Szczególne znaczenie EMC ma w branży militarnej. Radio, radar, systemy łączności, nawigacji czy później elektronika pokładowa muszą działać w środowisku, w którym wiele urządzeń pracuje jednocześnie, często tuż obok siebie oraz w otoczeniu intensywnego promieniowania elektromagnetycznego. Zakłócenie sygnału może oznaczać utratę łączności, błędne wskazania systemu, a w skrajnym przypadku niepowodzenie całej operacji. Zakłócenia nie wpływają w tym przypadku tylko na pogorszenie komfortu pracy. Dlatego wojsko stosunkowo wcześnie zaczęło traktować kontrolę emisji elektromagnetycznej oraz odporność urządzeń na zakłócenia jako element bezpieczeństwa i niezawodności systemów.
Podobne wnioski wysnuwał sektor cywilny, ponieważ liczba potencjalnych źródeł zakłóceń rosła z upowszechnieniem odbiorników radiowych, telewizorów, urządzeń przemysłowych, telefonów, komputerów i coraz bardziej złożonej elektroniki. Zaczęto obserwować w gospodarstwach domowych oraz zakładach przemysłowych pracę niestandardową urządzeń, to znaczy radio zaczynało szumieć, telewizor tracił obraz, automatyka reagowała nieprawidłowo, a na końcu burzyła się sekwencja wykonywanych zadań. Dziś trudno rozdzielić wojskową i cywilną historię EMC, każda z nich rozwijała się pod wpływem innych potrzeb. W jednym przypadku stawką była niezawodność systemów, od których mogło zależeć powodzenie misji, w drugim – poprawne działanie urządzeń coraz liczniej wypełniających nasze otoczenie. Ze względu na to, że jedno urządzenie może jednocześnie być uczestnikiem i źródłem oddziaływań w swoim elektromagnetycznym otoczeniu, trzeba też pamiętać o tym, że musi ono nie tylko prawidłowo odbierać i przetwarzać informacje, ale także być "dobrym sąsiadem" dla innych urządzeń.
Dlaczego kompatybilność na obecnym polu walki jest tak kluczowa?
Współczesne pole walki w narastającym stopniu przypomina pole walki o panowanie w przestrzeni elektromagnetycznej. O powodzeniu operacji decyduje nie tylko to, co widać, ale również to, co jest niewidoczne. Łączność, nawigacja, radary, systemy obserwacji, rozpoznania i kierowania ogniem wykorzystują fale elektromagnetyczne do wymiany informacji, wykrywania celów, koordynowania działań i walki radioelektronicznej. W takim środowisku EMC przestaje być wyłącznie kwestią poprawnego zaprojektowania pojedynczego urządzenia. System, który emituje sygnał, aby przekazać dane lub wykryć cel, może bowiem sam stać się źródłem informacji dla przeciwnika.
Właśnie dlatego współczesna walka elektroniczna coraz częściej opiera się na asymetrii. Zaawansowane systemy radiolokacyjne, środki łączności, pojazdy czy stanowiska dowodzenia mogą kosztować miliony, tymczasem środki służące do ich zakłócania, wykrywania czy naprowadzania na nie ataku mogą być relatywnie tanie. Nie zawsze zatem trzeba niszczyć kosztowny system bezpośrednio. Czasem wystarczy ograniczyć jego zdolność do komunikacji lub pozbawić go dostępu do nawigacji.
W przypadku pojazdów wojskowych EMC staje się częścią szerszego zagadnienia przeżywalności platformy. W jednym kadłubie współpracują urządzenia o różnym przeznaczeniu, mocach i charakterystyce pracy. Pojazd nie może zakłócać własnych systemów nieświadomie, a jego emisje nie powinny ułatwiać przeciwnikowi wykrycia i namierzenia. Ostatecznie przewaga nie polega wyłącznie na tym, kto dysponuje bardziej zaawansowaną elektroniką, lecz również na tym, kto potrafi skuteczniej wykorzystać ją w środowisku, w którym każdy aktywny system jest potencjalnym źródłem informacji dla wroga.
Jakie są zagrożenia?
Jednym z głównych zagrożeń jest możliwość niezamierzonego ujawnienia informacji przez emisje elektromagnetyczne. Taka emisja ujawniająca może prowadzić do wycieku informacji wrażliwych oraz niejawnych, co wpływa na ich bezpieczeństwo. W aplikacjach, gdzie wymagana jest ochrona przed emisją ujawniającą stosuje się np. filtry TEMPEST. Zastosowanie odpowiednio dobranej filtracji na przewodach zasilających i sygnałowych znacząco ogranicza ryzyko przedostawania się informacji poza chroniony obszar. Filtry TEMPEST są powszechnie stosowane nie tylko w branży militarnej, ale również tam, gdzie priorytetem jest bezpieczeństwo danych, takie jak np. jednostki administracyjne, czy pomieszczenia ekranowane. Uzupełnieniem tej ochrony jest koncepcja RED/ BLACK, zakładająca separację obwodów i torów przenoszących informacje wrażliwe (RED) od tych, w których takie informacje nie występują lub zostały dodatkowo zabezpieczone (BLACK). Kluczowe jest niedopuszczenie do niekontrolowanego przenikania sygnałów pomiędzy tymi dwoma obszarami. W praktyce może to oznaczać odpowiednią separację przewodów, ekranowanie, izolację galwaniczną, filtry czy kontrolę sprzężeń pomiędzy obwodami.
Kolejnym poważnym zagrożeniem na polu walki jak i dla infrastruktury cywilnej jest impuls elektromagnetyczny np. typu HEMP (High-altitude Electromagnetic Pulse). W zasadzie jest to seria impulsów powstająca w wyniku detonacji jądrowej na dużej wysokości (większej niż 30 km nad ziemią), która może oddziaływać na rozległym obszarze, generując bardzo silne pole elektromagnetyczne. Energia impulsów może sprzęgać się z urządzeniami elektronicznymi bezpośrednio, ale też przez przewody zasilające, sygnałowe czy anteny. Narażenie takie może doprowadzić do uszkodzenia wrażliwych elementów, a w ostateczności do utraty funkcjonalności całych urządzeń lub systemów. Aby wzmocnić ochronę przed impulsami HEMP do projektowanych urządzeń dołącza się odpowiednią filtrację oraz ekranowanie.
To właśnie tymi zagadnieniami zajmuje się i wyróżnia Radiotechnika Marketing, która od wielu lat projektuje, dobiera i produkuje własne rozwiązania z zakresu kompatybilności elektromagnetycznej, bazując na zdobytym doświadczeniu między innymi we własnym laboratorium. Uzupełnieniem autorskich kompetencji projektowych jest dystrybucja elementów firmy MPE, specjalizującej się w filtrach EMI oraz rozwiązaniach TEMPEST/ HEMP.
Jamming i spoofing
Przeciwnik może jednak pójść o krok dalej – zamiast jedynie wykrywać lub zakłócać system, może próbować wpłynąć na informacje, które do niego docierają. W przypadku jammingu, czyli zagłuszania, do odbiornika dociera sygnał zakłócający, którego zadaniem jest utrudnienie lub uniemożliwienie odebrania właściwej informacji. Cały system może mieć wtedy problemy z komunikacją czy określeniem swojej pozycji. Jeszcze bardziej podstępny jest spoofing, którego celem jest wprowadzenie odbiornika w błąd, podszywając sygnał ze sfałszowanymi danymi. Może to przykładowo prowadzić do wskazywania nieprawidłowej pozycji lub kierunku w systemach nawigacyjnych.
Jak się efektywnie bronić przed EM?
Nie istnieje jedno rozwiązanie, które w każdych warunkach zapewni odpowiedni poziom ochrony. W zależności od rodzaju zagrożenia, konstrukcji urządzenia i wymaganej odporności stosuje się różne rozwiązania. Najważniejsze to filtrowanie, ekranowanie czy zmiana mediów transmisyjnych.
Zadaniem ekranowania jest ograniczenie sprzęgania pola elektromagnetycznego z chronionym urządzeniem. Odpowiednio zaprojektowana obudowa, komora lub ekran może ograniczyć zarówno emisję na zewnątrz, jak i wpływ pola elektromagnetycznego na elektronikę wewnątrz. Na skuteczność ekranowania będą wpływać m.in.: zastosowany materiał, jego grubość, geometria konstrukcji czy połączenie z uziemieniem szczególnie dla takich elementów jak uszczelki, plastry miodu oraz szyby ekranujące.
Wcześniej wspomniana filtracja zakłada skuteczną ochronę przed zakłóceniami zewnętrznymi oraz emisją generowaną przez samo urządzenie. Dobór odpowiedniego filtra uwzględnia przede wszystkim zakres częstotliwości oraz wymagany poziom tłumienia.
W niektórych przypadkach skutecznym rozwiązaniem jest również zmiana medium transmisyjnego. Najlepszym przykładem są światłowody, które zamiast sygnału elektrycznego wykorzystują światło i dzięki temu nie tworzą typowej dla przewodów miedzianych drogi sprzęgania elektromagnetycznego. Zdecydowanie utrudnia to przenikanie niepożądanych sygnałów oraz potencjalne szpiegowanie.
Niezależnie od zastosowanej metody najważniejszym etapem pozostaje jednak weryfikacja skuteczności rozwiązania przez badania i pomiary. Dopiero badania w odpowiednich warunkach pozwalają na sprawdzenie rzeczywistej odporności urządzenia oraz poziom jego emisji. Tego typu badania umożliwia laboratorium w Radiotechnice Marketing. Są one uzupełnione o fachową, techniczną pomoc pracowników, która prowadzi do optymalizacji urządzenia oraz finalnego wdrożenia produktu na rynek.
Wartym zapamiętania jest fakt, iż badań EMC nie robi się tylko po to, aby spełnić postawione wymaganie, ale również po to, aby poznać granice możliwości pracy własnego urządzenia i finalnie zaprojektować je tak, aby spełniało kryteria niezawodności i bezpieczeństwa w ciężkich warunkach.
Zrozumienie problematyki adresowanej przez dziedzinę EMC stoi u podstaw wyboru podejścia w realizacji projektów. Zaliczanie niezrozumiałych wymagań zmienia się wtedy w świadome i systematyczne adresowanie problemów, które mogą wystąpić w realnym życiu wpływając czy to na przeżywalność platformy, jej niezawodność czy chociażby użyteczność, dając przewagę nad rozwiązaniem przeciwnika lub konkurencji.
Radiotechnika Marketing Sp. z o.o.
www.radiotechnika.com.pl
