются при:

- создании АС в защищённом от ПД ЭМВ ис-

полнении (табл. 1);

- эксплуатации АСЗИ в составе объектов ин-

форматизации (табл. 2).

Таблица 1. Виды, содержание и исполнители работ

по созданию АС в защищённом от ПД ЭМВ

исполнении

№

п/п

Виды работ

Содержание ра-

бот

Исполнители

1 Разработка

Концепции

защиты ин-

формации

в АС от

ПД ЭМВ

Обследование и

тестирование АС

в составе ОИ

Построение мо-

дели угроз

Формирование

требований по

защите

Формирование

проектных реше-

ний защиты

Оценка эффек-

тивности защиты

Специализированная

организация

Заказчик (организа-

ция-пользователь

АСЗИ)

Экспертная организа-

ция

2 Реализация

проектных

решений

защиты

Разработка ТЗ на

проектирование

Проектные работы

Монтаж, пуск и

наладка АС в

защищённом от

ПД ЭМВ испол-

нении

Проектная организа-

ция

Поставщики АС, ТС

обнаружения ПД

ЭМВ и защиты от них

Строительно-монтаж-

ная организация

Организация-

пользователь АСЗИ

Экспертная организа-

ция

Контрольно-

надзорный орган ве-

домства

3 Ввод в дей-

ствие АСЗИ

Опытная эксплуа-

тация АСЗИ в

составе ОИ

Приёмочные ис-

пытания АСЗИ в

составе ОИ

Аттестация АСЗИ

в составе ОИ

Организация-

пользователь АСЗИ

Комиссия

По каждому виду работ в стандарте достаточно

развёрнуто изложены их содержание, организация и

порядок выполнения, формы отчётности.

В приложениях стандарта приведены:

- состав информации, определяемой при обсле-

довании и тестировании АС в составе ОИ;

- форма сводной таблицы угроз ПД ЭМВ;

- типовая форма раздела формуляра (техниче-

ского паспорта) АСЗИ в составе ОИ по защите от ПД

ЭМВ;

- типовая методика категорирования АС по сте-

пени их важности (потенциальной опасности);

- типовые формы разрабатываемых документов

и некоторые информационные данные, необходимые

для проведения работ.

Являясь документом федерального уровня,

стандарт содержит главным образом общие положе-

ния в части организации и содержания работ по за-

щите АС от ПД ЭМВ. Их развитее и конкретизация

должны производиться на ведомствен-

ном/отраслевом уровне в виде соответствующих

комплектов документов (рис. 3).

Разработка этих документов должна осуществ-

ляться согласно положений настоящего стандарта с

учётом ведомственной специфики.

Таблица 2. Виды, содержание и исполнители работ

по защите АСЗИ от ПД ЭМВ при их эксплуатации в

составе ОИ

№

п/п

Виды работ

Содержание работ Исполнители

1 Использова-

ние по на-

значению

ТС обнару-

жения ПД

ЭМВ и за-

щиты от них

Мониторинг э/м об-

становки

Сниже-

ние/блокирование

ПД ЭМВ

Перевод АСЗИ в

безопасный режим

Организация-

пользователь

АСЗИ

2 Выполнение

целевых

организаци-

онно-

технических

мероприятий

Предупреждение,

пресечение ЭМА,

локализация и лик-

видация последствий

Организация-

пользователь

АСЗИ

3 Техническая

эксплуата-

ция ТС об-

наружения

ПД ЭМВ и

защиты от

них

Контроль исходного

состояния и функ-

ционирования ТС

Техническое обслу-

живание ТС

Ремонт ТС

Организация-

пользователь

АСЗИ

Поставщики ТС

4 Контроль

защищённо-

сти АСЗИ в

составе ОИ

Проверка функцио-

нальных свойств ТС

обнаружения и за-

щиты

Проверка функцио-

нальных свойств

защитных компон

ент

и уровня защиты

Организация-

пользователь

АСЗИ

Специализиро-

ванная организа-

ция

Контрольно-

надзорный орган

ведомства

426

Рис.3. Ведомственные документы по защите от ПД

ЭМВ.

Заключение

Разработанный проект ГОСТ содержит все не-

обходимые положения и рекомендации для решения

проблемы защиты информации и объектов от нового

вида угрозы информационной безопасности на госу-

дарственном уровне. Его ввод в действие и принятие

органами власти решения о необходимости защиты

от ПД ЭМВ средств информатизации особо важных

объектов будут способствовать существенному по-

вышению уровня национальной безопасности.

Литература

1. ГОСТ Р 50922 Защита информации. Термины

и определения.

2. ГОСТ Р 51275 Защита информации. Объекты

информатизации. Факторы, воздействующие на ин-

формацию. Общие положения.

Целевые ГОСТ по защите от ПД ЭМВ

Специальные технические требования

Специальные строительные нормы и правила

Модель угроз

Инструкции по защите

Методика проведения испытаний

427

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОГО

ХАРАКТЕРА И ИНТЕНСИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГРОЗОВЫХ

ОБЛАКОВ И РАЗРЯДОВ МОЛНИИ НА НАХОДЯЩЕЕСЯ ВНУТРИ

НОСОВЫХ ОБТЕКАТЕЛЕЙ САМОЛЕТОВ РАДИОНАВИГАЦИОННОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ НА МОДЕЛЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ИСКУССТВЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ОБЛАКОВ

А.

Г.

ЕМНИКОВ

ОССИЯ

Л.

ЕРНЕНСКИЙ

ОССИЯ

А.

В.

РЛОВ

ОССИЯ

С.

НТОНЕНКО

ОССИЯ

Т.

К.

ЕРАСТЕНОК

ОССИЯ

ГОУ ВПО «Московский Энергетический Институт (Технический Университет)», TemnikovAG@mpei.ru

Аннотация. Приведены результаты экспериментальных исследований формирования разрядов в моде-

лях носовых обтекателей самолетов при воздействии искусственных облаков сильно заряженного водно-

го аэрозоля при различных вариантах их молниезащиты. Выявлены две основные последовательности

формирования разряда в модели обтекателя и соответствующие им типы импульсов тока разряда с моде-

ли антенны под обтекателем. Их характеристики существенным образом зависят от величины заряда, на-

копленного на поверхности обтекателя. При накоплении экстремальных зарядов, в обтекателе формиру-

ются интенсивные поверхностные разряды и на модели антенны под обтекателем наблюдаются «мощ-

ные» импульсы разрядного тока, которые могут вывести из строя радионавигационное оборудование да-

же в отсутствие поражения носового обтекателя разрядом молнии. Установлено, что наличие моделей

полосовых молниеотводов на поверхности обтекателя существенно снижает вероятность формирования

мощных разрядов с электродов внутри него и разрядов на внешней и внутренней поверхности модели об-

текателя.

Abstract. Results of the experimental investigations of the discharge formation in models of aircraft nose

radomes under an action of the artificial clouds of strongly charged water aerosol for the different variants of

its lightning protection are presented in a paper. Two main sequences of discharge formation in a radome

model and the corresponding forms of discharge current impulses from an antenna model under radome are

found. Their characteristics significantly depend on the charge value stored on the radome surfaces. For

storage of extreme charges, intense surface discharges are formed and powerful impulses of discharge cur-

rent on the antenna model are observed. They could destroy the radio navigation equipment if the lightning

discharge affection of nose radome is absent. It was established that presence of the bar lightning protectors

on the radome surface significantly decreases a probability of formation of powerful discharges from the

electrodes inside it and discharges on the external and internal surface of the radome model.

Введение

Носовые радиопрозрачные обтекатели самолетов

предназначены для защиты антенных систем радиоло-

кационных станций от воздействия окружающей среды

в условиях полета. При воздействии грозовых облаков

и/или попадании молнии в носовой обтекатель самоле-

та может произойти его электрический пробой, это мо-

жет привести к разрушению оболочки обтекателя [1, 2].

Когда носовой обтекатель выдержал удар молнии и не

повредился физически, система радиолокации и нави-

гации, находящаяся под обтекателем самолета, может

выйти из строя полностью или частично и не сможет

нормально функционировать. Несмотря на то, что но-

совые обтекатели самолетов проходят высоковольтные

испытания и оборудуются средствами молниезащиты,

защита носовых обтекателей самолетов от воздействия

грозы и разряда молнии до сих пор считается одним из

наименее надежных элементов молниезащиты самоле-

та [3-6]. Это связано с многообразием механизмов воз-

действия грозы облаков и молнии на носовой обтека-

тель самолета и установленное под ним оборудование.

Использование искусственных заряженных аэрозоль-

ных облаков позволяет исследовать возможные про-

цессы взаимодействия носовых обтекателей самолетов

с грозовыми облаками и молнией.

Экспериментально-измерительный комплекс

Экспериментальный комплекс состоит из аэро-

зольной камеры, генератора заряженного аэрозоля,

исследуемой модели обтекателя с электродной сис-

темой и измерительного комплекса. Основные пара-

метры комплекса и создаваемого им заряженного

облака описаны в [7, 8].

Токовые характеристики разряда с модели ан-

тенны под обтекателем, с моделей молниеотводов на

поверхности модели обтекателя регистрировались

цифровыми осциллографами Tektronix DPO 7254 и

428

TDS 3054B с использованием шунтов сопротивлени-

ем 0,5 Ом, 0,13 Ом и 0,14 Ом.

В качестве модели находящейся внутри него ан-

тенны радара использовались сферический электрод

или плоский электрод прямоугольной и круглой

формы. В качестве моделей радиопрозрачных носо-

вых обтекателей использовались тонкостенные ди-

электрические элементы из полиэтилентерефталата и

из полиметилметакрилата характерной формы с

внутренним объемом от 3 л до 70 л и толщиной обо-

лочки в диапазоне от 0,25 мм до 3,5 мм.

В ходе экспериментальных исследований рас-

сматривались различные варианты расположения и

формы моделей молниеотводов на поверхности мо-

дели носового диэлектрического обтекателя.

1) Модель обтекателя без присутствия каких-

либо моделей молниеотводов на его поверхности.

Моделируется ситуация формирования разрядов

внутри обтекателя и по его поверхности или пробоя

его оболочки для случаев, когда примыкающая к

носовому обтекателю часть фюзеляжа изготавлива-

ется из композитных материалов.

2) Модель обтекателя самолета с кольцевыми

полосовыми электродами на внешней и внутренней

поверхности обтекателя в его основании. Исследует-

ся ситуация формирования разрядов внутри обтека-

теля и по его поверхности или пробоя его оболочки

для случаев, когда к носовому диэлектрическому

обтекателю самолета примыкает металлическая

часть фюзеляжа.

3) Модель обтекателя самолета с электродами в

виде прямоугольных пластин малой площади на по-

верхности обтекателя в его основании. Моделирует-

ся ситуация формирования разрядов внутри обтека-

теля и по его поверхности или пробоя его оболочки

для случаев, когда используются сегментные мол-

ниеотводы.

4) Модель обтекателя самолета с вертикальны-

ми полосовыми электродами на внешней и/или внут-

ренней поверхности обтекателя. Исследуется наибо-

лее часто встречающаяся в современных условиях

ситуация, когда на внешней или внутренней поверх-

ности носового диэлектрического обтекателя само-

лета находятся полосовые молниеотводы.

Результаты экспериментов

Проведенные экспериментальные исследования,

при которых было выполнено более семисот подхо-

дов, показали несколько возможных вариантов раз-

вития разрядных процессов внутри модели носового

обтекателя, по его поверхности и в области про-

странства вблизи него. Характер и интенсивность

этих разрядных явлений существенным образом за-

висели от присутствия и параметров моделей мол-

ниеотводов на поверхности обтекателя.

Характерная картина формирования разряда в

модели носового обтекателя самолета и по его по-

верхности без присутствия каких-либо моделей мол-

ниеотводов на его поверхности (вариант 1) и соот-

ветствующая ей осциллограмма тока разряда с моде-

ли антенны под обтекателем показаны на рис. 1. В

большинстве случаев формирование разрядов по

поверхностям модели обтекателя и развитие разряда

с модели антенны внутри него не сопровождается

поражением собственно обтекателя разрядом из об-

лака заряженного водного аэрозоля.

а)

б)

Рис. 1. Картина формирования разряда в модели об-

текателя без присутствия моделей молниеотводов (a)

и соответствующая ей осциллограмма тока разряда с

модели антенны внутри обтекателя (б).

Формирование такого отрицательного разряда с

модели антенны под обтекателем, который имеет поляр-

ность облака заряженного аэрозоля и ток и величину

протекшего заряда намного больше, чем для положи-

тельных разрядов с заземленных электродов под обла-

ком без обтекателя, связано с накоплением зарядов на

внутренней и внешней поверхности модели обтекателя.

429

Ионы и заряженные аэрозольные частицы осе-

дают под действием поля облака на внешней поверх-

ности обтекателя. Под действием электрического

поля облака заряженного аэрозоля может возникать

положительный коронный разряд с антенны внутри

обтекателя. В результате, будет происходить оседа-

ние положительных ионов на внутреннюю поверх-

ность обтекателя. При одновременном осаждении

заряженных частиц на внутреннюю и внешнюю по-

верхности обтекателя на ней могут накопиться

большие заряды. Величина этих поверхностных за-

рядов будет ограничиваться только электрической

прочностью оболочки носового обтекателя самолета

и/или формированием искровых разрядов по его по-

верхности (рис. 1а).

В случае быстрого уменьшения величины

внешнего поля из-за формирования разряда между

облаком и объектом или, что более вероятно, разряда

по внешней поверхности обтекателя в месте, где

располагается антенна, результирующая напряжен-

ность электрического поля поменяет направление. В

результате, с антенны под обтекателем возникнет

«реверсный» разряд того же знака, что и заряженное

(грозовое) облако, амплитудой до нескольких сотен

ампер (рис. 1б).

Такой тип «мощного» импульса тока разряда на

модели антенны под обтекателем регистрируется в

90% случаев, когда на обтекателе отсутствуют мол-

ниеотводы, в 50%, когда модель обтекателя имеет

кольцевые полосовые электроды на поверхности в

его основании (вариант 2). Он же характерен в 30 %,

когда на поверхности обтекателя имитируются сег-

ментные молниеотводы (вариант 3). Этот тип им-

пульса тока крайне редко наблюдается в случае за-

щиты обтекателя вертикальными полосовыми элек-

тродами (вариант 4).

Основные параметры импульса тока на модели

антенны под обтекателем для трех вариантов органи-

зации молниезащиты обтекателя приведены в табл.

1. Амплитуды «реверсного» тока и величины про-

текшего через модель антенны заряда в 4-8 раз и 15-

30 раз больше, соответственно, характерных значе-

ний для импульсов разрядного тока между облаком и

моделью антенны в отсутствии модели обтекателя

[9]. Интенсивное воздействие «реверсного» разряда

на модель антенны связано с накоплением экстре-

мальных зарядов на внутренней и внешней поверх-

ности обтекателя, достигающих сотен мкКл/м

, на-

много превышающих считающуюся предельной в

процессах статической электризации поверхностей

материалов плотность заряда в 26,5 мкКл/м

[10].

Характерная картина формирования разряда в

модели обтекателя с вертикальными полосовыми

электродами, расположенными на поверхности обте-

кателя (вариант 4), и соответствующая ей осцилло-

грамма тока разряда с модели антенны внутри обте-

кателя показаны на рис. 2.

Таблица 1

Параметры «мощного» импульса «реверсного» тока

на модели антенны под моделью обтекателя

Система молниезащиты

носового обтекателя самолета

Параметры им-

пульса тока

(средние значе-

ния)

Вариант

Амплитуда тока

разряда, I

max

, А

140

Крутизна тока,

, А/нс

0,68

0,79

0,57

Протекший за-

ряд, Q, мкКл

101

Длительность

импульса, T, мкс

1,43

1,61

1,42

а)

б)

Рис. 2. Характерная картина формирования разряда в

модели обтекателя с вертикальными полосовыми

электродами, расположенными на его внешней и

внутренней поверхности, (a) и соответствующие ей

осциллограммы тока разряда с модели антенны под

обтекателем (кривая 1), электрода на внутренней

поверхности обтекателя (кривая 2) и электрода на

внешней поверхности обтекателя (кривая 3) (b).

430

При этом, наблюдаются две возможных после-

довательности: (1) формирование разряда внутри

обтекателя инициируется разрядом между облаком и

полосовым молниеотводом на внешней поверхности

модели обтекателя и сопровождается распростране-

нием разрядов по внешней поверхности обтекателя;

(2) формирование разряда внутри обтекателя «про-

воцирует» последующее развитие разряда между

облаком и молниеотводом на внешней поверхности

оболочки обтекателя.

С модели антенны под обтекателем также фор-

мируется импульс «реверсного» тока, но по своим

характеристикам он заметно слабее «мощного» им-

пульса тока. Этот тип «маломощного» импульса тока

разряда на модели антенны под обтекателем регист-

рируется в более чем 80 % случаев, когда на обтека-

теле присутствуют полосовые вертикальные молние-

отводы (вариант 4).

Он же характерен в 35% случаев, когда на по-

верхности обтекателя имитируются сегментные мол-

ниеотводы (вариант 3) и в менее чем 20 % случаев,

когда модель обтекателя имеет кольцевые полосовые

электроды на внешней и внутренней поверхности

обтекателя в его основании (вариант 2).

Основные параметры «маломощного» импульса

тока на модели антенны под обтекателем для трех

вариантов организации молниезащиты носового об-

текателя приведены в табл. 2.

Наименее интенсивное воздействие заряженного

облака на антенну будет оказываться при варианте

защиты обтекателя полосовыми электродами. При

такой организации молниезащиты на поверхности

обтекателя накапливался заряд меньшей величины,

чем при других рассмотренных вариантах молние-

защиты носового обтекателя самолета.

Таблица 2

Параметры «маломощного» импульса «реверсного»

тока на модели антенны под моделью обтекателя при

наличии молниеотводов на его поверхности

Система молниезащиты

носового обтекателя самолета

Параметры им-

пульса тока

(средние значе-

ния)

Вариант

Амплитуда тока

разряда, I

max

, А

Крутизна тока,

, А/нс

0,4

1,45

0,37

Протекший за-

ряд, Q, мкКл

3,8

2,4

2,2

Длительность

импульса, T, мкс

1,05

1,43

1,52

В результате, накопленный на поверхности об-

текателя заряд будет играть меньшую роль в форми-

ровании импульса тока на модели антенны под обте-

кателем, и, наоборот, более существенное влияние на

антенну будет оказывать разряд между облаком и

моделью молниеотвода.

Заключение

Феноменология развития разряда в промежутке

«облако заряженного аэрозоля – модель носового обте-

кателя с электродом внутри него» существенно зависит

от величины заряда, который накапливается на поверх-

ности обтекателя. При накоплении экстремальных за-

рядов в сотни мкКл/м

, в обтекателе формируются ин-

тенсивные поверхностные разряды и на модели антен-

ны под обтекателем наблюдаются «мощные» импульсы

«реверсного» разрядного тока. Это может привести к

повышению вероятности выхода из строя радионавига-

ционного оборудования даже в отсутствие поражения

носового обтекателя молнией.

Наличие полосовых молниеотводов на поверх-

ности обтекателя существенно снижает вероятность

формирования таких мощных разрядов. В этом слу-

чае существенное влияние на формирование разряда

с антенны и на его характеристиках оказывают раз-

ряды между облаком и молниеотводами на поверх-

ности обтекателя.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП

«Научные и научно – педагогические кадры иннова-

ционной России» на 2009 - 2013 годы (государствен-

ный контракт № П 1117).

Литература

1. M.A. Uman, V.A. Rakov. // Progress in Aero-

space Sciences 39 (2003) 61-81.

2. Larsson A. // C. R. Physique 3 (2002) 1423-1444.

3. Hall A. Thunderstorm Protection of Aircraft Ra-

domes. Proc. of the Intern. Conference on Lightning and

Static Electricity. Seattle, USA, 2005. P. 118.

4. A. Ulmann, P. Brechet, A. Bondiou-Clergerie et

al. // Proceedings of the Intern. Confer. on Lightning and

Static Electricity, Seattle, USA, 2001.

5. A. Delannoy, A. Bondiou-Clergerie, P. Lalande

et al. // Proceedings of the Intern. Confer. on Lightning

and Static Electricity, Seattle, USA, 2001.

6. N.I. Petrov, A. Haddad, H. Griffiths, G.N. Pet-

rova, R.T. Waters. //Proc. of the 29th Intern. Confer. on

Lightning Protection, Uppsala, Sweden, 2008.

7. Темников А.Г., Орлов А.В., Соколова М.В.,

Синкевич О.А., и др. // Теплофизика высоких темпе-

ратур, т. 41, № 2, 2003, с. 200-210.

8. А.Г. Темников, А.В. Орлов. // Электричество,

№ 12, 2005, с. 14-21.

9. Темников А.Г., Черненский Л.Л., Орлов А.В.,

Полякова О.В. // Письма в ЖТФ, 2010, т. 36, вып. 18,

с. 40-47.

10. Веревкин В.Н., Смелков Г.И., Черкасов В.Н.

Электростатическая искробезопасность и молниеза-

щита. – М.: МИЭЭ, 2006.