هذه هي المقالة الثانية حول موضوع استخدام الأصداء لتدمير الأشياء المادية.
كان المقال الأول "البصمة الروسية لفيروس ستوكسنت" تمهيديًا وكان مخصصًا لجمهور عريض.
حان الوقت للتعرف على هذه الطريقة بالتفصيل ، أولاً ، مشاهدة الفيديو بمثال مرئي للرنين ، بعد ذلك أعتقد أن موضوع المقال سيصبح أكثر وضوحًا ، لأنه من الأفضل رؤيته مرة واحدة بدلاً من القراءة مائة مرة…
هذا فيديو:
هنا آخر:
لذا يرجى التعامل مع الرنين باحترام.
مشهور جدًا ، غير معروف لستكسنت
لقد تحول فيروس Stuxnet المشهور عالميًا الآن إلى نوع من القصص المرعبة ، يعرفها الجميع ، لكن لا أحد يفهم تمامًا كيف تمكن من تدمير أجهزة الطرد المركزي سراً لتخصيب اليورانيوم لمدة عامين. هذا ليس حتى تخريبًا ، ولكنه طريقة أكثر تعقيدًا للتخريب - التخريب.
مجرد التفكير على مدار عامين ، المئات من أجهزة الطرد المركزي تتعطل باستمرار ، وتعطل جميع جداول الإنتاج ، ويتم استدعاء المتخصصين "على آذانهم" ولا يمكنهم فعل أي شيء حتى تصل رسالة من بيلاروسيا حول اكتشاف فيروس ، كان الحمل القتالي منها هو وحدات التحديث للبرنامج الداخلي للأتمتة الصناعية من شركة سيمنز.
بعد ذلك ، تم تسمية هذا الفيروس باسم Stuxnet. اكتشفنا طريقة الإصابة المستخدمة ، مع طرق اختراقها لمستوى النواة ، وطريقة اختراق الحماية بكلمة مرور لوحدات تحكم Simatic S7 في الشبكة المحلية. لقد فهمنا شيئًا مما يفعله البرنامج الثابت المحدث بالفيروس لوحدة التحكم في مجموعة أجهزة الطرد المركزي.
لكن لم يشرح أحد حتى الآن الطريقة المادية لتعطيل المعدات في هذا العمل التخريبي. لذلك ، سنحاول نحن أنفسنا اكتشاف هذا اللغز الأكثر أهمية.
ما الذي نعرفه
هنا وحدة التحكم Simatic S7 مجمعة مع الوحدات الطرفية:
وحدة المعالجات الدقيقة نفسها عبارة عن صندوق به مفتاح أزرق ، وكل شيء آخر هو ملحقات. يقع برنامج وحدة التحكم الدقيقة (يتم استخدام لغة مترجم STEP 7 خاصة) في ذاكرة الفلاش الداخلية. يحدث تحديث البرامج والبرامج الثابتة لوحدة التحكم نفسها عبر الشبكة ، أو ماديًا ، عبر محرك أقراص محمول قابل للإزالة. كانت وحدات التحكم هذه عبارة عن أجهزة تحكم جماعية لـ 31 جهاز طرد مركزي غازي دفعة واحدة.
لكنهم كسروا أجهزة الطرد المركزي مباشرة من خلال أجهزة أخرى - محول تردد لتشغيل محرك كهربائي ، تقريبًا على النحو التالي:
هذه هي الطريقة التي تبدو بها محولات التردد (المحولات) للمحركات الكهربائية غير المتزامنة ذات القوى المختلفة. يشير الاسم إلى الغرض الوظيفي لهذا الجهاز ، فهو يحول جهد الشبكة القياسية (ثلاث مراحل 360 فولت) إلى جهد ثلاثي الأطوار بتردد مختلف وتصنيف مختلف. يتم التحكم في تحويل الجهد بواسطة إشارات من الشبكة ، أو يتم ضبطها يدويًا من لوحة التحكم.
تحكمت وحدة تحكم Simatic S7 على الفور في مجموعة (31 جهازًا) من محولات التردد ، على التوالي ، كانت وحدة تحكم جماعية لـ 31 جهاز طرد مركزي.
كما اكتشف المتخصصون ، تم تعديل دلالات برنامج وحدة التحكم في المجموعة بشكل كبير بواسطة فيروس Stuxnet ، واعتبروا إصدار أوامر تحكم المجموعة لمحولات التردد بواسطة البرنامج المعدل لوحدة التحكم Simatic S7 هو السبب المباشر لأعطال أجهزة الطرد المركزي.
قام برنامج جهاز التحكم المعدل بواسطة الفيروس بتغيير تردد التشغيل لكل محول تردد لمدة 15 دقيقة مرة واحدة خلال فاصل زمني مدته خمس ساعات ، وبالتالي سرعة دوران المحرك الكهربائي للطرد المركزي المتصل به.
هذه هي الطريقة التي تم وصفها في دراسة بواسطة Semantic:
وبالتالي ، يتم تغيير سرعة المحرك من 1410 هرتز إلى 2 هرتز إلى 1064 هرتز ثم مرة أخرى. تذكر أن تردد التشغيل العادي في هذا الوقت من المفترض أن يكون بين 807 هرتز و 1210 هرتز.
لذلك تتغير سرعة المحرك من 1410 هرتز في خطوات 2 هرتز إلى 1064 هرتز ثم تنعكس مرة أخرى.للتذكير ، تم الحفاظ على تردد التشغيل العادي في هذا الوقت بين 807 هرتز و 1210 هرتز.
ويختتم المعنى على أساس هذا:
وهكذا ، يخرب Stuxnet النظام عن طريق إبطاء أو تسريع المحرك إلى معدلات مختلفة في أوقات مختلفة
(وهكذا ، يخرب Stuxnet النظام عن طريق إبطاء المحرك أو تسريعه إلى سرعات مختلفة في أوقات مختلفة).
بالنسبة للمبرمجين المعاصرين الذين يعرفون الفيزياء والهندسة الكهربائية فقط في حجم المدرسة الثانوية ، ربما يكون هذا كافيًا ، ولكن بالنسبة للمتخصصين الأكثر كفاءة مثل هذا التفسير غير متسق. لا يمكن أن يؤدي التغيير في سرعة دوران دوار جهاز الطرد المركزي ضمن النطاق المسموح به والزيادة قصيرة المدى لتردد التشغيل بمقدار 200 هرتز (حوالي 15٪) من القيمة الاسمية في حد ذاتها إلى أعطال هائلة للمعدات.
بعض التفاصيل الفنية
هكذا تبدو سلسلة أجهزة الطرد المركزي الغازية لإنتاج اليورانيوم المخصب:
توجد العشرات من هذه السلاسل التعاقبية في مصانع تخصيب اليورانيوم ، العدد الإجمالي لأجهزة الطرد المركزي يتجاوز 20-30 ألف …
جهاز الطرد المركزي نفسه عبارة عن جهاز بسيط إلى حد ما في التصميم ، وهنا رسمه التخطيطي:
لكن هذه البساطة البناءة خادعة ، والحقيقة هي أن الدوار لمثل هذا الطرد المركزي ، بطول مترين تقريبًا ، يدور بسرعة حوالي 50000 دورة في الدقيقة. تعتبر موازنة العضو الدوار بتكوين مكاني معقد ، بطول مترين تقريبًا ، مهمة صعبة للغاية.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى طرق خاصة لتعليق الدوار في المحامل ؛ لذلك ، يتم استخدام محامل إبرة مرنة خاصة ، كاملة مع تعليق مغناطيسي معقد ذاتي المحاذاة.
بالنسبة لموثوقية أجهزة الطرد المركزي الغازية ، فإن المشكلة الرئيسية هي رنين الهيكل الميكانيكي ، والذي يرتبط بسرعات معينة لدوران الدوار. يتم تصنيف أجهزة الطرد المركزي الغازية على هذا الأساس. يسمى جهاز الطرد المركزي الذي يعمل بسرعة دوار أعلى من سرعة الطنين فوق الحرج ، تحت الحرج.
لا تعتقد أن سرعة الدوار هي تردد الرنين الميكانيكي. لا شيء من هذا النوع ، الرنين الميكانيكي مرتبط بسرعة دوران دوار جهاز الطرد المركزي من خلال علاقات معقدة للغاية. يمكن أن يختلف تردد الرنين وسرعة الدوار بترتيب من حيث الحجم.
على سبيل المثال ، منطقة الرنين النموذجية لجهاز الطرد المركزي هي تردد في نطاق 10Hz-100Hz ، في حين أن سرعة الدوار هي 40-50 ألف دورة في الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تردد الرنين ليس معلمة ثابتة ، ولكنه عامل عائم ، فهو يعتمد على وضع التشغيل الحالي لجهاز الطرد المركزي (التركيب ، كثافة درجة حرارة الغاز في المقام الأول) ورد الفعل العكسي في هيكل التعليق الدوار.
تتمثل المهمة الرئيسية لمطور المعدات في منع أجهزة الطرد المركزي من العمل في أوضاع زيادة الاهتزاز (الرنين) ؛ ولهذا الغرض ، يتم استخدام أنظمة الحجب التلقائي للطوارئ لمستوى الاهتزاز (مقاييس الإجهاد) ، والتشغيل بسرعات الدوار مما يتسبب في حدوث صدى للهيكل الميكانيكي (مقاييس سرعة الدوران) ، زيادة الأحمال الحالية للمحرك (الحماية الحالية).
لا يتم أبدًا دمج أنظمة الطوارئ مع المعدات المسؤولة عن التشغيل العادي للتثبيت ، فهي منفصلة ، وعادة ما تكون أنظمة كهروميكانيكية بسيطة للغاية لإيقاف العمل (مجرد مفاتيح للطوارئ). لذلك لا يمكنك تعطيلها وإعادة تكوينها برمجيًا.
كان على الزملاء من الولايات المتحدة وإسرائيل حل مهمة غير تافهة تمامًا ، - تدمير أجهزة الطرد المركزي دون تشغيل أتمتة السلامة.
والآن عن المجهول كيف تم ذلك
مع ضوء اليد لمترجمي المركز العلمي "نوتسيلوس" ، الذين قاموا بترجمة أبحاث متخصصي Symantik إلى اللغة الروسية ، رأى العديد من المتخصصين الذين لم يقرؤوا تقرير Symantik في الأصل أن سبب الحادث هو جهد التشغيل. تم تقليل التردد إلى 2 هرتز إلى محرك كهربائي للطرد المركزي.
ليس هذا هو الحال ، الترجمة الصحيحة ترد في بداية نص المقال.
ومن حيث المبدأ ، من المستحيل تقليل تردد جهد الإمداد لمحرك حثي عالي السرعة إلى 2 هرتز. حتى الإمداد قصير المدى لمثل هذا الجهد المنخفض التردد للملفات سوف يتسبب في حدوث ماس كهربائي في اللفات ويؤدي إلى حماية التيار.
كل شيء تم إنجازه بشكل أكثر ذكاءً.
طريقة إثارة الرنين في الأنظمة الكهروميكانيكية الموصوفة أدناه يمكن أن تدعي أنها جديدة ، وأنا أعتبر مؤلفها ، ولكن على الأرجح أنها استخدمت بالفعل من قبل مؤلفي فيروس Stuxnet ، لذلك ، للأسف ، يبقى السرقة فقط…
ومع ذلك ، أشرح على أصابعي ، في نفس الوقت إجراء برنامج تعليمي حول أساسيات الفيزياء. تخيل حمولة ضخمة ، على سبيل المثال طن ، معلقة على كابل ، دعنا نقول 10 أمتار. لقد حصلنا على أبسط بندول بتردد رنين خاص به.
افترض كذلك أنك تريد تأرجحها بإصبعك الصغير ، مع بذل جهد قدره 1 كجم. محاولة واحدة لن تسفر عن نتيجة مرئية.
هذا يعني أنك بحاجة إلى دفعها بشكل متكرر ، مع بذل جهد قدره 1 كجم عليها ، على سبيل المثال 1000 مرة ، ثم يمكننا أن نفترض أن مثل هذا الجهد المتعدد سيكون معادلاً إجمالاً لتطبيق واحد لجهد لكل طن ، وهذا تمامًا يكفي أن يتأرجح مثل هذا البندول.
وهكذا ، نغير التكتيكات ، ونبدأ في دفع الحمل المعلق بشكل متكرر بإصبعنا الصغير ، في كل مرة نبذل جهدًا قدره 1 كجم. لن ننجح مرة أخرى ، لأننا لا نعرف الفيزياء …
وإذا علموا ، فسيحسبون أولاً فترة تذبذب البندول (الوزن غير مهم على الإطلاق ، التعليق 10 أمتار ، قوة الجاذبية 1 جرام) وبدأوا في دفع الحمل بهذه الفترة بالإصبع الصغير. الصيغة معروفة:
في غضون 10 إلى 20 دقيقة ، سيتأرجح هذا البندول الذي يزن طنًا حتى "لا تبكي ماما".
علاوة على ذلك ، ليس من الضروري الضغط بإصبع صغير على كل نوعية للبندول ؛ يمكن القيام بذلك مرة واحدة أو مرتين ، وحتى بعد مائة اهتزاز للبندول. إنه فقط أن وقت التراكم سيزداد بشكل متناسب ، ولكن سيتم الحفاظ على تأثير التراكم تمامًا.
ومع ذلك ، سأفاجئ الأشخاص الذين يعرفون الفيزياء والرياضيات في حجم المدرسة الثانوية (مستوى معرفة المبرمج الحديث النموذجي) ، فإن فترة التذبذب لمثل هذا البندول لا تعتمد على سعة التذبذب ، حيث تتأرجح بمقدار ملليمتر أو مترًا من نقطة السكون ، وفترة التذبذب ، وبالتالي ، سيكون تردد التذبذب للبندول ثابتًا.
أي بنية مكانية لا تحتوي حتى على ترددات طنين واحدة ، بل عدة ترددات رنانة ؛ في الواقع ، هناك العديد من مثل هذه النواسات فيه. أجهزة الطرد المركزي الغازية ، بسبب ميزاتها التقنية ، لها ما يسمى تردد الرنين الرئيسي لعامل الجودة العالية (فهي تتراكم بشكل فعال طاقة الاهتزاز).
يبقى فقط أن يتأرجح الطرد المركزي الغازي بإصبع على تردد الرنين. إنها مزحة ، بالطبع ، إذا كان هناك محرك كهربائي بنظام تحكم أوتوماتيكي ، فيمكن فعل الشيء نفسه بشكل غير محسوس.
للقيام بذلك ، تحتاج إلى زيادة / تقليل سرعة المحرك الكهربائي في الهزات (كما فعل الفيروس ، عند 2 هرتز) وإصدار هذه الاهتزازات بتردد رنين للهيكل الميكانيكي لجهاز الطرد المركزي.
بمعنى آخر ، من الضروري تزويد المحرك بتردد الرنين الميكانيكي باستخدام محول جهد التردد بتردد متغير. لحظة القوة التي تحدث في المحرك عندما ينتقل تواتر تغيرات جهد الإمداد إلى السكن بتردد الرنين الميكانيكي وستصل التذبذبات الرنانة تدريجياً إلى المستوى الذي سيبدأ عنده التثبيت في الانهيار
تقلبات التردد بالقرب من قيمة متوسطة معينة تسمى "النبضات" ، وهذا هو التأثير القياسي لأي محول تردد ، التردد ، كما يقولون ، "يمشي" ضمن حدود معينة ، عادة لا يزيد عن أعشار النسبة الاسمية. المخربين متنكرين على هيئة هذه النبضات الطبيعية للتردد ، خاصة بهم ، تم إدخالها بشكل مصطنع ، وتعديل تردد المحرك الكهربائي ومزامنتها مع تردد الرنين الميكانيكي للهيكل المكاني لجهاز الطرد المركزي.
لن أخوض في الموضوع بعد الآن ، وإلا فسوف أتهم بكتابة تعليمات خطوة بخطوة للمخربين. لذلك ، خارج المناقشة ، سأترك مسألة العثور على تردد الرنين لجهاز طرد مركزي معين (يكون فرديًا لكل جهاز طرد مركزي). للسبب نفسه ، لن أصف طريقة الضبط "الدقيق" ، عندما يكون من الضروري تحقيق التوازن على وشك إطلاق الحماية الطارئة ضد الاهتزازات.
يتم حل هذه المهام من خلال البرامج المتاحة لأجهزة استشعار تيار الجهد الناتج والمثبتة في محولات التردد. خذ كلامي على محمل الجد - هذا يمكن تحقيقه تمامًا ، إنه مجرد الخوارزميات.
مرة أخرى حول الحادث الذي وقع في Sayano-Shushenskaya HPP
في المقال السابق ، تم الافتراض بأن الحادث الذي وقع في محطة الطاقة الكهرومائية نتج بنفس الطريقة (بطريقة الرنين) كما حدث في محطة تخصيب اليورانيوم في إيران ، باستخدام برنامج خاص.
هذا لا يعني ، بالطبع ، أن نفس فيروس Stuxnet كان يعمل هنا وهناك ، بالطبع لا. نجح نفس المبدأ الفيزيائي لتدمير الأشياء - وهو رنين مصطنع لهيكل ميكانيكي.
يُشار إلى وجود الرنين من خلال وجود صواميل مفكوكة لتثبيت غطاء التوربين وقراءات جهاز استشعار الاهتزاز المحوري الوحيد الذي كان يعمل وقت وقوع الحادث.
مع الأخذ في الاعتبار تزامن وقت وأسباب حادث HPP مع حقيقة التخريب في محطة تخصيب اليورانيوم الإيرانية ، تم إيقاف تشغيل نظام التحكم في الاهتزاز المستمر وقت وقوع الحادث ، وتشغيل الوحدة تحت سيطرة نظام التحكم الأوتوماتيكي لوحدة التوربينات ، يمكن افتراض أن الرنين لم يكن ظاهرة عرضية ، بل ظاهرة من صنع الإنسان.
إذا كان هذا الافتراض صحيحًا ، إذن ، على عكس الوضع مع أجهزة الطرد المركزي الغازية ، تتطلب مهمة تدمير وحدة التوربين تدخلاً يدويًا. لم تسمح المعدات المتوفرة في HPP لبرنامج التخريب باكتشاف تردد الرنين الفردي تلقائيًا ثم الحفاظ على الاهتزازات في وضع الطوارئ دون تشغيل مستشعرات الطوارئ.
في محطة الطاقة الكهرومائية ، تطلب عمل برامج التخريب استخدام "العامل البشري". اضطر شخص ما بطريقة ما إلى إيقاف تشغيل خادم التحكم في الاهتزاز ، وقبل ذلك نقل إلى مطوري برنامج التخريب معلمات الرنين لوحدة توربينة معينة ، والتي تمت إزالتها منها قبل ستة أشهر من وقوع الحادث أثناء الإصلاح المجدول.
الباقي كان مسألة تقنية.
لا داعي للاعتقاد بأن الرنين حدث في نفس جسم دوار التوربين ، بالطبع لا. تسبب في حدوث صدى لطبقة الماء المشبعة بتجاويف تجويف مرنة تقع بين دوار التوربين ودوارات التوجيه.
بطريقة مبسطة ، يمكن للمرء أن يتخيل مثل هذا التشبيه ، يوجد في الأسفل زنبرك مصنوع من تجاويف تجويف بين دوار التوربين وشفرات دوارات التوجيه ، وهذا الربيع مدعوم بعمود من الماء يبلغ ارتفاعه مائة متر. اتضح دارة تذبذبية مثالية. إن تأرجح مثل هذا النظام البندول مهمة حقيقية للغاية.
إنه بسبب هذا الرنين الكل تم كسر شفرات الريش الدليلي ، وليس ميكانيكيًا ، من التأثيرات ، ولكن تم كسرها بسبب الحمل الديناميكي. وهذه صورة لهذه الشفرات المكسورة ، ولا توجد آثار لصدمة ميكانيكية على أسطحها:
سدت الشفرات المكسورة لريش التوجيه فتحة تصريف التوربين ، ومن هذا الظرف غير المتوقع بدأ الحادث يتطور إلى كارثة.
يشبه دوار التوربين مروحة ناقلة عملاقة ، وبدأ يدور في "علبة ماء مغلقة" بكتلة ألف ونصف طن وسرعة دوران 150 دورة في الدقيقة. في منطقة عمل التوربين ، تم إنشاء مثل هذا الضغط الزائد للماء بحيث تمزق الغطاء ، وتطاير التوربين نفسه ، وفقًا لشهود العيان ، جنبًا إلى جنب مع دوار المولد (عملاق يبلغ 1500 طن) إلى أعلى. سقف قاعة التوربينات.
ما كان معروفًا للجميع.
