Здавалка
Главная | Обратная связь

Немного технических подробностей



Метод биений.

 

Это вторая статья по теме применения резонансов для разрушения физических объектов.

Первая статья «Российский след вируса Stuxnet» носила вводный характер, и была рассчитана на широкую непрофессиональную аудиторию.

Настало время подробно ознакомиться с этим методом, а для начала, посмотрите видео с наглядным примером резонанса, после этого думаю тема статьи станет понятнее, ведь лучше один раз увидеть, чем сто раз прочитать…

Вот видео: http://www.youtube.com/watch?v=G0RcnngwJ_Q

Вот еще: http://www.youtube.com/watch?v=z9y-BrCtBkQ

Так что прошу относиться к резонансу с почтением.

 

 

Такой известный, неизвестный Stuxnet

 

Всемирно известный вирус Stuxnet превратился к настоящему времени в некую страшилку, все о нем знают, но никто до конца не понимает, как же ему удавалось на протяжении двух лет скрытно разрушать центрифуги для обогащения урана. Это ведь даже не диверсия, а более изощренный способ вредительства,- саботаж.

Только вдумайтесь на протяжении двух лет сотни центрифуг постоянно ломаются, срываются все производственные графики, специалисты что называется «на ушах» и ничего не могут сделать до тех пор пока из Белоруссии не приходит сообщение об обнаружении вируса, боевой нагрузкой которого были модули обновления внутреннего ПО для пром-автоматики фирмы Сименс.

В последствии, это вирус назвали Stuxnet. Разобрались примененным методом заражения, со способами его проникновения на уровень ядра, и методом взлома парольной защиты контроллеров Simatic S7 в локальной сети. Кое-что поняли из того, что делает обновленная вирусом прошивка ПО контроллера группового управления центрифугами.

Но никто пока не объяснил физического метода вывода из строя оборудования в этом акте саботажа. Поэтому сами попытаемся разобраться с этой важнейшей загадкой.

 

 

Что нам известно

 

Вот этот контроллер Simatic S7 в сборе с периферийными модулями:

 

 

Собственно микропроцессорный блок это коробочка с голубым ключом, все остальное периферия. ПО микроконтроллера (используется специальный язык-интерпретатор STEP 7) размещается оно во внутренней флеш-памяти. Обновление ПО и микропрограммных прошивок самого контроллера происходит через сеть, либо физически, через съемный флеш-накопитель. Такие контроллеры были групповыми устройствами управления сразу для 31 газовой центрифуги.

Но непосредственно ломали центрифуги через другие устройства,- преобразователь частоты для работы электродвигателя, приблизительно такие:

 

 

Так выглядят преобразователи частоты (конвертеры) для асинхронных электродвигателей различной мощности. Название подразумевает функциональное предназначение этого устройства, оно преобразует напряжение стандартной сети (три фазы 360в) в трехфазное напряжение другой частоты и другого номинала. Управление преобразованием напряжения происходит по сигналам из сети, либо задается вручную, с пульта управления.

 

Один контроллер Simatic S7 управлял сразу группой (31 устройство) частотных преобразователей, соответственно был групповым УУ для 31 центрифуги.

Как выяснили специалисты Семантика ПО контроллера группового управления сильно модифицировалось вирусом Stuxnet, а непосредственной причиной поломок центрифуг они посчитали выдачу модифицированным ПО контроллера Simatic S7 команд группового УУ на частотные преобразователи.

Модифицированное вирусом ПО устройства управления один раз в течении пятичасового интервала на 15 минут изменял частоту работы каждого частотного преобразователя, а соответственно и частоту вращения электромотора центрифуги подключенного к нему.

 

Вот как это описано в исследовании фирмы Семантик:

 

Thus, the speed of the motor is changed from 1410Hz to 2Hz to 1064Hz and then over again. Recall the normal operating frequency at this time is supposed to be between 807 Hz and 1210 Hz.

Таким образом, скорость двигателя изменяется от 1410Hz с шагом 2 Гц до 1064Hz, а затем возвращалась назад. Напомним, нормальная рабочая частота в это время, поддерживалась, между 807 Гц и 1210 Гц.

 

И Семантик делает вывод на основании этого:

 

Thus, Stuxnet sabotages the system by slowing down or speeding up the motor to different rates at different times

(Таким образом, Stuxnet саботирует систему, замедляя или ускоряя двигатель к разной скорости в разное время).

 

Для современных программистов знающих физику и электротехнику только в объеме средней школы этого наверно достаточно, но для более грамотных специалистов такое объяснение не состоятельно. Изменение скорости вращения ротора центрифуги в пределах разрешенного диапазона и кратковременное превышение рабочей частоты на 200Гц (около 15%) от номинала само по себе не может привести к массовым поломкам оборудования.

 

 

Немного технических подробностей

 

Так выглядит каскад газовых центрифуг для производства обогащенного урана:

 

 

Таких каскадов на фабриках по обогащению уране десятки, общее количество центрифуг переваливает за 20-30 тысяч…

 

Сама центрифуга это достаточно простое по конструкции устройство, вот его схематический чертеж:

 

 

Но это конструктивная простота обманчива, дело в том что ротор такой центрифуги, длинной около двух метров, крутится со скоростью порядка 50 000 оборотов в минуту. Балансировка ротора сложной пространственной конфигурации, практически двух метровой длины, очень сложная задача.

Кроме этого требуются специальные методы подвеса ротора в подшипниках, для этого применяются специальные гибкие игольчатые подшипники в комплекте со сложным самоцентрирующимся магнитным подвесом.

 

Для надежности работы газовых центрифуг главная проблема резонанс механической конструкции, который связан с определенными скоростями вращения ротора. Газовые центрифуги даже делятся на категории по этому признаку. Центрифуга, работающая на частоте вращения ротора выше резонансной, называется надкритической, ниже — подкритической.

Не нужно думать, что частота вращения ротора это и есть частота механического резонанса. Ничего подобного, механический резонанс связан со скоростью вращения ротора центрифуги через очень сложные зависимости. Частота резонанса и скорость вращения ротора могу различаться на порядок.

К примеру, типичной областью резонанса центрифуги является частота в пределах 10Гц-100Гц, при этом скорость вращения ротора составляет 40-50 тысяч оборотов в минуту. Кроме того, частота резонанса это не фиксированный параметр, а плавающий, он зависит от текущего режима работы центрифуги (состава, плотности температуры газа в первую очередь) и люфтов в конструкции подвеса ротора.

Главнейшей задачей разработчика оборудования является предотвращение работы центрифуги в режимах повышенной вибрации (резонансов), для этого в обязательном порядке используются автоматические системы аварийной блокировки по уровню вибраций (тензодатчики), работе при скоростях ротора вызывающих резонанс механической конструкции (таходатчики), повышенных токовых нагрузках мотора (токовая защита).

Аварийные системы никогда не совмещаются с оборудованием отвечающем за нормальное функционирование установки, это отдельные, как правило очень простые электромеханические системы остановки работы (попросту аварийные выключатели). Так что их программно не отключить и не перенастроить

 

Коллегам из США и Израиля пришлось решать совсем нетривиальную задачу,-разрушить центрифугу не приводя при этом к срабатыванию защитной автоматики.

 

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.