9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

491

ЭМС ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ КОСМИЧЕСКИХ

АППАРАТОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАНЕТ

И МАЛЫХ ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Н.

А.

АЖЕНИН

ОССИЯ

А.

П.

ЛОХИХ

ОССИЯ

НИИ ПМЭ МАИ, e-mail: riame@sokol.ru

Аннотация. Использование на борту КА ЭРД требует обеспечения их интеграции с бортовыми сис-

темами и предусматривает предварительную наземную и летную отработку в части обеспечения

ЭМС. В докладе рассматриваются вопросы разработки и совершенствования экспериментальной ба-

зы, технических средств и методов измерения спектрально-временных характеристик собственного

излучения ЭРД в наземных условиях, с целью создания новых методик и отраслевых стандартов в

области ЭМС, необходимых на этапе проектировании радиосистем КА дальнего космоса нового по-

коления.

Abstract. Application of electric propulsion (EP) on board a spacecraft requires its integration with onboard

systems, and involves its preliminary ground and flight refinement for securing electromagnetic compatibil-

ity. The paper is dedicated to the problems related to the development and upgrading of test facilities,

equipment and methods used for measuring spectral-and-temporal characteristics of EP self-emission under

ground conditions with a view to develop new procedures and industrial standards in the EMC field, which

are necessary for designing radio systems for the deep-space spacecraft of next generation.

Введение

Развитие теоретической и экспериментальной

базы системных исследований в области ЭМС имеет

большое теоретическое и практическое значение, в

частности с точки зрения обеспечения полетов кос-

мических аппаратов (КА) в пределах солнечной сис-

темы с использованием двигателей малой тяги. В

качестве двигателей малой тяги рассматриваются

перспективные варианты электрических ракетных

двигателей (ЭРД). Проблема достаточно актуальна,

так как в настоящее время реализуется и планирует-

ся к реализации уже целая группа зарубежных про-

грамм с использованием маршевых ЭРД, например,

Dawn, NASA, 27.09.2007г. (исследование астероидов

Vesta и Ceres), BepiColombo, ESA/JAXA, 08.2013-

09.2020гг. (исследование Меркурия), TSSM (Titan-

Saturn System Mission), NASA, 09.2020-07.2033гг.

(исследование Титана).

Использование на борту КА ЭРД требует обес-

печения их интеграции с бортовыми системами и

предусматривает предварительную наземную и лет-

ную отработку в части обеспечения ЭМС.

С физической точки зрения ЭРД являются ускори-

телями заряженных частиц с помощью электрических и

магнитных полей и принципиально в них могут быть

реализованы достаточно высокие скорости истечения

рабочего тела (при современном уровне развития бор-

товой космической энергетики оптимальная скорость

истечения составляет 20000-50000 м/с). С увеличением

скорости истечения для получения того же значения

тяги нужно затрачивать меньше рабочего тела, что и

является одним из главных преимуществ ЭРД.

Следует отметить, что фазы рабочего процесса в

ЭРД (ионизация рабочего тела, ускорение плазмы и

нейтрализация выходящего плазменного потока)

имеют сложную физическую природу и сопровожда-

ются возникновением плазменных колебаний. В ре-

зультате различных механизмов преобразования, воз-

никающие плазменные колебания трансформируются

в шумовое электромагнитное излучение широкого

диапазона частот от сотен Гц до десятков ГГц, кото-

рое может создавать помехи приемным трактам бор-

товых радиосистем. Несмотря на то, что оценка поме-

хоэмиссии ЭРД попадает в раздел стандартных задач

ЭМС, в настоящее время отсутствуют полноценные

методики и стандарты ЭМС ЭРД, так как для работы

ЭРД в наземных условиях требуется создание условий

космического пространства с давлением окружающей

среды не выше 10

-5

- 10

-4

мм ртутного столба, что

представляет собой нетривиальную инженерную за-

дачу. Возможные пути решения данной задачи были

обсуждены авторами в работе [1].

В данном докладе рассматриваются вопросы раз-

работки и совершенствования экспериментальной

базы, технических средств и методов измерения спек-

трально-временных характеристик собственного из-

лучения ЭРД в наземных условиях, с целью создания

новых методик и отраслевых стандартов в области

ЭМС, необходимых на этапе проектировании радио-

систем КА дальнего космоса нового поколения.

Объект исследования

В качестве объектов исследования в интересах

задач ЭМС рассматривается линейка отечественных

стационарных плазменных двигателей (СПД) моде-

лей СПД-100 и СПД-140, представляющих интерес

для использования в качестве маршевых двигателей

межпланетных КА. Принцип работы и основные ха-

рактеристики этих двигателей подробно описаны в

492

[2]. При этом предлагаемые методики остаются

справедливыми и при использовании электрических

двигателей других типов.

Вакуумный стенд для отработки ЭРД

Базовым элементом вакуумного стенда является

вакуумная камера, в которой с помощью средств

откачки и других дополнительных средств создаются

условия функционирования ЭРД. Размеры вакуум-

ной камеры, выбираются с учетом расходимости

струи двигателя таким образом, чтобы в ближней

зоне взаимодействие плазменной струи со стенками

камеры не приводило к изменению режима работы

ЭРД. По условиям обеспечения чистоты среды при

испытаниях СПД предпочтение отдается криоген-

ным средствам откачки, что позволяет исключить

присутствие паров вакуумного масла, а также других

веществ в вакуумной среде. Откачивающее оборудо-

вание должно обеспечивать при работе ЭРД давле-

ние в вакуумной камере не более чем 5·10

-5

мм рт.ст.

При этом для максимального расхода рабочего тела

(ксенона) ≈ 20 мг/с (СПД 140) скорость откачки

должна быть не менее 50000 л/с. Примеры различной

технической реализации вакуумных стендов приве-

дены в работах [1, 2, 3].

Архитектура и базовые принципы построе-

ния аппаратно-программного комплекса

Базовые принципы построения аппаратно-

программного комплекса рассмотрим на примере

использования современной аппаратуры, поставляе-

мой на рынок измерительной техники ведущими

производителями. Так для решения задач ЭМС при-

менительно к оценке помехоэмиссии ЭРД может

быть рекомендован следующий комплект аппарату-

ры (Рис.1):

1. Спектроанализатор Agilent E4440A, диапазон

частот 3 Гц - 26.5 ГГц (с опцией 122, обеспечиваю-

щей цифровой спектральный и временной анализ в

полосе 80МГц с частотой дискретизации 200 Мвыб/с

для центральной частоты, лежащей в пределах диа-

пазона частот спектроанализатора).

2. Генератор сигналов Agilent E8257, диапазон

частот 250 кГц – 20 ГГц.

3. Цифровой осциллограф Agilent Infiniium

DSO91304A, полоса частот входных сигналов до 13

ГГц, частота дискретизации до 40 Гвыб/с, 4 канала

измерений, память 1 Гвыб/канал.

4. Широкополосный малошумящий усилитель

Agilent Amplifier 83017A 0.5-26.5 ГГц.

5. Управляемый СВЧ коммутатор Agilent 8764.

6. Набор калиброванных антенн 1-12-440EM-

NF, 750-442EM-NF и др. компании Advanced

Technical Materials, Inc., набор измерительных ан-

тенн производства фирмы ETS Lindgren.

7. Компьютер, Core 2 Duo Mobile T6600 2.2 ГГц,

4 ГБ.

8. Сетевой коммутатор.

9. Внешний накопитель на жестком диске.

Общая технология измерений заключается в

следующем. ЭРД устанавливается внутри вакуумной

камеры, обеспечивая инжекцию плазменной струи

вдоль ее оси. Внутри вакуумной камеры располага-

ются измерительные антенны, перекрывающие ис-

следуемый частотный диапазон, выходные сигналы

которых через СВЧ кабели и герметизированные

разъемы выводятся наружу. С целью гибкого управ-

ления съемом информации используется СВЧ ком-

мутатор. Для повышения чувствительности измери-

тельного комплекса измеряемые сигналы поступают

на малошумящий усилитель (МШУ), а затем на

спектроанализатор и/или цифровой осциллограф.

Общее управление аппаратно-программным из-

мерительным комплексом осуществляется с помо-

щью компьютера с использованием специализиро-

ванного программного обеспечения. Все измери-

тельные приборы и управляющий компьютер под-

ключены к локальной вычислительной сети (ЛВС).

Передача данных измерения и управляющих

команд осуществляется через ЛВС Ethernet. Для

обеспечения хранения результатов измерений ис-

пользуется внешний жесткий диск или пишущий

оптический дисковод.

Для обеспечения управления функционировани-

ем аппаратно-программного измерительного ком-

плекса и оперативного контроля текущих результа-

тов измерений разработано специализированное про-

граммное обеспечение (ПО) в среде MATLAB.

Общая схема организации взаимодействия ком-

пьютера и локального измерительного прибора при-

ведена на рис. 2. На аппаратном уровне взаимодей-

Рис. 1

493

ствие с измерительным прибором обычно осуществ-

ляется с использованием одного из стандартных про-

токолов: RS-232, LAN, GPIB, USB и т. п.

Для управления работой измерительного прибо-

ра и получения данных измерений необходимо по-

сылать в прибор определенные команды. На про-

граммном уровне интерфейс с приборами копании

Agilent обеспечивается с помощью средств Agilent

I/O Libraries Suit. При этом возможно использование

одно из двух подходов к разработке управляющего

ПО: Direct I/O+SCPI или Instrument Drivers.

В первом случае используется прямая посылка в

прибор команд управления, написанных на универ-

сальном языке SCPI (Standardized Commands for

Programmable Instrument), а во втором – используют-

ся специальные драйверы прибора, позволяющее

облегчить функциональное взаимодействие с ним.

Во многих случаях инструментальные драйверы

приборов реализованы на основе Direct I/O+SCPI. На

практике при работе с несколькими приборами для

достижения требуемого баланса между гибкостью и

функциональностью возможно использование этих

методов одновременно.

Для обеспечения совместимости при управле-

нии приборами разных производителей разработана

унифицированная архитектур соответствующего

программного обеспечения – Virtual Instrument

Software Architecture (VISA). С точки зрения при-

кладных программ интерфейс VISA различных про-

изводителей является одинаковым. Эта технология

опирается на библиотеку VISA, которая берет на

себя все проблемы доступа к аппаратной части.

По существу, драйверы приборов представляют

собой набор вызовов VISA, специфичных для кон-

кретного прибора. Такой подход впервые появился

для приборов VXI в виде спецификации VXIplug-

and-play. В настоящее время произведено обобщение

этой идеологии на аппаратно-независимые классы

приборов IVI (Interchangable Virtual Instruments).

В MATLAB задачи управления измерительными

приборами решаются с использованием средств

Instrument Control Toolbox.

Алгоритмы управления измерительными

приборами и обмена данными

Функционирование аппаратно-программного

измерительного комплекса обеспечивается специа-

лизированным программным обеспечением (ПО),

разработанным в среде программирования MATLAB

с использованием средств Instrument Control Toolbox.

Данное ПО решает следующие основные задачи:

- управление совместной работой приборов,

включая параметрическую настройку и зада-

ние режимов их работы;

- получение и сохранение измерительных дан-

ных от приборов;

- визуализация и текущий контроль, как «сы-

рых», так и обработанных данных, получен-

ных от приборов.

В качестве примера на Рис. 3 приведена блок-схема

алгоритма измерения спектральных характеристик сиг-

нала, снимаемого с одной из измерительных антенн.

После задания рабочих параметров осуществляется

инициализация измерительного прибора, включаю-

щая создание соответствующего объекта в среде

MATLAB, назначение ему IP-адреса, выделение ре-

сурсов памяти и т.д., и передача параметров на-

стройки в спектроанализатор. На следующем шаге

по запросу управляющего компьютера осуществля-

ется измерение спектроанализатором спектра сигна-

ла, проведение, в случае необходимости, его усред-

нения и затем передача сформированных данных

управляющему компьютеру.

Рис. 2

Рис. 3.

494

С целью оперативного контроля полученных

данных осуществляется их предварительная обра-

ботка и визуализация. В случае обнаружения явно

аномальных результатов измерения могут быть опе-

ративно повторены. Результаты измерений сохраня-

ются в mat-файле на внешнем накопителе.

Аналогично функционирует ПО для записи вре-

менных реализаций сигналов, принимаемых измери-

тельными антеннами. Спектроанализатор Agilent

E4440A в режиме Zero Span позволяет получать от-

счеты огибающих квадратурных компонент входно-

го сигнала в полосе анализа для частотного диапазо-

на 3 Гц - 26.5 ГГц. Опция 122 обеспечивает полосу

анализа 80МГц с частотой дискретизации 200

Мвыб/с для центральной частоты, лежащей в преде-

лах частотного диапазона спектроанализатора.

Аналогичные алгоритмы используются для по-

лучения данных от цифрового осциллографа.

Пример расположения в вакуумной камере из-

мерительных антенн и отдельные результаты изме-

рения спектральных характеристик собственного

электромагнитного излучения ЭРД приведены соот-

ветственно на Рис. 4 и 5 [1-3].

Заключение

Разработанные методики измерений на базе рас-

смотренного выше аппаратно-программного ком-

плекса и проведенные экспериментальные исследо-

вания спектрально-временных характеристик излу-

чения ЭРД показали следующее:

1. Cпектр электромагнитного излучения ЭРД

типа СПД лежит в диапазоне частот от десятков ме-

гагерц до десятков гигагерц.

2. Во временной области излучение СПД имеет

ярко выраженный импульсный характер и сущест-

венно зависит от режима работы двигателя. Дли-

тельность импульсов, в зависимости от модели СПД

и режима его работы, лежит в пределах 0.1 – 10 мкс,

а интервал следования – от 2 до 30 мкс.

3. Уровень и форма спектра излучения СПД су-

щественно зависят от вектора параметров, описы-

вающих его режим работы. Выбором комбинации

режимных параметров можно в значительной степе-

ни влиять на уровень и форму спектра излучения.

4. При переходе от низковольтных режимов ра-

боты к высоковольтным уровень излучения может

существенно возрастать (от 2 до 20 дБ, в зависимо-

сти от модели СПД).

5. Количественные оценки спектрально-

временных характеристик электромагнитного излу-

чения ЭРД, полученные с использованием разрабо-

танных наземных экспериментальных комплексов,

позволяют разработать и внедрить новые методики

оценки ЭМС по уровню помехоэмиссии ЭРД для

КА, а также смогут служить основой для разработки

математических моделей электромагнитного излуче-

ния ЭРД.

Литература

1. Важенин Н.А., Кочура С.Г., Максимов И.А.,

Малюгин Д.В., Надирадзе А.Б., Плохих А.П., Ша-

пошников В.В. Спектрально-временные характери-

стики помех стационарных плазменных двигателей.

Сборник докладов десятой российской научно-

технической конференции по электромагнитной со-

вместимости технических средств и электромагнит-

ной безопасности (ЭМС-2008), Санкт-Петербург, 24-

26 сентября 2008 г., стр. 586-591.

2. А.П. Плохих, В. Ким, Н.А. Важенин,

Е.К.Сидоренко. Исследование влияния режимов ра-

боты стационарных плазменных двигателей на их

помехоэмиссию. "Технологии электромагнитной

совместимости", №2(29), 2009г., стр.31-45. ISSN

1729-2670.

3. Важенин Н.А., Плохих А.П. Статистические

характеристики помех стационарных плазменных

двигателей. VIII Международный симпозиум по ра-

диационной плазмодинамике РПД-2009, Москва, 8 -

11 декабря 2009 г., с. 24-28.

Рис. 4.

Рис. 5.

495

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ

СРЕДСТВАХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ ПРИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ИЗЛУЧЕНИЯХ

С.

Ф.

ЕРМОШЕНЦЕВ

ОССИЯ

Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева, e-mail: kipeva@kipeva.kstu-kai.ru

Аннотация. В докладе рассматривается решение проблемы защиты информации в цифровых элек-

тронных средствах интеллектуальных зданий при электромагнитных воздействиях и излучениях.

Abstract. The information security in digital electronics of intelligent buildings under the electromagnetic

influences and emissions is presented in this paper.

Введение и постановка задачи

Современное общество быстро становится все бо-

лее зависимым от функционирования цифровых элек-

тронных средств (ЭС), основная задача которых хране-

ние, обработка и передача информации. Эта зависимость

включает почти весь спектр современной жизни и кри-

тически важные основные функции общества: передача

электроэнергии, телекоммуникации, транспортировка,

банковское дело и финансы, чрезвычайные услуги, при-

нятие решений и др. Интеграция данных функций в пре-

делах одного здания привела к появлению новой струк-

туры – «Интеллектуальное здание» (ИЗ). «Интеллекту-

альность» здания означает объединение информацион-

ных технологий с целью обеспечения эффективной сре-

ды, удовлетворяющей сегодняшним требованиям, спо-

собной адаптироваться к непредвиденным изменениям в

управлении, технологии и в бизнесе. Переход к строи-

тельству ИЗ обусловлен ростом инвестиционной при-

влекательности подобных проектов не только за счет

повышения удобства и безопасности работы персонала,

но и благодаря существенному снижению наиболее су-

щественных эксплуатационных расходов в течение всего

жизненного цикла ИЗ.

При данной зависимости критически важных задач

общества от функционирования цифровых ЭС, одним из

центральных вопросов становится их надежность, эф-

фективность и обеспечение защиты информации.

Одним из новых научных направлений защиты

информации является физическая защиты информа-

ции в цифровых ЭС ИЗ при электромагнитных воз-

действиях и излучениях.

В проблеме физической защиты информации в

цифровых ЭС ИЗ при электромагнитных воздействи-

ях и излучениях предлагается выделить семь основ-

ных аспектов или задач:

1. Защита информации, связанная с возможным ис-

кажением, уничтожением или блокированием информа-

ции при обработке, хранении или ее передаче в условиях

воздействия преднамеренных источников электромаг-

нитного поля (средств электромагнитного терроризма).

2. Защита информации, связанная с возможным

искажением, уничтожением или блокированием ин-

формации при обработке, хранении или ее передаче в

условиях преднамеренных электромагнитных воздей-

ствий (ПЭМВ) по сети электропитания.

3. Защита информации, связанная с возможным

искажением, уничтожением или блокированием ин-

формации при обработке, хранении или ее передаче

в условиях ПЭМВ по металлоконструкциям.

4. Защита информации, связанная с возможным

искажением, уничтожением или блокированием ин-

формации при обработке, хранении или ее передаче

в условиях ПЭМВ по проводным линиям связи.

5. Защита информации, связанная с побочным

электромагнитным излучением (ПЭМИ) от цифро-

вых ЭС при обработке, хранении или передаче ин-

формации.

6. Защита информации, связанная с побочной

кондуктивной передачей информации от цифровых

ЭС через проводные линии связи.

7. Защита информации, связанная с возможным ис-

кажением, уничтожением или блокированием информа-

ции при обработке, хранении или ее передаче в условиях

воздействия непреднамеренных источников электромаг-

нитного поля (электростатический разряд (ЭСР), разряд

молнии, импульс ядерного взрыва, радиопередающие

устройства, индустриальные источники).

Обсуждая основные аспекты физической защи-

ты информации следует отметить, что преднамерен-

ные электромагнитные воздействия обычно осуще-

ствляются на фоне непреднамеренных электромаг-

нитных воздействий и (или) излучений открыто или

скрыто («закамуфлировано» под действие электро-

магнитных помех) по эфиру, по сети электропита-

ния, по металлоконструкциям и т.д. Последнее об-

стоятельство обуславливает предпосылки именно к

исследованию проблемы защиты информации в

цифровых ЭС ИЗ при комплексных (преднамерен-

ных и непреднамеренных) электромагнитных воз-

действиях и излучениях. Зачастую преднамеренные

и непреднамеренные электромагнитные воздействия

сложно классифицировать. С другой стороны, опи-

раясь на международный опыт создания стандартов,

направленных на защиту от электромагнитной угро-

зы, в России лишь начата работа по разработке сис-

темы национальных стандартов в области защиты

информации от электромагнитных воздействий.

В научной литературе и на практике отсутствуют

подходы к единому методологическому решению дан-

496

ной проблемы, т.е. обеспечению защиты информации в

цифровых ЭС ИЗ при комплексных (преднамеренных и

непреднамеренных) электромагнитных воздействиях и

излучениях, тем более для таких сложных объектов как

«Интеллектуальные здания». Актуальность проблемы

защиты информации в цифровых ЭС при электромаг-

нитных воздействиях и излучениях многократно уси-

ливается за счет сложной электромагнитной обстанов-

ки формируемой большим количеством электромаг-

нитных источников вне и внутри ИЗ.

Попытки решить проблему защиты информации

на этапе размещения цифровых ЭС приводят к зна-

чительным затратам и в ряде случаев требуют ко-

ренной переделки помещений ИЗ и переналадки

оборудования. Поэтому, наиболее эффективным ре-

шение данной проблемы видится именно на ранних

этапах разработки цифровых ЭС и ИЗ. По оценкам

ряда авторитетных исследователей в данной области,

затраты на обеспечение защиты информации, в том

числе и электромагнитной совместимости (ЭМС),

при данном подходе, составляют не более 2% от сто-

имости разработки, а стоимость защищенного объек-

та возрастает лишь не более чем на 3–5%. Из этого

следует, что анализ и решение проблем защиты ин-

формации в цифровых ЭС ИЗ необходимо проводить

еще «на бумаге», что в свою очередь возможно толь-

ко путем математического моделирования.

С учетом вышеизложенного целью данного про-

екта будет разработка комплексной методологии

исследования и обеспечения физической защиты

информации в цифровых ЭС ИЗ при ее обработке,

хранении или передаче в условиях электромагнит-

ных воздействий и излучений. Причем «комплекс-

ность» методологии предполагает именно учет

преднамеренных и непреднамеренных электромаг-

нитных воздействий и излучений в соответствии с

основными аспектами или задачами.

На основе опыта специалистов данной научной

группы можно отметить, что задачи обеспечения ЭМС

цифровых ЭС ИЗ и обеспечения физической защиты

информации имеют единую электромагнитную природу

протекания процессов, теоретическую и эксперимен-

тальную базу, единые методы и инструментарии для

исследования и т.д., а отличаются в основном характери-

стиками и способами электромагнитных воздействий.

Данный проект предполагает решение важной

научной проблемы мирового уровня с непосредст-

венным увеличением объема знаний для более глу-

бокого понимания предмета исследования, разработ-

ки прогнозов развития науки и техники, формирова-

ния новых принципов и закономерностей.

По данному проекту получены следующие на-

учные результаты:

1. Комплексная методология исследования и

обеспечения физической защиты информации в

цифровых электронных средствах интеллектуальных

зданий при ее обработке, хранении или передаче в

условиях электромагнитных воздействий и излуче-

ний: ПЭМВ полем, по сети питания, по металлокон-

струкциям, по проводным линиям связи; ПЭМИ от

цифровых электронных средств и побочной кондук-

тивной передачей информации через проводные ли-

нии связи; непреднамеренных электромагнитных

воздействиях от ЭСР, разряда молнии, импульса

ядерного взрыва, радиопередающих устройств, ин-

дустриальных источников.

2. Методики исследования и повышения защиты

информации в цифровых электронных средствах ин-

теллектуальных зданий при конкретных электромаг-

нитных воздействиях и излучениях: ПЭМВ полем, по

сети питания, по металлоконструкциям, по проводным

линиям связи; ПЭМИ от цифровых электронных

средств и побочной кондуктивной передачей информа-

ции через проводные линии связи; непреднамеренных

электромагнитных воздействиях от ЭСР, разряда мол-

нии, импульса ядерного взрыва, радиопередающих

устройств, индустриальных источников.

3. Математические модели для исследования задач

защиты информации в цифровых электронных средст-

вах интеллектуальных зданий при электромагнитных

воздействиях и излучениях: ПЭМВ полем, по сети пи-

тания, по металлоконструкциям, по проводным линиям

связи; ПЭМИ от цифровых электронных средств и по-

бочной кондуктивной передачей информации через

проводные линии связи; непреднамеренных электро-

магнитных воздействиях от ЭСР, разряда молнии, им-

пульса ядерного взрыва, радиопередающих устройств,

индустриальных источников.

4. Сравнительные результаты (моделирование, экс-

перимент) по исследованию задач защиты информации

в цифровых электронных средствах интеллектуальных

зданий при электромагнитных воздействиях и излучени-

ях: ПЭМВ полем, по сети питания, по металлоконструк-

циям, по проводным линиям связи; ПЭМИ от цифровых

электронных средств и побочной кондуктивной переда-

чей информации через проводные линии связи; непред-

намеренных электромагнитных воздействиях от ЭСР,

разряда молнии, импульса ядерного взрыва, радиопере-

дающих устройств, индустриальных источников.

5. Постановка и решение задач оптимизации

компоновки, размещения и трассировки компонент

цифровых ЭС ИЗ при электромагнитных воздействи-

ях и излучениях по критерию защиты информации.

6. Постановка и решение задач оптимизации раз-

мещения цифровых ЭС в ИЗ при электромагнитных

воздействиях и излучениях по критерию защиты ин-

формации.

7. Рекомендации по развитию системы нацио-

нальных стандартов и разработке общих положений

по организации работ по защите информации в циф-

ровых ЭС ИЗ.

8. Новые требования к средствам защиты ин-

формации в цифровых ЭС ИЗ и средствам обнару-

жения электромагнитных атак, нормы и правила.

9. Рекомендации по исследованию и обеспече-

нию защиты информации в цифровых ЭС ИЗ при

электромагнитных воздействиях и излучениях для

этапа разработки ЭС и проектирования ИЗ.

10. Рекомендации и обоснования по развитию

исследуемой научной проблемы данной поисковой

НИР в новую поисковую работу и конкретные при-

кладные НИР.

497

О ПОКАЗАТЕЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИПОДВИЖНЫХ И СТАЦИОНАРНЫХ УСТАНОВОК

С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ НАСЫЩЕНИЯ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМИ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫМИ

ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ

П.

В.

ЛИНКОВ

ОССИЯ

А.

М.

ИШНЕВСКИЙ

ОССИЯ

Б.

Н.

ОРОДЕЦКИЙ

ОССИЯ

А.

И.

ОРШКОВ

ОССИЯ

Е.

А.

ВЯДОЩ

ОССИЯ

ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова», pavel-blinkov@yandex.ru

Аннотация. Предлагается ввести в качестве характеристики внутренней ЭМС стационарных и под-

вижных установок показатель, определяющий их ЭМС как запас помехоустойчивости при совмест-

ной работе смонтированных на них технических средств. Использование этого показателя позволяет

оптимизировать требования по обеспечению ЭМС установки в целом без необоснованного увеличе-

ния стоимости, веса и габаритов технических средств, а также увеличения стоимости самой установ-

ки. Оценка этого показателя может производиться с использованием аппаратуры отраслевого мо-

бильного комплекса ЭМС, разработанного применительно к специфике использования на строящих-

ся кораблях и судах.

Abstract. It is suggested to introduce an internal EMC indicator for fixed and mobile units to define EMC as

reserve of interference immunity under simultaneous working of equipment. This indicator is helpful for op-

timization of EMC requirements for the whole unit without unjustified increase in cost, weight and size of

equipment as well as the unit total cost. This indicator can be estimated using a portable EMC instrumenta-

tion system developed specifically for application on ships under construction.

Требования по электромагнитной совместимости

(ЭМС) до настоящего времени предъявлялись только

к техническим средствам установок. При этом пред-

полагается, что согласованность требований по уров-

ню эмиссии электромагнитных помех техническими

средствами и норм помехоустойчивости технических

средств промышленного объекта гарантируют их спо-

собность функционировать с заданным качеством в

условиях реальной электромагнитной обстановки ус-

тановок без недопустимых электромагнитных помех

другим техническим средствам.

Практика строительства и сдачи промышленных

объектов, в том числе стационарных и подвижных

установок, насыщенных техническими средствами,

например кораблей и судов, показала недостаточную

эффективность этого подхода. Для него, с одной сто-

роны, требуются необоснованно завышенные затра-

ты, связанные с реализаций соответствующих меро-

приятий по обеспечению электромагнитной обста-

новки на установке, а с другой стороны все же не

исключаются нештатные ситуации, обусловленные

влиянием электромагнитных полей. Это связано

также с тем, что при испытаниях ЭМС технических

средств кабельная сеть радиоэлектронных комплек-

сов на установке воспринимается как пассивный

элемент. Её размещение осуществляется на основе

только практического опыта проектанта и монтаж-

ника. Поэтому окончательная оценка ЭМС техниче-

ских средств установки в целом производится после

их монтажа при испытании работоспособности уста-

новки в целом.

Результаты испытаний установок, ввиду огра-

ниченной длительности их проведения, носят веро-

ятностный характер. При малом запасе помехо-

устойчивости технических средств в условиях кон-

кретной электромагнитной обстановки (ЭМО) по-

тенциальные дефекты, влияющие на параметры

ЭМС, не могут быть выявлены. Например, вероят-

ность сбоев при передаче информации в высокоско-

ростных линиях связи нормируется на уровне оши-

бок порядка 10

-7

. Такую величину практически не-

возможно выявить во время испытаний установки,

но сбои, обусловленные ею, могут проявляться при

эксплуатации.

Предлагается ввести в качестве характеристики

внутренней ЭМС установки показатель, определяю-

щий её ЭМС как запас помехоустойчивости при со-

вместной работе смонтированных на ней техниче-

ских средств. Этот характеристика, в комплексе с

соответствующими характеристиками установки,

определяемыми её назначением, экологическими

характеристиками и т.п., может являться влияющей,

в том числе, на её стоимость и конкурентные пре-

имущества.

При проектировании установки её ЭМС при

этом может определяться как минимальная величина

запаса помехоустойчивости, определяемая сопостав-

лением расчетной оценки ЭМО и параметров ЭМС

технических средств в зонах их размещения.

Методика экспериментальной оценки этого па-

раметра (патент РФ № 2374654) предполагает автома-

тическую регистрацию параметров ЭМО при совме-

498

стной работе помехоактивных и помехочувствитель-

ных технических средств, с её последующим воспро-

изведением при циклическом повышении уровня по-

мех в зоне размещения помехочувствительных техни-

ческих средств, а также их кабельных трасс. Этим

автоматически учитываются не только электромаг-

нитные поля, создаваемые техническими средствами

установки (её электротехническим и радиоэлектрон-

ным оборудованием, включая кабельные трассы,

средства связи и т.п.), но и влияние конструктивных

параметров самой установки (экранирующее действие

корпусных конструкций, резонансные характеристики

помещений, качество заземлений и т.п.). Поэтому ре-

зультаты указанных испытаний характеризуют факти-

ческий запас помехоустойчивости технических

средств установки в условиях конкретной зоны уста-

новки, где они смонтированы.

Реализация предложенного способа оценки по-

казателя ЭМС установки позволяет оптимизировать

требования по обеспечению ЭМС установки в целом

без необоснованного увеличения стоимости, веса и

габаритов технических средств, а также увеличения

стоимости самой установки. При этом предложен-

ный способ и мобильный аппаратурный комплекс

для его реализации, за счет диагностирования потен-

циально опасных источников электромагнитных по-

мех и исключения их влияния упомянутыми выше

мероприятиями, обусловливает снижение вероятно-

сти нештатных ситуаций, вызванных проблемами

ЭМС и приводящими к срыву сроков сдачи про-

мышленных объектов.

Так как конечной целью обеспечения ЭМС ус-

тановок является не только сдача в эксплуатацию

промышленных объектов без сбоев во время совме-

стного функционирования систем и остальных тех-

нических средств на их установках, но и снижение

рисков возникновения нештатных ситуаций, то пред-

ложенный подход позволяет достичь этой цели при

снижении суммарных затрат. Введение предложен-

ного показателя дает основание для декларирования

обеспечения ЭМС при проектировании и строитель-

стве установок.

499

ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY INDICATOR FOR MOBILE

AND FIXED UNITS OUTFITTED WITH NUMEROUS ELECTRIC AND

RADIO-ELECTRONIC SYSTEMS

LINKOV

USSIA

А.

ISHNEVSKY

USSIA

ORODETSKY

USSIA

А.

ORSHKOV

USSIA

Е.

А.

VYADOSHCH

USSIA

Krylov Shipbuilding Research Institute, pavel-blinkov@yandex.ru

Until now the electromagnetic compatibility (EMC)

requirements have been formulated only with respect to

outfit equipment of units. It has been assumed that com-

patibility of equipment electromagnetic emission levels

with the regulated electromagnetic interference (EMI)

resistance of the unit guarantees that the equipment will

have the performance of specified quality in actual EMI

environment of the unit without unacceptable effects on

other systems.

The practical experience with construction and

commissioning trials of industrial objects including fixed

and mobile units like ships and marine structures has

indicated that such approach is not quite efficient. On the

one hand, it incurs high costs for implementing relevant

EMC measures on the unit, and, on the other hand, fails

to eliminate accidents due to electromagnetic emissions.

Among other considerations it has to do the fact that in

EMC tests of equipment the cable network of radio-

electronic systems on the unit is treated as a passive ele-

ment. The cable lines are fitted based on practical exper-

tise of designers and assemblers only. Therefore, the

final assessment of equipment EMC is made after instal-

lation during functional testing of the whole unit.

In view of limited time the tests of units provide

probabilistic results. In case of small EMI resistance

margin of equipment in actual electromagnetic environ-

ment (EME) it is impossible to identify potential defects

affecting the EMC parameters. E.g., the probability of

failures in high-speed data transmission lines is specified

at about 10

-7

. This value is practically impossible to de-

tect during the unit test but such failures may affect op-

eration.

It is suggested to introduce an internal EMC indica-

tor for units defining EMC as interference resistance

margin under concurrent onboard operation of outfit

equipment. This characteristic along with other relevant

characteristics of the unit depending on its mission, envi-

ronment characteristics, etc. may have effect on the unit

cost and competitiveness.

In the design the unit EMC can be defined as the

minimum EMI resistance margin determined from com-

parison of the estimated EME at equipment locations and

EMC parameters of equipment.

The methodology for experimental evaluation of

this parameter (Patent of Russian Federation No.

2374654) involves automatic logging of EME parame-

ters under con-current operation of equipments generat-

ing EMI and susceptible to EMI. Then the EME is re-

produced with cyclic increase of EMI levels in way of

susceptible equipments as well as their cable lines. Thus,

it enables us to automatically include in the analysis not

only electromagnetic fields produced by outfit equip-

ment (electric and radio-electronic instruments including

cable lines, communication devices, etc.), but also the

effect of unit design features (shielding effect of hull

structures, resonance characteristics of compartments,

quality of grounding arrangements, etc.). Therefore, the

results of such tests describe the actual EMI resistance

margin of outfit equipment in specific unit area where

this equipment is installed.

The proposed approach to EMC evaluation provides

for optimization of EMC requirements for the whole unit

without unjustified increase in cost, weight and size of

equipment as well as the unit total cost. It should be not-

ed that the proposed method and portable EMC instru-

mentation system diagnose potentially dangerous EMI

sources and make it possible to eliminate harmful effects

(using measures discussed above) and reduce the risk of

EMC-related accidents causing delays in commissioning

schedules.

The final goal of EMC efforts, apart from delivering

a unit operating without failures under con-current op-

eration of onboard equipment and systems, is to reduce

the risks of accidents during service life, which the pro-

posed approach enables to reach with lower overall

costs. Introduction of the proposed indicator enables

specification of EMC for the design and construction of

units.

500

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С

ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬЮ ДЛЯ

СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ УСТАНОВОК

П.

В.

ЛИНКОВ

ОССИЯ

А.

И.

ОРШКОВ

ОССИЯ

А.

ЕТАНИН

ОССИЯ

Е.

А.

ВЯДОЩ

ОССИЯ

ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова», pavel-blinkov@yandex.ru

Аннотация. Разработан и испытан макетный образец высокоскоростной кабельной линии с повы-

шенной помехозащищенностью для стационарных и подвижных установок. Повышенная помехоза-

щищенность достигается выполнением магистрального участка линии (проходящего по кабельным

трассам через помещения или части установки) из оптоволоконного кабеля и местных кабелей (рас-

полагаемых в зоне размещения радиоэлектронных средств) с витыми парами. Это позволяет прокла-

дывать линию через помещения с повышенным уровнем помех, в том числе в общих трассах с сило-

выми кабелями. Испытания подтвердили параметры помехоустойчивости линии, соответствующие

условиям прокладки в жесткой электромагнитной обстановке, характерной для стационарных и под-

вижных установок.

Abstract. A mock-up model of high-speed cable line with enhanced interference protection for fixed and

mobile units has been developed and tested. The enhanced interference protection is ensured by using a fi-

ber-optic cable for the main line section (laid in common cable routes through compartments or parts of the

unit) and local twisted-pair cables (placed near radio-electronic equipment). This concept makes it possible

to run the line through spaces with high levels of interferences including common routing with power cables.

The tests have confirmed that interference protection features of the cable line are suitable for running the

line in spaces with tough electromagnetic conditions typical for fixed and mobile units under consideration.

Проблема электромагнитной совместимости

(ЭМС) заключается в обеспечении эффективной ра-

боты радиоэлектронных средств, включая их высо-

коскоростные кабельные линии, в условиях реальной

помеховой электромагнитной обстановки.

Помехозащищенность высокоскоростных ка-

бельных линий в отечественной практике, как пра-

вило, экспериментально не оценивается, а разработ-

чиками используются данные только зарубежных

источников. Данные по устойчивости высокоскоро-

стных кабельных линий к электромагнитным воздей-

ствиям, характерным для условий применения в ста-

ционарных и подвижных установках, отсутствуют.

Необходимость экспериментального определения

параметров устойчивости высокоскоростных ка-

бельных линий к внешним электромагнитным полям,

и обусловила проведение настоящей работы.

До настоящего времени испытания на устойчи-

вость к воздействию электромагнитных полей и ис-

пытания параметров передачи информации в кабель-

ной линии производились как самостоятельные ис-

пытания. В настоящей работе эти испытания прове-

дены совместно.

Испытания проводились на макете высокоско-

ростной кабельной линии по методике, разработан-

ной с участием авторов.

Целью испытаний являлась проверка эффектив-

ности технических решений по защите от электро-

магнитных помех, заложенных при разработке маке-

тов высокоскоростных кабельных линий, создавае-

мых для использования в системах радиоэлектронно-

го вооружения и управления техническими средст-

вами стационарных и подвижных установок.

Для достижения поставленной цели были про-

ведены следующие испытания:

- проверка на устойчивость макетного образца

типовых высокоскоростных кабельных линий к воз-

действию магнитных полей;

- проверка на устойчивость макетного образца

типовых высокоскоростных кабельных линий к воз-

действию высокочастотных импульсных помех;

- проверка на устойчивость макетного образца

типовых высокоскоростных кабельных линий к воз-

действию электромагнитных полей.

Схема макета высокоскоростной кабельной ли-

нии с повышенной помехозащищенностью приведена

на рисунке 1. Макет состоит из магистрального опто-

волоконного кабеля 5 с разъемами 3 (двух участков

соединенных между собой с помощью оптического

соединителя 4), двух оптоэлектронных преобразова-

телей различного исполнения (А и Б) и двух кабелей

на основе витых пар с разъемами 1, один из которых

импортного производства 2, а другой российского 6.