Broń EMP – jak działa i czym grozi humanitarny postrach naszych czasów?

Wraz z postzimnowojennym odprężeniem bomby neutronowe odeszłyna szczęście do historii (podobno jedynie Chińczycy posiadająwciąż kilka takich głowic), a to, jak bardzo zmienił się od tamtychczasów świat najlepiej pokazuje kariera broni generującej impulselektromagnetyczny (EMP, Electromagnetic Pulse), będącejsymbolicznym przeciwieństwem broni neutronowej. Atak taką broniąmiałby w teorii być całkowicie nieszkodliwy dla żywych istot, azarazem niszczyłby elektryczną i elektroniczną infrastrukturęprzeciwnika. Z perspektywy ograniczeń towarzyszących współczesnymwojnom, byłaby to więc broń idealna, dobrze wypadająca w mediach.Dziś, gdy sytuacja międzynarodowa jest delikatnie mówiąc, niezbytciekawa, warto zapoznać się bliżej z bronią, której użyciemiałoby sprawić, że wszystkie nasze laptopy, smartfony, konsole,telewizory, routery, urządzenia Internetu Rzeczy, ale przedewszystkim wszechobecne dziś mikrokontrolery będą nadawały siętylko na śmietnik. Tak, przeżyjemy – ale czy będziemy potrafiliżyć wśród stosów elektronicznego śmiecia? Zapraszamy dozapoznania się z realiami wojny przyszłości, znacznie bardziejprawdopodobnymi, niż hakerskie sztuczki rodem z Hollywood.

Po raz pierwszy możliwości impulsu elektromagnetycznegozrozumiano w 1962 roku, niejako przy okazji jednego z testów broninuklearnej w stratosferze nad wyspami Pacyfiku (tzw. Starfish Prime).Zdetonowany ładunek o mocy 1,44 megatony doprowadził do zniszczeniasatelitarnych systemów, zablokowania na ponad pół godzinyłączności radiowej, a nawet awarii sieci elektrycznej na Hawajach,1400 km od miejsca wybuchu.

Odkrycie Amerykanów spowodowało wyścig zbrojeń w tejdziedzinie i rozwój nuklearnych ładunków przeznaczonych przedewszystkim do generowania EMP (tzw. NEMP, Nuclear EMP)). ZSRR w tymsamym 1962 roku przeprowadziło testy z serii K, nad Kazachstanem, zktórych najbardziej udany, test 184, doprowadził do zapłonumierzącej setki kilometrów podziemnej linii energetycznej i pożarupołączonej z nią elektrowni. O tym, co się stało z sieciątelefoniczną nawet nie ma co wspominać. Wystarczył tu ładunektylko o mocy 300 kT. Jak jednak te zjawiska były możliwe?

EMP powstaje w wyniku zmian przyspieszenia cząstek obdarzonychładunkiem, w większości elektronów – stają się one źródłempromieniowania elektromagnetycznego przenoszonego falami o szerokimzakresie częstotliwości, tym silniejszego, im gwałtowniejsza jestzmiana. Impuls indukuje w urządzeniach elektrycznych wzrost napięciado setek a nawet tysięcy woltów, to zaś przekłada się nachwilowy wzrost natężenia prądu elektrycznego, niszczącego obwodyi elementy elektroniczne, często topiącego ich izolację. Trudno bybyło inaczej, w zwykłej elektronice półprzewodnikowejwykorzystuje się napięcia od 5 do 15 V, a w mikroprocesorach nawetponiżej 3 V.

Rozwój nuklearnego EMP polegał na optymalizowaniu rozkładupromieniowania, tak by przekazano zdecydowaną jego większość wtzw. impulsie E1, czyli krótkotrwałym, ale bardzo intensywnym poluelektromagnetycznym. E1 to efekt promieniowania gamma z eksplozjinuklearnej, które jonizuje atomy w górnych warstwach atmosfery(tzw. zjawisko Comptona). Elektrony zmierzają tu ku powierzchniziemi z prędkościami bliskimi prędkości światła, jako potężnypionowy impuls prądu elektrycznego. Pole magnetyczne planety odbijaje jednak pod kątem, wywołując w tym momencie impulselektromagnetyczny.

Odwrót od szaleństwa wzajemnie gwarantowanego zniszczeniauspokoił superpotęgi także w dziedzinie NEMP. Nie zakończyło tojednak prac nad bronią elektromagnetyczną jako taką. Już w 1950roku rosyjski fizyk Andriej Sacharow opisał konstrukcję generatoraz kompresją strumienia magnetycznego FCG, broni generującej impulsEMP bez eksplozji atomowej. W założeniu chodziło o przekazanieenergii eksplozji chemicznego ładunku wybuchowego do silnego polamagnetycznego, wzbudzonego tuż przed wybuchem z elektrycznegogeneratora. Sacharow sugerował użycie metalowego cylindrazawierającego materiał wybuchowy, owiniętego miedzianą cewką izamkniętego w powłoce z izolatora (np. szkła czy masyepoksydowej). Była to mało efektywna konstrukcja, generująca falęo niskiej częstotliwości, rozpraszająca mnóstwo energii „naboki” ładunku – ale zapoczątkowała prace nad znacznie bardziejzaawansowanymi broniami typu NNEMP (Non-Nuclear ElectromagneticPulse).

Wkrótce po pomyśle Sacharowa na świecie pojawił się kolejnyradziecki wynalazek, znany dziś pod swoją angielską nazwą jakowirkator (od virtual cathode oscillator). To w zasadzie lampaelektronowa, w której z jednej strony znajduje się otulonamagnesami zimna katoda, a z drugiej falowód. Katoda wyzwala impulswysokiego napięcia, wygenerowany przez cewkę gwałtownie ściśniętąwybuchem w polu magnetycznym (w broniach jednorazowych) lub np.generatorze napięcia impulsowego z prądu stałego (w broniachwielorazowego użytku). Taki impuls o napięciu kilku kilowoltów iczasie trwania kilkudziesięciu nanosekund jest przyciągany docienkiej anody połączonej z uziemioną obudową. Intensywnośćimpulsu sprawia jednak, że wiele elektronów przenika przez anodę itworzy chmurę wirtualnej katody. Wzajemne odpychanie elektronów iprzyciąganie ich do anody prowadzi do oscylacji między realną iwirtualną katodą, generujących mikrofale. Dostajemy więckierunkowy rezonator mikrofalowy, który generuje nam krótkieimpulsy mikrofal w wąskich, gigahercowych pasmach, o mocy sięgającejnawet jednego terawata (choć w militarnych zastosowaniach uzyskujesię zwykle od 300 kW do 50 GW).

Takie właśnie wirkatory wydają się być dzisiaj podstawowymmechanizmem działania broni elektromagnetycznej, choć już sięsłyszy o jeszcze skuteczniejszych konstrukcjach, reditronach, którezapewnić mają emisję mikrofal w jeszcze węższych pasmach i zjeszcze większą efektywnością. Niemniej jednak nawet działający w pasmie milimetrowym standardowy wirkator jest bardzo groźną bronią.Impuls przez niego wytworzony przeniknie przez nawet maleńkie szczeliny, docierając do osłoniętych instalacji.

Najbardziej prawdopodobną dziś formą ataku broniąelektromagnetyczną jest zrzucenie jej w postaci dużej bombylotniczej, detonowanej na wcześniej określonej wysokości. Brońtego typu, wykorzystująca najpewniej jakąś nowoczesną wersjęgeneratora FCG, z trudem się miniaturyzuje – musimy zapewnićodpowiedni ładunek elektryczny na rozruch, przenoszony w ważącejswoje baterii kondensatorów. Rozważano kwestie zasilania takichbomb bezpośrednio z samolotu, ale zwiększa to złożonośćkonstrukcji, a jak wiadomo, na wojnie nadmierna złożoność toproszenie się o problemy. Tak więc w wypadku Rosji najbardziejprawdopodobne byłoby użycie półtoratonowych bomb FAB-1500,przenoszonych m.in. przez bombowce Tu-22M. Mówi się też owykorzystaniu do przenoszenia ładunków EMP dużych naddźwiękowychpocisków manewrujących Raduga Ch-22.

W tego typu konstrukcjach najbardziej zaawansowane wydają siębyć dziś Stany Zjednoczone. Podstawowym nosicielem broni EMP wamerykańskim arsenale miałby być znacznie mniejszy pociskmanewrujący JAASM (notabene mający trafić też do uzbrojeniapolskich myśliwców F-16). Mówi się jednak o znacznienowocześniejszych systemach. Opracowywany wspólnie przez Boeinga iRaytheona CHAMP (Counter-electronics High Power Microwave AdvancedMissile Project), to nie tyle pocisk, co wykorzystująca wspomnianywyżej wirkator platforma bojowa, która po wystrzeleniu jest wstanie razić impulsem EMP nawet kilka celów. Podczas pierwszychtestów poligonowych w 2012 roku udało się zniszczyć siećkomputerową umieszczoną w symulowanym centrum dowodzenia wroga,atakując standardowym pociskiem dwa oddzielne cele z różnychkierunków.

Rosjanie nie zamierzają oczywiście pozostawać tu w tyle. W tymroku rosyjskie media poinformowały o demonstracji wykorzystującegoimpuls EMP systemu obrony przeciwlotniczej, które zostałoprzedstawione zaproszonym zagranicznym gościom podczas wystawyArmy-2015. Zamontowane na podwoziu systemu obrony plot Buk działaelektromagnetycznego działającego w paśmie fal centymetrowych(czyli takich samych, w jakich działają sieci Wi-Fi 5 GHz). Pozwalaono stworzyć sferę zakazu lotów w promieniu ponad 10 km odbronionej instalacji, będąc w stanie zniszczyć elektronikęsamolotów, dronów, pocisków manewrujących i innych lotniczychśrodków rażenia o wysokiej precyzji. Jak wówczas wyjaśnialiprzedstawiciele producenta systemu, firmy Rostec, ma ono byćodpowiedzią na zagrożenie amerykańskim systemem LOCUST,pozwalającym na koordynację ataku roju niewielkich dronów. Dziśstosowane systemy obrony przeciwlotniczej służą do zwalczaniapojedynczych, relatywnie dużych celów – rój niewielkich tanichobiektów może łatwo je sforsować, zmuszając broniącego się dowystrzelenia wszystkich swoich kosztownych pociskówziemia-powietrze. Elektromagnetyczne działo, zasilane przez naziemnygenerator, staje się tu uniwersalną, niewyczerpaną broniąprzeciwko atakom z powietrza.

Generalnie można powiedzieć, że bronie EMP rozwijane są (ibędą) w dwóch kierunkach – generowania nieskupionych impulsów oniskich częstotliwościach, skierowanych przeciwko obiektominfrastruktury cywilnej (centrale komunikacyjne, elektrownie,fabryki), oraz generowania skierowanych impulsów bardzo wysokiejczęstotliwości, wymierzonych w osłonięte cele wojskowe. Prace nadminiaturyzacją doprowadzić zaś mają do możliwości przenoszeniaładunków EMP także przez artylerię lufową i rakietową. Sądzącpo upodobaniu naszych wschodnich sąsiadów do korzystania z tejostatniej podczas wojny domowej, taka amunicja rakietowa EMP byłabybardzo pożądana przez wszystkie strony konfliktu.

Poszukiwane są też sposoby oceny efektów takiego ataku –paradoksalnie to jest w tym wszystkim najtrudniejsze. Efektówdziałania broni EMP po prostu nie widać z satelity czy zdjęćzwiadu lotniczego, konieczne jest utrzymywanie stałego zwiaduradioelektronicznego, by namierzyć ewentualne emisje falelektromagnetycznych i w razie potrzeby podjąć decyzję opowtórzeniu ataku. Jak to zwykle przy atakach lotniczych bywa,przeciwnik zapewne zrobi bardzo wiele, by zakamuflować właściwecele.

Sektor cywilny uświadomił sobie możliwości broni EMP znaczniepóźniej, niż wojsko. W styczniu 1999 roku Winn Schartau, znanyekspert od cyberbezpieczeństwa, pokazał na konferencji Defcon, jakza pomocą przenośnego emitera EMP zniszczyć stojące kilka metrówdalej dwa komputery. Po tym pokazie sprawą zainteresowała siętelewizja ABC, która wykorzystała taką broń na dwóch autach,skutecznie „smażąc” ich obwody elektroniczne i czyniąc jeniezdolnymi do jazdy. W zasadzie na atak odporne są jedynie systemyzbudowane w technice lampowej, optoelektronika, oraz elektronikatranzystorowa, wykorzystująca specjalne osłony antyradiacyjne iprzy tym odizolowana od świata. Nic z tego nie jest dla naszadowalające. Z techniki lampowej praktycznie się już niekorzysta, światłowody to tylko mała część infrastrukturytelekomunikacyjnej, w dodatku niezdolna do samodzielnego działania,zaś osłonięta przed EMP elektronika jest bardzo kosztowna i owiele mniej wydajna, niż „zwyczajny” sprzęt. W dodatku nawetosłonięta elektronika, by być przydatną, pozostaje w jakimśkontakcie ze światem, choćby przez źródła zasilania czy anteny –a wystarczy milimetrowa szczelina w osłonie, by falaelektromagnetyczna swoje zrobiła.

Trzeba przy tym pamiętać o jednym. Użycie bronielektromagnetycznej w jej obecnym rozumieniu nie plami rąknapastnika. O ile napaść za pomocą broni atomowej, biologicznejczy chemicznej w oczach wspólnoty międzynarodowej będzie wyglądałapaskudnie, to użycie broni EMP można przedstawić wręcz jako„humanitarne”, jako element strategii nieeskalowania konfliktu itroski o ludzkie życie. To tylko zwiększa prawdopodobieństwoużycia takich broni w konfliktach tu i teraz. Niewykluczone, żepierwsi skorzystają z niej Rosjanie, przeciwko celom naruszającymprzestrzeń powietrzną Syrii – podobno chroniący bazę lotnicząw Latakii system Krasucha-4 jest w stanie nie tylko zakłócaćśrodki rozpoznania przeciwnika, ale też w razie potrzeby niszczyćich elektronikę.

Co jednak faktycznie się stanie, gdy impuls zostanie wyzwolonynad naszą miejscowością? Powoływanie się na efekty doświadczeniaStarfish Prime z 1962 roku wcale nie musi mieć sensu. Tak naprawdęmało wiemy – Hawaje były bardzo daleko od detonacji, wyspa byłamała, pozbawiona długich linii energetycznych, a współczesnejelektroniki w tamtych czasach po prostu nie było. Wydaje sięjednak, że apokaliptyczne scenariusze, publikowane na tychwszystkich spiskowych stronach WWW nie są zbyt realistyczne.Istnieje przekonanie, że istotna jest długość dotkniętegoprzewodnika – im jest krótszy, tym lepiej, tak więc o ilefaktycznie energetyczne linie przesyłowe powinny zostać spalone, toprzynajmniej część samochodów powinna pozostać sprawna,okablowanie elektryczne aut nie jest aż tak długie. Tak samołatwiej jest przetrwać drobnej elektronice (np. zegarkom),szczególnie jeśli będzie wyłączona.

Nie ma co jednak bagatelizować efektów uderzenia EMP,szczególnie odczują je mieszkańcy miast, niesamodzielnych przecieżpod żadnym względem. Zniszczenie infrastruktury energetycznej itelekomunikacyjnej to chaos, który pociągnie za sobą wiele ofiar,początkowo wskutek paniki i grabieży, następnie z głodu, ran ichorób. Odbudowa zniszczonej infrastruktury w takich warunkach niebędzie łatwa.

Nawet jeśli nigdy nie dojdzie do bezpośredniego konfliktu międzypotęgami, nie znaczy to, że w swoim życiu nigdy nie doświadczymyskutków użycia broni EMP. Problem jest w tym, że budzi ona sporezainteresowanie zarówno wśród sięgających po metodyterrorystyczne paramilitarnych bojówek, jak i wśród rozmaitychprzestępców, widzących w niej sposób na np. precyzyjne niszczeniesystemów zabezpieczeń. O tym, że coś jest na rzeczy przekonujenas wynalazek niemieckich inżynierów z Instytutu Fraunhofera.Stworzyli oni system obronny, który może nie chroni przed samymatakiem EMP, ale przynajmniej pozwala poznać napastników.

Zaprezentowane dwa lata temu urządzenie służy do wykrycia siłyi częstotliwości impulsu, a także lokalizacji jego źródła.Składa się z ustawionego na trójnogu zestawu czterech antenparabolicznych, skierowanych na cztery strony świata orazosłoniętego zagnieżdżonymi klatkami Faradaya modułu elektronikiz rozmaitymi wzmacniaczami, filtrami itp. – i komputerem, któryanalizuje pozyskane dane. Zgodnie z tym, co twierdzą przedstawicieleorganizacji, dotknięci atakiem EMP mogą wykorzystać pozyskaneinformacje do wyprowadzenia szybkiej i adekwatnej akcji odwetowejprzeciwko napastnikom. Twierdzą też, że dobrze wyposażone grupyprzestępcze (szczególnie rosyjskie) już dziś korzystają z broniEMP, np. w Berlinie stosowano mieszczące się w walizce systemy doniszczenia zabezpieczeń luksusowych samochodów. Skoro więc ludziez Instytutu Fraunhofera budują taki system obronny, to musi istniećna niego zapotrzebowanie u jego poważnych przecież partnerów zprzemysłu i rządu.

I trudno, by było inaczej. To nie jest broń atomowa. Analitycytwierdzą, że już dziś broń EMP jest w stanie zbudować „wgarażu” średnio uzdolniony elektronik, kosztem co najwyżej kilkutysięcy dolarów. Taki zasilany generatorem Marksa system mieściłbysię w samochodzie osobowym, będąc w stanie zniszczyćnanosekundowym impulsem sprzęt elektroniczny w odległościkilkunastu metrów od emitera. Jeśli więc o takich atakach jeszczenie słyszymy, to możliwe są tylko dwa scenariusze – albo mamybardzo dużo szczęścia… albo ofiary takich ataków wolą milczeć,dla bezpieczeństwa publicznego, w imię przeciwdziałania panice.