משרד המלחמה
DOW-UAP-D121, AAWSAP DIRD, טכנולוגיית מקורות מיקרוגל פולסיים בהספק גבוה, ינואר 2010
DOW-UAP-D121_AAWSAP-DIRD-Pulsed-High-Power-Microwave-Source-Technology-January-28-2010.pdf
תצוגות מהעמודים הראשונים של המסמך · בקובץ אין תמונה / רישום / קטע עיתונות.
// אין תצוגות מקדימות
הקובץ אינו מכיל תוכן ויזואלי שזוהה (תמונה / קליפינג / רישום). תוכן המסמך זמין דרך ה-OCR למטה ובהורדת המקור.
// הערת המראה
// מה תמצאו כאן?
// תקציר רשמי
מסמך זה הוא מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD), פורמט עזר טכני שבו השתמשה סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA) כדי לתעד ידע בסיסי בנושא מסוים לשימוש אנליטי עתידי. מוטב להבין מסמכי DIRD כתוצרי עזר וסינתזה ולא כמחקר מקורי. זהו אחד מ-38 מסמכי DIRD שהופקו במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSAP) בין 2009 ל-2011. מאחר שהיקפה של AAWSAP התיר מגוון רחב של נושאים תומכים, לא כל מסמך DIRD בסדרה עוסק ישירות במערכות תעופה וחלל או בהערכת איומים עתידיים. הסיכום שלהלן משקף את היקף ה-DIRD ואת מסגורו בעת כתיבתו, ואין לקרוא אותו כמרמז על תיקוף עכשווי של המושגים הנדונים. DIRD זה סוקר את טכנולוגיית מקורות המיקרוגל הפולסיים בהספק גבוה (HPM) וטוען שמערכות כאלה נותרות בעלות עניין צבאי משום שהן יכולות לשבש או להזיק למערכות אלקטרוניות באמצעות פולסים אלקטרומגנטיים קצרים ועזים. הדו"ח סוקר את סוגי המקורות העיקריים ואת הטכנולוגיות התומכות שהם תלויים בהן, ובהן בידוד מתח גבוה, מיתוג, חומרי קתודה, אנטנות וייצור הספק פולסי. הוא מדגיש את הקושי לבנות מערכות קומפקטיות, יעילות ומעשיות לפריסה, שכן משכי פולס קצרים, גודל האנטנה, התחממות, יכולת גילוי ואיכות האלומה או האות מציבים כולם מגבלות הנדסיות קשיחות. מסקנתו הכוללת היא שלטכנולוגיה יש ערך צבאי פוטנציאלי משמעותי, אך המשך ההתקדמות תלוי בפריצות דרך בקתודות, במידול חיזויי, במיתוג מתח גבוה מהיר ובבידוד בעל הפסדים נמוכים, ואילו מערכות קומפקטיות רחבות-סרט במיוחד (ultrawideband) יישארו קשות למימוש בשל אילוצים פיזיקליים בסיסיים על תכנון אנטנות. בוצעו השמטות כדי להגן על זהות עדי ראייה, מיקומי מתקנים ממשלתיים, או מידע פוטנציאלית רגיש על אתרים צבאיים שאינם קשורים ל-UAP. לא בוצעו השמטות בקבצים שפורסמו תחת הנחיית הנשיא טראמפ בנוגע למידע על טבעם או קיומם של מפגשים שדווחו כ-UAP או תופעות נלוות.
הצגת המקור באנגלית
// סיכום מורחב
מסמך זה הוא דו"ח טכני בן 37 עמודים בשם "טכנולוגיית מקורות מיקרוגל פולסיים בהספק גבוה", שהוכן באגף תמיכת הרכש (DWO-3) של משרד האזהרה הביטחונית (Defense Warning Office) בסוכנות המודיעין הביטחוני (DIA), במסגרת תוכנית AAWSAP. המחבר מופיע בכינוי "AAP Person 64", והתאריך המשויך למסמך באתר war.gov הוא 28 בינואר 2010. הדו"ח סוקר את סוגי המקורות של מיקרוגל בהספק גבוה (HPM), את הטכנולוגיות שבלעדיהן אי אפשר לבנות אותם, את מערכות הניסוי שנבנו בארצות הברית ואת האנטנות שמקרינות את הפולס. אין בו כל עיסוק בתופעות אוויריות לא מזוהות.
רקע
הדו"ח הוא אחד מסדרת מסמכי DIRD (מסמכי עזר מודיעיניים ביטחוניים) שהופקו בתוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSAP). בהערה המנהלית שבראשו נכתב שזהו "אחד מסדרה של דו"חות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009" במסגרת התוכנית, הנקראת שם AAWSA, ושהערות יש להפנות למנהל התוכנית, ששמו מופיע בכינוי "AAP Person 1", בבניין 6000 של ה-DIA בוושינגטון. עוד נכתב שם שאסור להמשיך ולהפיץ את התצלומים שבפרסום בשל זכויות יוצרים. כל עמוד מסומן "בלתי מסווג / לשימוש רשמי בלבד" (UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE ONLY).
מה כתוב במסמך
תקציר: מן הפולס הגרעיני אל נשק המיקרוגל
הדו"ח פותח בהיסטוריה. לדבריו, העניין בפולסי HPM החל מהחשש מפולס אלקטרומגנטי בגובה רב (HEMP), הנוצר כשנשק גרעיני מתפוצץ הרחק מעל פני הקרקע: קרינת גמא פוגעת באטמוספרה ויוצרת שדה אלקטרומגנטי עז, שאינו מזיק לבני אדם אך עלול להעמיס יתר על המידה מעגלי מחשב, בדומה לפגיעת ברק ובמהירות רבה יותר. לפי הדו"ח, השפעות ה-HEMP התבררו במלואן בשנת 1962, כשניסוי גרעיני בגובה רב מעל האוקיינוס השקט, בשם הקוד "Starfish Prime", שיבש תחנות רדיו וציוד אלקטרוני בהוואי, במרחק 800 מייל. הדו"ח מוסיף ש"משערים" שהתקן אחד שיתפוצץ בגובה רב מעל מרכז ארצות הברית יכול להשפיע על המדינה כולה, משום שחוטים וכבלי חשמל ישמשו כאנטנות. השדות שנמדדו הגיעו לכמה מאות קילו-וולט למטר, עם זמן עלייה של ננו-שניות ספורות ומשך של כמיקרו-שנייה. בשנות ה-60 וה-70 נבנו סימולטורים של EMP לבדיקת פגיעויות. החיפוש אחר דרך להשיג השפעות דומות בלי פיצוץ גרעיני הוא, לפי הדו"ח, המניע לפיתוח נשק HPM פולסי.
ההבדל, כך נכתב, הוא שקרינת HPM מורכבת מגלים קצרים יותר בתדרים גבוהים יותר, ולכן היא יעילה מאוד נגד ציוד אלקטרוני וקשה יותר להתגונן מפניה. נשק HEMP דורש יכולת גרעינית וטילים לגובה רב; נשק HPM קטן יותר, דורש טכנולוגיה פשוטה בהרבה ו"נמצא ביכולתה של כמעט כל מדינה", אם כי טווח השפעתו קצר בהרבה. הדו"ח מזהיר שהנגישות, העלות הנמוכה והפגיעות של הציוד האלקטרוני האמריקני עלולות להפוך נשק HPM קטן לאטרקטיבי עבור ארגוני טרור. כיום, נכתב, מקורות HPM מסווגים כנשק אנרגיה מכוונת.
השימוש הצבאי העיקרי שהדו"ח מתאר הוא תקיפה אלקטרונית, מה שהתקשורת מכנה "פצצה אלקטרונית" (e-bomb): מקורות שהספק השיא שלהם עולה על 10 ג'יגה-ואט, שמטרתם להשבית מערכות תקשורת ומחשוב לפני תנועת כוחות כדי שהאויב לא יוכל להגיב. כדוגמה להשפעות אפשריות מובא אירוע מ-28 במאי 2001: לפי הדיווח שמצוטט בדו"ח, מסוק Comanche אמריקני (נכתב במסמך "Commanche") שטס במדינת ניו יורק במהלך ניסויים בנשק HPM יצר פולס אנרגיה חלש ששיבש את מכשירי ה-GPS ששימשו לנחיתת מטוסים מסחריים באלבני.
הדו"ח מונה את "מנגנוני ההרג" של נשק מיקרוגל: התחממות-יתר או שריפה של מוליכים למחצה, יצירת קשתות חשמליות, שיבוש מחשבים, השראת מתח במעגלים רגישים, שיבוש תצוגות ומתח-יתר ברכיבים בודדים. סוג המטרה קובע את סוג המקור: מטרה עם חריצים לתקשורת עשויה להיות פגיעה במיוחד ל-HPM צר-סרט בתדר מסוים, ומטרה שבה כמה מחשבים מחוברים בפס תקשורת עשויה להיות פגיעה יותר לפולסים רחבי-סרט במיוחד (UWB) בקצב חזרה מסוים. לעיתים קרובות לא ברור מראש מה יעיל, ולכן יש לבחון כמה אפשרויות.
אחר כך מוסבר המנגנון התרמי: מוליכים למחצה כושלים כשטמפרטורת הצומת עולה מעל 600 קלווין, ולכן פולסים קצרים (פחות מכ-100 ננו-שניות) דורשים הספק גבוה מאוד ומעט אנרגיה, ופולסים ארוכים (מעל 10 מיקרו-שניות) להפך. אם קצב החזרה מהיר מכדי שהחום יתפזר בין פולסים (כמילי-שנייה), הטמפרטורה עולה בהתמדה, ולכן יכולת קצב החזרה (PRR) "חשובה ביותר" לכל מקור.
התקציר עוסק גם בהגנה ובסיכונים. נבדקים נכסים "של ידיד ושל אויב כאחד", כדי למצוא פגיעויות ולתקן את אלה של ארצות הברית; כלוב פאראדיי סגור לחלוטין היה מגן מכל HPM, אך חסר תועלת, כי אי אפשר לתקשר איתו. הדו"ח קובע שהקושי להבטיח שכוחות ידידותיים לא ייפגעו הוא סיבה מרכזית לכך ש-HPM "כמעט לא הופעל" בשדה הקרב, משום שכל הנכסים הידידותיים היו צריכים להיבדק, "דבר שאינו נעשה כיום". לבסוף נכתב שקשה מאוד לגלות מקורות כאלה: הפולסים נמשכים בדרך כלל 1 עד 500 ננו-שניות, והמטחים קצרים מ-10 שניות. מקורות UWB קשים לגילוי במיוחד, כי כמעט אין להם אנרגיה בתדר בודד, ומנתחי ספקטרום לא יזהו אותם כלל.
טכנולוגיות קריטיות: בידוד
החלק הראשון של גוף הדו"ח עוסק בחומרי בידוד, שלדבריו קובעים לרוב את גודלו ואת מגבלותיו של כל מכשיר. הבעיה המרכזית היא שרוב המדידות של תכונות חומרים נעשות עבור תעשיית החשמל, בתדר 50 או 60 הרץ, ואינן מלמדות דבר על תדרים גבוהים, כך ש"תכנון בידוד ליישומים תובעניים הוא במקרה הטוב פשרה בין רעות".
הבידוד מחולק לשלוש קטגוריות: הומוגני, שכבתי ובאמצעים אחרים כמו בידוד מגנטי. בבידוד המוצק נסקרים:
- פלסטיקים: בשימוש מאז שנות ה-30. לפי הדו"ח, בתחילת שנות ה-80 טענו יצרנים בפני מעבדות סנדיה שיוכלו להנדס פלסטיק לכל דרישה, והתברר שלא כך; כמעט שום פלסטיק חדש לא הוצג ב-20 השנים האחרונות. תופעה מתועדת היא שחוזק הפריצה אינו ליניארי בעובי: פוליפרופילן בשכבה של חצי מיל עומד ב-7,000 וולט למיל, ובעובי שמינית אינץ' רק ב-900. טבלה 1 מציגה מתחי פריצה של פלסטיקים נפוצים.
- אפוקסי ליציקה: לפי הדו"ח, האפוקסי הטובים ביותר הופיעו רק לאחרונה, בזכות תעשיית הרכב שביקשה לשלב סליל הצתה בכל כובע מצת. הדו"ח מציין שהושגו יותר מ-4 קילו-וולט למיל בעובי 0.125 אינץ', ומערכות שפעלו בחצי מהנפח של מערכות מבודדות בשמן מינרלי.
על נוזלים נכתב שכ-99 אחוז מהביקוש להם בא מתעשיית החשמל, ושהתוספים שלה מזיקים ליישומי מתח גבוה. מתואר "עיבוד קורונה" של השמן בוואקום, להוצאת גזים מומסים. על גזים נכתב שהם משמשים כשהמשקל חשוב, אך בלחץ גבוה הם מסוכנים: גם כלי קטן עלול להכיל מאות ג'אול, וכשל במעטפת "עלול להעיף רסיסים במהירויות קטלניות". בגזים, קצב החזרה מוגבל ל-500 עד 600 פולסים בשנייה, למעט במימן, שחוזקו רק 65 אחוז מזה של אוויר, ולכן נדרש כמעט פי שניים לחץ, וכמות האנרגיה גדלה פי ארבעה.
בבידוד השכבתי, שיטת פלסטיק-נייר-שמן משמשת ברוב הקבלים לאנרגיה גבוהה; עם פוליפרופילן ושמן Shell Diala AX הושגו יותר מ-2.1 קילו-וולט למיל ומתחי פעולה של יותר מ-1.3 מגה-וולט. החלפת השמן באפוקסי הצליחה עד כה רק בנפחים של 1 עד 2 גלונים. שיטה שלישית, "הדרגה דיאלקטרית", היא ציפוי המוליכים בשכבות בעלות קבוע דיאלקטרי יורד, שלפי הדו"ח יכולה להפחית את שדה השיא במערכת ב-50 אחוז.
טכנולוגיות קריטיות: חומרי קתודה
כל שפופרות ה-HPM צרות-הסרט נשענות על זרם צפוף של אלקטרונים חופשיים, ולכן הקתודה, שממנה נפלטים האלקטרונים, קריטית. הדו"ח מונה ארבעה מנגנוני פליטה (תרמיונית בכ-1,000 מעלות צלזיוס, משנית, פליטת שדה ופליטה נפיצה), וקובע שהחשובים כיום הם הפליטה התרמיונית והנפיצה, ושפליטת שדה מראה סימני תקווה בזכות מבנים ננומטריים. מובאת רשימת "הקתודה האידיאלית" של J. R. Pierce משנת 1946, שלפי הדו"ח "לא השתנתה הרבה ביותר מ-60 שנה".
- קטיפה: התקן לפליטה נפיצה ביותר מ-20 שנה, זולה, פולטת בשדה של כ-10 קילו-וולט לס"מ. חסרונותיה: פליטת גזים כבדה שקוטעת את פולס המיקרוגל, אורך חיים של כ-100 יריות בלבד בחלק מהחומרים, וחוסר עקביות "אפילו בין גליל אחד לבא אחריו מאותו יצרן".
- פחמן וקרמיקה: פליטת גזים נמוכה יותר ואורך חיים ארוך, אך סף פליטה גבוה יותר. לפחמן מהירות סגירה של 2 עד 2.5 ס"מ למיקרו-שנייה.
- ציפוי צזיום יודיד: היונים הכבדים של הצזיום מאטים את סגירת הפער לכרבע מזו של קטיפה או פחמן חשוף (כ-0.4 ס"מ למיקרו-שנייה). לפי הדו"ח, תוכניות שבוחנות ציפוי צזיום על ננו-מבני פחמן הן המבטיחות ביותר; יעדן מאות קילו-אמפר למשך עשרות מיקרו-שניות, מקורות של ג'יגה-ואט בקצב של אולי 100 הרץ, ועד 100 מגה-ג'אול למטח. הקתודות מיועדות בין השאר ל-MILO של סנדיה, למתנד הקליסטרון היחסותי של קייל הנדריקס (Kyle Hendricks) ממעבדת המחקר של חיל האוויר (AFRL), ול-reltron של ברוס מילר (Bruce Miller) מסנדיה.
טבלה 3 מסכמת ממצאי מחקרי קתודות בסנדיה וב-AFRL, ובהם קטיפות בשם "Sandia Red" ו-"MILO Green", אך בסריקה הטבלה משובשת וחלק מערכיה אינם קריאים.
טכנולוגיות קריטיות: מיתוג מתח גבוה
מיתוג מתח גבוה מוצג כאחת הטכנולוגיות המאתגרות ביותר. הדו"ח טוען שההסבר המקובל לפריצה בגז, מפולת טאונסנד, "כנראה שגוי" כשמדובר במיתוג בפחות ממיליארדית השנייה. למקורות UWB מהירות המיתוג היא הפרמטר החשוב ביותר, כי זמן העלייה של הפולס קובע את התדר העליון בספקטרום.
- מיתוג בגז: מתג "מחדד" (peaking switch) בלחץ גבוה במוצא, הפועל במצב של מתח-יתר. מתגי מימן הגיעו לזמני עלייה של מעט יותר מ-100 פיקו-שניות ו-1,500 פולסים בשנייה. התיראטרון המימני, הפועל בלחץ נמוך (עקומת פאשן, איור 1), מתואר כ"לב" של מניע טוב למקורות HPM.
- מיתוג בנוזל: פחות מ-100 פיקו-שניות ו-1,500 פולסים בשנייה, בלי סכנות הלחץ.
- מיתוג במצב מוצק: מתגי גליום ארסניד (GaAs) פועלים בכ-10 קילו-וולט ונכשלים במהלך מטחים במערכים גדולים. הפיתוחים המבטיחים ביותר מבוססים, לפי הדו"ח, על פיזיקה שפיתחו I. V. Grekhov ועמיתיו במכון יופה בסנקט פטרבורג, ו-AFRL משתפת עמו פעולה יחד עם אוניברסיטת ניו מקסיקו. מחוללים כאלה מגיעים ל-6 עד 8 קילו-וולט וזמן עלייה של 100 פיקו-שניות.
- מתגים פוטו-מוליכים (PCSS), בשלושה מצבי פעולה. מחקר באוניברסיטת טקסס בדאלאס עם ציפוי "יהלום אמורפי" האריך את חיי המתגים, ובתצורת Blumlein מוערמת הם הגיעו ל-150 פיקו-שניות ב-100 קילו-וולט.
מקורות מתח פולסי
לכל מקור HPM שלושה רכיבים: הספק ראשוני (חשמלי או נפיץ), מחולל RF ואנטנה. במחוללי Marx קבלים נטענים במקביל ומתחברים בטור, וכמחצית מהאנרגיה אובדת כחום בנגדי הטעינה (איור 2). במחוללים מבוססי שנאים, נכתב, פיתוח פריטים חדשים מוזנח בגלל מגבלות זמן ותקציב. מחוללים נפיצים (FCG) דוחסים שדה מגנטי באמצעות גליל מלא חומר נפץ, וכך הופכים חלק מהאנרגיה הכימית לאנרגיה אלקטרומגנטית; הבעיה העיקרית היא העברת האנרגיה לעומס.
מקורות מיקרוגל פולסיים
הדו"ח מחלק את המקורות לשני סוגים: מקורות קרן אלקטרונים, צרי-סרט, ומקורות "אימפולס", רחבי-סרט.
בין מקורות קרן האלקטרונים: מתנדי גל אחורי (BWO) דורשים שדה מגנטי של 25 עד 50 קילו-גאוס ולכן מערכת גדולה וכבדה; מגברי קליסטרון יחסותיים (RKA) פותחו ברמת 10 ג'יגה-ואט; מתנדי חלל מפוצל (SCO) קומפקטיים, ומערכות שלמות נבנו על עגלות מעבדה; מתנדי קתודה וירטואלית (vircator) פשוטים, אך יעילותם 1 עד 10 אחוזים בלבד, ולכן שימשו בעיקר לניסויים; ומגנטרונים יחסותיים הגיעו לכ-5 ג'יגה-ואט ביעילות 10 עד 30 אחוז.
שתי מערכות מתוארות בפירוט. מערכת Orion, שהוצבה לראשונה ב-1995, היא מתקן ניסוי HPM נייד בחמש מכולות שילוח, מבוסס על ארבעה מגנטרונים בתחום 1 עד 3.3 ג'יגה-הרץ, עם פולס של 100 עד 500 ננו-שניות ב-200 עד 500 קילו-וולט, ואנטנה שיוצרת כתם אליפטי של 7 על 15 מטר במרחק 100 מטר (איור 3). מערכת המניעה האקטיבית (Active Denial System, ADS) מבוססת על גירוטרון ב-95 ג'יגה-הרץ, בהספק של 100 קילו-ואט ובטווח של יותר מ-750 מטר. הדו"ח מכנה אותה "מערכת נשק האנרגיה המכוונת היחידה הידועה כמוצבת כיום", ומתאר אותה כנשק לא קטלני לפיזור המונים: הקרינה נבלעת בעומק של כ-0.4 מ"מ בעור וגורמת לתחושת צריבה שמעוררת רפלקס בלתי רצוני.
בין מקורות האימפולס:
- SNIPER של סנדיה: 290 קילו-וולט, פולס של 3.5 ננו-שניות בשיא של 1.25 ג'יגה-ואט, קצב של יותר מקילו-הרץ, 100 מגה-הרץ עד 1.5 ג'יגה-הרץ.
- EMBL של סנדיה: 750 קילו-וולט, 11 ג'יגה-ואט, 700 הרץ, שדה של 350 קילו-וולט למטר מנורמל למטר אחד.
- סדרת H של AFRL (H2, H3 ו-HS): כולן מושבתות, למעט גרסה מתוקנת של H3 באוניברסיטת ניו מקסיקו. מתג מימן בלחץ 2,000 psi מפיק פולסים של כ-350 קילו-וולט עם זמן עלייה של 120 פיקו-שניות; ב-AFRL משווים מקורות לפי "מדד איכות" (FOM), השדה כפול המרחק. המקור האחרון בסדרה שימש בשנות ה-90 לניסויים מרוחקים, כשכל המערכת הותקנה בקרוון מותאם.
- Phoenix של AFRL: נבנה לבדיקת נכסים במעבדת המיקרוגל באנרגיה גבוהה (HEML), שבה אפשר לבדוק מטוסי קרב קטנים. שני מתגי שמן זורם, 500 קילו-וולט, זמן עלייה של 90 פיקו-שניות, 5 ג'יגה-ואט ו-FOM של יותר מ-400 קילו-וולט. לפי הדו"ח, היה לו זמן העלייה המהיר ביותר מבין כל מקורות ה-HPM עד כה.
- GEM II: נבנה בידי Power Spectra באמצע שנות ה-90 ונבחן ב-AFRL. מערך של 12 על 12 מודולים, כל אחד עם צופר ומתג GaAs משלו, שקרנו ניתנת להיטוי עד 30 מעלות. הוא הגיע ל-22 קילו-וולט למטר במרחק 75 מטר בקצב של 3 קילו-הרץ, אך בכל מטח נכשלו כמה מתגים.
- Jolt: מקור "היפר-סרט" שתוכנן להזין אנטנת חצי-IRA, ב-1.1 מגה-וולט ובקצב מרבי של 200 הרץ, בתחום של 30 מגה-הרץ עד 2 ג'יגה-הרץ.
- מקורות "מזו-סרט": מערכת Matrix של AFRL (180 עד 600 מגה-הרץ). הדו"ח מציין שחברת DIEHL הגרמנית מוכרת לציבור מקורות כאלה, ובהם מערכת בגודל מזוודה עם מחולל Marx של 600 קילו-וולט, שמקרינה 70 קילו-וולט למטר במרחק 2 מטר וש-BAE Systems הבריטית מוכרת מקורות דומים.
אנטנות HPM
הפרק האחרון עוסק באנטנות. באנטנות צרות-סרט הדו"ח צופה שמערכים ישלטו בעתיד, משום שהם היחידים שמתאימים לשליטה אלקטרונית לעקיבה אחר מטרות; כיום הצופר נפוץ ביותר. אנטנות פרבוליות רגילות מוגבלות בשל פריצה בהזנה המרכזית, ולכן ה-ADS משתמשת באנטנת FLAPS: משטח שטוח של דיפולים מוצלבים שמתנהג כמו צלחת פרבולית, קל יותר לאחסון ופחות רגיש לרוח (איור 12). אנטנת ולסוב מתאימה ל-MILO ולוירקטורים, אך כיוון הקרן שלה זז כשהתדר משתנה במהלך הפולס (איור 13).
אנטנות רחבות-סרט קשות יותר לתכנון, כי אורכי הגל גדולים. הדו"ח מתאר שלוש גישות: תיקון של צופר TEM, אנטנה לוג-מחזורית עם אות הזנה מותאם (שעבורה, לפי הדו"ח, לא נבנה עד כה תכנון בהספק גבוה), ואנטנת קרינת אימפולס (IRA), שבה מתג מהיר במוקד הצלחת.
מסקנה
בסיכום נכתב שנדרשת התקדמות בקתודות, בקודי מחשב לחיזוי קרני אלקטרונים, במיתוג מהיר בהספק גבוה ובבידוד בעל הפסדים נמוכים. אם יהיו זמינים מתגי PCSS למתחים גבוהים ולאורך חיים ארוך, וריאציות של מערך מופע (phased array) יהפכו ל"תכנון הנבחר" למקורות HPM. אנטנות קומפקטיות רצויות מאוד, אך הפיזיקה מחייבת מבנים בגודל של כחצי אורך הגל של התדר הנמוך ביותר, ולכן, לפי הדו"ח, אנטנות UWB קומפקטיות יישארו קשות למימוש, "אם לא בלתי אפשריות".
פרטים בולטים
- הדו"ח מציין את ניסוי Starfish Prime משנת 1962, ששיבש ציוד אלקטרוני בהוואי במרחק 800 מייל, כאירוע שבו התבררו השפעות הפולס הגרעיני.
- מובא דיווח על מסוק Comanche שב-28 במאי 2001, בניסויי HPM מעל מדינת ניו יורק, שיבש את מכשירי ה-GPS לנחיתת מטוסים מסחריים באלבני.
- לפי הדו"ח, נשק HPM קטן "נמצא ביכולתה של כמעט כל מדינה" ועלול למשוך ארגוני טרור.
- מערכת ADS מתוארת כנשק האנרגיה המכוונת היחיד הידוע כמוצב: 95 ג'יגה-הרץ, 100 קילו-ואט, טווח של יותר מ-750 מטר, חדירה של כ-0.4 מ"מ לעור.
- הדו"ח מציין שחברה גרמנית מוכרת לציבור מקור מיקרוגל בגודל מזוודה.
- הקושי להגן על כוחות ידידותיים מוצג כסיבה מרכזית לכך ש-HPM כמעט לא הופעל בשדה הקרב.
מה לא נמצא במסמך
שם המחבר ושם מנהל התוכנית מוחלפים בכינויים "AAP Person 64" ו-"AAP Person 1". בדף השער אין תאריך מלא, אלא רק ציון שנת הכספים 2009; התאריך 28 בינואר 2010 בא מהנתונים באתר war.gov. חלק מהנוסחאות (חוק צ'יילד-לנגמיור, זמני העלייה של מתגים, הגבר הצופרים וזווית אנטנת ולסוב) לא שרדו את הסריקה, טבלה 2 (חוזק פריצה יחסי של גזים) חסרה לגמרי, טבלה 3 משובשת, והאיורים ניתנים לזיהוי רק לפי הכיתובים שלהם. שם המקור השלישי בסדרת H נקרא בסריקה "HS" (ייתכן H5, קריאה לא ודאית). בתוך המסמך יש אי-התאמה: הנתונים של 25 קילו-וולט למטר במרחק 10 מטר מיוחסים ל-H2, ומיד אחר כך נכתב שה-FOM של H3 הוא 250 קילו-וולט. המסמך אינו עוסק בתופעות אוויריות לא מזוהות, ואינו מסביר מה הקשר בין הנושא לבין מטרות התוכנית.
מונחים
- HPM: מיקרוגל בהספק גבוה, פולסים אלקטרומגנטיים עזים שמטרתם לשבש או להזיק לאלקטרוניקה.
- HEMP: פולס אלקטרומגנטי בגובה רב, הנוצר מפיצוץ גרעיני מעל האטמוספרה.
- UWB: רחב-סרט במיוחד, פולס קצר מאוד שמפוזר על פני תחום תדרים רחב.
- PRR: קצב חזרת הפולסים.
- FOM: מדד איכות, השדה החשמלי הנמדד כפול המרחק, ביחידות וולט.
- PCSS: מתג מוליך למחצה שמופעל באור (לייזר).
- MILO: מתנד קו מבודד מגנטית, מגנטרון שאינו צריך מגנטים פולסיים.
// תוכן המסמך - תרגום
בלתי מסווג // לשימוש רשמי בלבד
טכנולוגיית מקורות מיקרוגל פולסיים בהספק גבוה
הוכן על ידי:
אגף תמיכה ברכש (DWO-3)
משרד ההתרעה הביטחוני
מנהלת הניתוח
סוכנות הביון הביטחונית (DIA)
מחבר: AAP Person 64
הערה מנהלית
אזהרת זכויות יוצרים: אין להפיץ הלאה את התצלומים שבפרסום זה.
מוצר זה הוא אחד מסדרת דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009 במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSA) של משרד ההתרעה הביטחוני בסוכנות הביון הביטחונית. הערות או שאלות בנוגע למסמך זה יש להפנות אל AAP Person 1, מנהל תוכנית AAWSA, סוכנות הביון הביטחונית, לשכת CLAR/DWO-3, בניין 6000, וושינגטון.
איורים
איור 4. מערכת ההרתעה הלא-קטלנית Active Denial System עם אנטנת FLAPS - 20
איור 6. שרטוט חתך של HS עם ממיר גיאומטריית נקודה, חלון בזווית ברוסטר ואנטנה עם מישור הארקה מורחב - 21
איור 7. חלק המוצא של HS עם ממיר גיאומטריית נקודה המזין אנטנה עם מישור הארקה מורחב דרך חלון בזווית ברוסטר - 22
טכנולוגיית מקורות מיקרוגל פולסיים בהספק גבוה
תקציר
מאמר זה מספק סקירה של הסוגים העיקריים של מקורות מיקרוגל בהספק גבוה (HPM) ושל הטכנולוגיות הקריטיות הנדרשות לבנייתם. טכנולוגיית HPM פולסית מעוררת עניין מדעי וצבאי זה כמה עשורים. בתחילה התמקד העניין בחששות מפני פולס אלקטרומגנטי בגובה רב (HEMP).
HEMP נוצר כאשר נשק גרעיני מפוצץ גבוה מעל פני כדור הארץ ויוצר קרינת גמא, המגיבה עם האטמוספרה ויוצרת שדה אנרגיה אלקטרומגנטית (EM) עז - שאינו מזיק לבני אדם בעת התפשטותו, אך עלול להעמיס יתר על המידה מעגלים ממוחשבים, בהשפעות הדומות לפגיעת ברק אך גורמות נזק מהר יותר. השפעות HEMP נודעו במלואן בשנת 1962, כאשר ניסוי גרעיני בגובה רב (שם קוד "Starfish Prime") מעל האוקיינוס השקט שיבש תחנות רדיו וציוד אלקטרוני בהוואי, במרחק 800 מייל. השפעת HEMP יכולה להשתרע על פני אלפי מיילים, בהתאם לגובה, לתכנון ולעוצמה של הפיצוץ הגרעיני. יש המשערים כי מתקן יחיד שיפוצץ בגובה רב מעל מרכז ארצות הברית עלול להשפיע על המדינה כולה, שכן ה-HEMP ייקלט במוליכים כגון חוטים וכבלי חשמל, שישמשו כאנטנות ויובילו את האנרגיה החשמלית אל מערכות אלקטרוניות שונות. נמצא כי לקרינת EM זו רמות שדה בסדר גודל של כמה מאות קילו-וולט למטר, עם זמני עלייה של ננו-שניות ספורות ומשך של כמעט מיקרו-שנייה. נמצא ששדות בעוצמות כאלה משפיעים לרעה באופן חמור על מערכות ופריטים חשמליים רבים, כגון רשת החשמל, כלי רכב, ציוד תקשורת וכלי טיס.
ניסויים רבים נערכו…
+ // המקור באנגלית
// Excerpt (first ~3,000 chars)
Pulsed High-Power Microwave Source Technology
Prepared by:
Acquisition Support Division (DW0-3)
Defense Warning Office
Directorate for Analysis
Defense Intelligence Agency
Author:
AAP Person 64
Administrative Note
COPYRIGHT WARNING: Further dissemination of the photographs in this publication is not authorized.
This product is one in a series of advanced technology reports produced in FY 2009
under the Defense Intelligence Agency, Defense Warning Office's Advanced Aerospace
Weapon System Applications (AAWSA) Program. Comments or questions pertaining to
this document should be addressed to !AAP Person 1
IAAWSA Program
Manager, Defense Intelligence Agency, ATTN: CLAR/DW0-3, Bldg 6000, Washington,
UNCLASSIFIED/~liOA: OFFIOIAL l!f91!! ertti
ii
Figures
Figure 6. Cross-Section Drawing of HS With Point Geometry Converter, Brewster
Figure 7. HS Output Section With the Point Geometry Converter Feeding an
Figure 4. Active Denial System With FLAPS Antenna ............................................ 20
Angle Window, and Extended-Ground-Plane Antenna ........................... 21
Extended-Ground-Plane Antenna Through a Brewster Angle Window ... 22
UNCLASSIFIED//fiAR AEEJCJOP 1155 ON! X
iv
UNCLASSIFIED//FOR OFFI@IAL YSE OHLY
Pulsed High-Power Microwave Source Technology
Summary
This paper provides an overview of the major types of high-power microwave
(HPM) sources and the critical technologies required to build them. Pulsed
HPM technology has been of scientific and military interest for several decades.
Originally, the interest focused on the area of high-altitude electromagnetic
pulse (HEMP) concerns.
HEMP is produced when a nuclear weapon is detonated high above the earth's
surface, creating gamma radiation that interacts with the atmosphere to
create an intense electromagnetic (EM) energy field that is harmless to people
as it radiates outward but can overload computer circuitry with effects similar
to, but causing damage more swiftly than, a lightning strike. HEMP effects
became fully known in 1962, when a high-altitude nuclear test (codenamed
"Starfish Prime") over the Pacific Ocean disrupted radio stations and
electronic equipment 800 miles away in Hawaii. The HEMP effect can span
thousands of miles, depending on the altitude, design, and power of the
nuclear burst. It is speculated that a single device detonated at high altitude
over the central United States could affect the entire country, since the HEMP
would be picked up by conductors, such as wires and power cables, acting as
antennas to conduct the electrical energy into various electronic systems. This
EM radiation was found to have field levels on the order of several hundreds of
kilovolts per meter with onset or rise times of a few nanoseconds and a
duration of nearly a microsecond. Fields of these magnitudes were found to
have severe detrimental effects on numerous electrical systems and items,
such as the power grid, automobiles, communications equipment, and aircraft.
Much testing was d…
// Full OCR
// עוד ממהדורה 06