Método de batir
Este es el segundo artículo sobre la aplicación de resonancias a la destrucción de objetos físicos.
Primer articulo "Rastro ruso del virus Stuxnet" fue de carácter introductorio, y fue diseñado para una amplia audiencia no profesional.
Es hora de familiarizarse con este método en detalle, pero primero, mire el video con un claro ejemplo de resonancia, luego creo que el tema del artículo se volverá más claro, porque es mejor ver una vez que leer cien veces ...
Aquí hay un video:
Aquí hay otro:
Así que por favor trata la resonancia con respeto.
Un Stuxnet tan famoso y desconocido.
El famoso virus Stuxnet ahora se ha convertido en una especie de historia de horror, todos lo saben, pero nadie entiende completamente cómo logró destruir en secreto las centrifugadoras para enriquecer uranio en el transcurso de dos años. Esto no es ni siquiera un sabotaje, sino un método más sofisticado de sabotaje: el sabotaje.
Solo piense en el transcurso de dos años, cientos de centrifugadoras se descomponen constantemente, todos los programas de producción se rompen, los expertos lo llaman "en el oído" y no pueden hacer nada hasta que se reciba un mensaje de Bielorrusia sobre la detección de un virus cuya carga de combate fue el módulo de actualización de software interno para Empresa de automatización industrial Siemens.
Más tarde, este virus fue llamado Stuxnet. Entendido utilizando el método de infección, con los métodos de su penetración al nivel del kernel y el método de romper la protección de contraseña de los controladores Simatic S7 en la red local. Algo se entendió a partir de lo que hace el firmware del software de grupo de controlador de grupo de centrifugadoras actualizado por el virus.
Pero nadie ha explicado aún el método físico de desactivar el equipo en este acto de sabotaje. Por lo tanto, trataremos de resolver este enigma más importante.
Lo que sabemos
Este controlador Simatic S7 Completo con módulos periféricos:
La unidad de microprocesador en sí es una caja con una llave azul, el resto es la periferia. El software del microcontrolador (que utiliza un lenguaje de intérprete especial de STEP 7) se coloca en la memoria flash interna. El software y el firmware del controlador se actualizan a través de la red, o físicamente, a través de una unidad flash extraíble. Dichos controladores se agruparon de inmediato en dispositivos de control para la centrífuga a gas 31.
Pero las centrifugadoras se rompieron directamente a través de otros dispositivos, - un convertidor de frecuencia para el funcionamiento de un motor eléctrico, aproximadamente de la siguiente manera:
Así es como se ven los convertidores de frecuencia (convertidores) para motores eléctricos asíncronos de varias potencias. El nombre implica el propósito funcional de este dispositivo, convierte el voltaje de una red estándar (tres fases 360V) en un voltaje trifásico de una frecuencia diferente y una clasificación diferente. La conversión de voltaje se controla mediante señales de la red o se configura manualmente desde el panel de control.
Un controlador Simatic S7 controlaba el grupo (dispositivo 31) de los convertidores de frecuencia a la vez, respectivamente, era un grupo de CU para la centrífuga 31.
Según los expertos, la semántica del software del controlador de control de grupo fue fuertemente modificada por el virus Stuxnet, y consideraron que la causa inmediata de las roturas de la centrifugadora era la salida del software del controlador modificado. Simatic S7 Comandos del grupo SU en convertidores de frecuencia.
Modificado por el virus, el software de la unidad de control una vez durante el intervalo de cinco horas en 15 minutos cambió la frecuencia de operación de cada convertidor de frecuencia y, en consecuencia, la frecuencia de rotación del motor eléctrico de la centrífuga conectada a él.
Así es como se describe en la firma de investigación Semántica:
Por lo tanto, cambia de 1410Hz a 2Hz a 1064Hz y luego otra vez. 807 Hz y 1210 Hz.
Entonces, la velocidad del motor cambia de 1410Hz en pasos de 2Hz a 1064Hz y luego retrocede. Como recordatorio, la frecuencia operativa normal en este momento se mantuvo entre 807 Hz y 1210 Hz.
Y la semántica llega a una conclusión basada en esto:
Así, el sabotaje de Stuxnet
(Por lo tanto, Stuxnet sabotea el sistema al desacelerar o acelerar el motor a diferentes velocidades en diferentes momentos).
Para los programadores modernos que conocen la física y la ingeniería eléctrica solo en el volumen de la escuela secundaria, esto probablemente sea suficiente, pero para los especialistas más competentes, tal explicación no es consistente. Cambiar la velocidad de rotación del rotor de la centrífuga dentro del rango permitido y un exceso a corto plazo de la frecuencia de funcionamiento en 200 Hz (aproximadamente el 15%) del valor nominal en sí mismo no puede conducir a averías masivas del equipo.
Pocos detalles tecnicos
Esta es una cascada de centrifugadoras de gas para la producción de uranio enriquecido:
Hay docenas de tales cascadas en las fábricas de enriquecimiento de uranio, el número total de pasadas de centrifugadoras para 20-30 mil ...
La centrífuga en sí es un dispositivo bastante simple, su dibujo esquemático:
Pero esta simplicidad constructiva es engañosa, el hecho es que el rotor de una centrífuga de este tipo, de aproximadamente dos metros de largo, gira a una velocidad de aproximadamente 50 000 revoluciones por minuto. Equilibrar un rotor con una configuración espacial compleja, de casi dos metros de longitud, es una tarea muy difícil.
Además, se requieren métodos especiales de suspensión del rotor en los cojinetes, para este propósito, los cojinetes de agujas flexibles especiales se utilizan completos con una suspensión magnética compleja de autocentrado.
Para la confiabilidad del funcionamiento de las centrifugadoras de gas, el principal problema es la resonancia de la estructura mecánica, que está asociada con ciertas velocidades de rotación del rotor. Las centrifugadoras de gas incluso se clasifican sobre esta base. Una centrífuga que opera a una velocidad de rotor superior a la resonante se denomina supercrítica, inferior a subcrítica.
No es necesario pensar que la frecuencia de rotación del rotor es la frecuencia de la resonancia mecánica. Nada de eso, la resonancia mecánica está conectada con la velocidad de rotación del rotor de la centrífuga a través de dependencias muy complejas. La frecuencia de resonancia y la velocidad del rotor pueden variar en un orden de magnitud.
Por ejemplo, una región resonante típica de una centrífuga es una frecuencia dentro de 10Hz-100Hz, mientras que la velocidad del rotor es 40-50 a miles de revoluciones por minuto. Además, la frecuencia de resonancia no es un parámetro fijo sino flotante, sino que depende del modo de operación actual de la centrífuga (composición, densidad de la temperatura del gas en primer lugar) y del retroceso en el diseño de la suspensión del rotor.
La principal tarea del desarrollador del equipo es evitar que la centrífuga funcione en modos de mayor vibración (resonancias); para ello, sistemas automáticos de bloqueo de emergencia por nivel de vibración (galgas extensométricas), funcionamiento a velocidades del rotor provocando resonancia en la estructura mecánica (tacómetros), aumento de las cargas de corriente del motor ( protección actual).
Los sistemas de emergencia nunca se combinan con el equipo responsable del funcionamiento normal de la instalación, son sistemas electromecánicos separados, generalmente muy simples para detener el trabajo (solo interruptores de emergencia). Por lo tanto, no los deshabilite y reconfigure mediante programación.
Los colegas de EE. UU. E Israel tuvieron que resolver una tarea completamente no trivial, Destruye la centrífuga sin al mismo tiempo activar la automatización de protección.
Y ahora sobre lo desconocido, cómo se hizo.
Con la mano ligera de los traductores del centro científico "NAUTSILUS", que tradujeron la investigación de los especialistas de Symantik al ruso, muchos especialistas que no leyeron el informe de Symantik en el original opinaron que el accidente fue causado por la frecuencia del voltaje de funcionamiento reducido a 2Hz al motor eléctrico centrífugo.
Este no es el caso, la traducción correcta se da al principio del texto del artículo.
Y, en principio, es imposible reducir la frecuencia de la tensión de alimentación de un motor eléctrico asíncrono de alta velocidad a 2Hz. Incluso un suministro a corto plazo de tal voltaje de baja frecuencia a los devanados provocará un cortocircuito de los devanados y una protección contra sobrecorriente.
Todo se hizo mucho más inteligente.
El método de excitación de la resonancia en los sistemas electromecánicos que se describe a continuación podría decirse que es nuevo, y se me considera su autor, pero es muy probable que los autores del virus Stuxnet ya lo hayan aplicado, así que, por desgracia, todo lo que queda es plagiar ...
Y sin embargo, explico en los dedos, gastando al mismo tiempo un programa educativo sobre los fundamentos de la física. Imaginemos mentalmente una carga masiva, digamos una tonelada, colgando de un cable, supongamos un medidor 10 largo. Tenemos el péndulo más simple con su propia frecuencia de resonancia.
Supongamos además que quieres sacudir su dedo meñique, aplicando fuerza en 1kg. Un solo intento no conducirá a ningún resultado visible.
Por lo tanto, debe presionarlo repetidamente, poniendo esfuerzos en 1k, digamos 1000, y luego puede suponer que una fuerza tan múltiple será equivalente a una aplicación de fuerza por tonelada, que es suficiente para construir un péndulo.
Y así, cambiamos de táctica y comenzamos a empujar repetidamente la carga suspendida con el dedo meñique, cada vez poniendo esfuerzo en 1kg. Fallaremos de nuevo, porque los físicos no saben ...
Y si lo supieran, primero considerarían el período de oscilación del péndulo (el peso es absolutamente insignificante, la suspensión de los medidores 10, la fuerza de gravedad 1g) y comenzaron a empujar la carga con este dedo meñique con el dedo meñique. La fórmula es bien conocida:
Minutos a través de 10-20 este péndulo que pesa en cambios de tonelada para que "Mamá no llore".
Y no es necesario presionar el dedo meñique en cada oscilación del péndulo, esto se puede hacer una vez y después de las dos, e incluso después de cien oscilaciones del péndulo. Es solo que el tiempo para la acumulación aumentará proporcionalmente en este caso, pero el efecto de la acumulación se conservará completamente.
Y sorprenderé a las personas que conocen física y matemáticas en la escuela secundaria (el nivel de conocimiento de un programador moderno típico), el período de oscilaciones de tal péndulo no depende de la amplitud de las oscilaciones, oscila un milímetro o metro desde el punto de descanso, el período de oscilación y, por consiguiente, la frecuencia de oscilación del péndulo. es constante
Cualquier estructura espacial no tiene ni una, sino varias frecuencias resonantes, de hecho, hay varios péndulos de este tipo en ella. Debido a sus características técnicas, las centrifugadoras de gas tienen la llamada frecuencia de resonancia fundamental de alta calidad (acumulan efectivamente la energía de oscilación).
Solo queda hacer girar la centrífuga de gas a la frecuencia de resonancia con el dedo. Broma, por supuesto, si hay un motor eléctrico con un sistema de control automático, entonces lo mismo puede hacerse mucho más discretamente.
Para hacer esto, necesita aumentar / disminuir la velocidad del motor eléctrico en chorros (como lo hizo el virus, según 2Hz) y producir estas sacudidas con la frecuencia de resonancia del diseño mecánico de la centrífuga.
En otras palabras, es necesario emitir la frecuencia de la resonancia mecánica al motor utilizando un convertidor de frecuencia de frecuencia variable. El momento de la fuerza que surge en el motor cuando la frecuencia de los cambios de tensión de alimentación se transmitirá a la caja con la frecuencia de resonancia mecánica y las oscilaciones de resonancia gradual alcanzarán el nivel en el que la instalación comenzará a colapsarse.
Las fluctuaciones de frecuencia en torno a un cierto valor promedio se denominan "tiempos", este es el efecto estándar de cualquier convertidor de frecuencia, se dice que la frecuencia "camina" dentro de ciertos límites, generalmente no más de décimas de un porcentaje del valor nominal. Los saboteadores disfrazados bajo estos ritmos de frecuencia naturales, modificaron la frecuencia del motor eléctrico, la introdujeron artificialmente y la sincronizaron con la frecuencia de la resonancia mecánica del diseño espacial de la centrifugadora.
Ya no voy a entrar en el tema, de lo contrario me acusarán de escribir instrucciones paso a paso para los saboteadores. Por lo tanto, fuera de la discusión, dejaré la cuestión de encontrar la frecuencia de resonancia para una centrífuga específica (es individual para cada centrífuga). Por el mismo motivo, no describiré el método de ajuste "fino" cuando necesite equilibrarse a punto de activar una protección de emergencia contra las vibraciones.
Estas tareas se resuelven a través de sensores de voltaje de salida de corriente disponibles programáticamente instalados en convertidores de frecuencia. Cree la palabra: es bastante realizable, está solo en los algoritmos.
Nuevamente sobre el accidente en la HPP Sayano-Shushenskaya
En un artículo anterior, se planteó la hipótesis de que un accidente en una estación hidroeléctrica fue causado por el mismo método (método de resonancia) que en una planta de concentración de uranio en Irán, utilizando un software especial.
Esto, por supuesto, no significa que el mismo virus Stuxnet haya funcionado aquí y allá, por supuesto que no. El mismo principio físico de la destrucción de un objeto, la resonancia artificial de una estructura mecánica, funcionó.
La presencia de resonancia se indica mediante la presencia de las tuercas desenroscadas que aseguran la cubierta de la turbina y la indicación del único sensor en funcionamiento en el momento del accidente del sensor de vibración axial.
Teniendo en cuenta la coincidencia del tiempo y las causas del accidente de la HPP con el hecho del sabotaje en la planta de enriquecimiento de uranio iraní, el sistema de control de vibraciones continuas se apagó en el momento del accidente, el funcionamiento de la unidad bajo el control del sistema de control automático de la unidad de turbina, se puede suponer que la resonancia no fue un fenómeno aleatorio, sino provocado por el hombre.
Si esta suposición es cierta, entonces, en contraste con la situación de las centrifugadoras de gas, la tarea de destruir una unidad de turbina requería una intervención manual. El equipo disponible en la estación hidroeléctrica no permitió que el software de manipulación detectara automáticamente la frecuencia de resonancia individual y luego mantuviera las vibraciones en el modo de emergencia sin activar los sensores de alarma.
En la central hidroeléctrica, el trabajo del software de sabotaje requería el uso del "factor humano". Alguien de alguna manera tuvo que apagar el servidor de control de vibración, y antes de eso, transferir a los desarrolladores del software de sabotaje los parámetros de resonancia de una unidad de turbina específica, que se eliminaron seis meses antes del accidente durante el mantenimiento programado.
El resto fue un truco.
No es necesario pensar que la resonancia ocurrió en el cuerpo del rotor de la turbina, por supuesto que no. Fue causado por la resonancia de la capa de agua, saturada con cavidades elásticas de cavitación ubicadas entre el rotor de la turbina y las aspas de la paleta de guía.
Es fácil imaginar tal analogía, a continuación se encuentra un resorte de cavidades entre el rotor de la turbina y las aspas de la aleta guía, y este resorte se apoya en una columna de agua de cien metros de altura. Resulta el perfecto circuito oscilante. Agitar tal sistema de péndulo es una tarea muy real.
Es por esta resonancia. Todo Las cuchillas de la paleta guía se rompieron, y no mecánicamente, por los impactos, pero se rompieron por la carga dinámica. Aquí hay fotos de estas cuchillas rotas, no hay rastros de choques mecánicos en sus superficies:
Las cuchillas rotas de la paleta guía bloquearon el orificio de drenaje de la turbina, y fue debido a esta circunstancia imprevista que el accidente comenzó a convertirse en una catástrofe.
El rotor de la turbina se hizo similar al tornillo de un supertanca, y comenzó a girar en una "lata cerrada de agua" con una masa de mil toneladas y media y una velocidad de rotación de 150 revoluciones por minuto. En el área de trabajo de la turbina, se creó una presión de agua tan excesiva que la tapa se voló y la turbina, según testigos presenciales, junto con el rotor del generador (una máquina de mil toneladas y media) voló hasta el techo de la sala de máquinas.
Lo que era más conocido por todos.
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