Концепция защиты электроники от электромагнитных атак "русская матрешка"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Концепция защиты электроники от электромагнитных атак «русская матрешка»

Смогунов Владимир Васильевич 1

Кузнецов Никита Сергеевич 2

Вдовикина Ольга Анатольевна3, Юрков Николай Кондратьевич 4

Шорин Владимир Алексеевич 5

1 Пензенский государственный университет, доктор технических наук, профессор кафедры «Теоретическая и прикладная механика и графика»

2 Пензенский государственный университет, студент

3 Пензенский государственный университет, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика и графика»

4 Пензенский государственный университет, доктор технических наук, профессор кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры»

5 Пензенский государственный университет, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика и графика»

Аннотация

В статье впервые описаны новые авторские технологии по системам защиты электроники, базирующиеся на углеродполимерных композитах и эффектах плавления материалов межсоединений, общей заливки электроники, с заменой паянных соединений на сварные. Также рассмотрены системные технологии моделирования процессов вибрации, ударов и электромагнитных атак, воздействующих на электронику.

Ключевые слова: защита, импульсная атака, моделирование, технология, электроника

Актуальность. Современные промышленная и специальная электроника представляют собой сложные системы с гетерогенной структурой, изготавливаемые по технологиям с так называемыми «скрытыми» операциями, что во многих случаях определяет надежность приборов.

Технология моделирования процессов внешних воздействий реализуются с использованием математического моделирования и созданием макетных моделей отдельных малонадежных структур и приборов в целом. К числу такого рода структур относятся электромонтажные соединения, контактные соединения, сильно гетерогенные структуры типа металл-полимер, стекло-металл и т.п. Особенно острой данная проблема становится в связи с электромагнитными атаками террористов, хакеров, а также электромагнитными боеприпасами США [1].

Технологии защиты электроники от электромагнитных помех и импульсных атак.

Технологии защиты электронных схем от электромагнитных помех и специально организованных атак микро- и наносекундными импульсами в настоящее время представлены весьма скромно - включением в электрические цепи стабилитронов, супрессоров, варисторов, разрядников, проволочных резисторов, разного рода предохранителей и т.п.

Технологии корпусной защиты практически комплексируются с технологиями влагозащиты, имея в то же время особенности гетероструктур корпусов - многослойных, рассчитанных на разные диапазоны излучений и в связи с этим, весьма очень сложные в операционном исполнении. Дело в том, что это, как правило, корпуса, вдвигаемые друг в друга, отсюда трудности опайки и заварки герметизирующих швов для создания надежного экранирования.

Технологии защиты электроники от электромагнитных помех имеют длительную историю, базируются на обширных теоретических исследованиях и практических разработках в различных областях техники и технологий и не требуют особого внимания.

Технологии защиты от специально организованных атак микро- и наносекундных импульсов - практически неисследованная, очень важная область современных технологий.

По мнению Президента Российской академии наук, академика В. Фортова проблема создания генераторов наносекундных импульсов и защита электроники от их воздействия является проблемой, превосходящей проблему ядерного оружия. Главный вопрос - компрессирование больших мощностей в наносекундный импульс.

Публикации американских авторов утверждают, что генератор микросекундных импульсов и боеприпасы созданы. Некоторые отечественные источники и наши данные подтверждают этот факт и содержат результаты испытаний электроники под действием наносекундных импульсов. Результаты позволяют утверждать: требуется сверхсрочная разработка защиты от импульсных атак.

Концепция комплексной защиты электроники «русская матрешка».

Интеллектуальный анализ технологий комплексной защиты электроники от внешних воздействий, включая импульсные атаки, позволяет сформировать концепцию построения новой эффективной технологии защиты «русская матрешка».

Концепция включает три основные технологии. Комплексную технологию схемотехнической защиты по питанию с применением в электрических цепях разного рода безинерционных высоковольтных сверхтоковых предохранителей, стабилизаторов, супрессоров, варисторов, разрядников, разгрузочных проволочных резисторов и пр. а также сокращение межсоединений и замену гетероструктур соединений на гомогенные. Вторая технология - на уровне плат-носителей электрорадиоизделий с защитой по питанию и проводным каналам - трехмерная 3D компоновка плат-носителей с заливкой кристаллоаморфными композитами, наполненными ультрадисперсными диэлектриками с хорошей теплопроводностью, а также применение плат-носителей с алюминиевыми проводниками, обеспечивающими сварные соединения не алюминиевыми выводами электронных композитов. Третья технология - защита по беспроводным каналам корпусирования приборов в многослойные гетероструктуры на разные виды излучений с основным корпусом из алюминия, толстослойное оксидирование корпуса, герметизация шва контактолом, армирование нановолокнами из углерода, помещение в полимерный корпус и заливку полостей между корпусами с полимеруглеродным легко испаряющимся композитом.

Принципиально новыми, по результатам наших исследований, является технология устройства защиты приборов от активных электромагнитных атак, включая g-излучение с применением плат-носителей электронных компонентов кристаллоаморфныхгетероструктур, распределенных в пространстве внутреннего объема приборов с учетом возможных повреждений от активных волновых атак, отличающееся тем, что платы-носители выполняют с проводниками из алюминия, самовосстанавливающиеся и другие гетероструктуры запрессовывают в отверстия плат с одновременным изготовлением электромонтажных соединений, кристаллоаморфныегетероструктуры выполняют из полиэтиленовых композитов, а соединения сваривают ультразвуком.

Принципиальной инновацией является технология защиты от мощных наноимпульсов с применением диссипации наведенных полей наиболее эффективным способом объемного испарения легко испаряющихся композитов, наполненных микрофиброй с хорошей электропроводностью, играют роль множества антенн.

Технологии комплексной защиты электронных приборов.

Основными известными технологиями защиты от вибрации и ударов являются вывод собственных частот колебаний элементов конструкций и корпуса за диапазон воздействующих частот, создание монолитных гетероструктур; использование корпусированных элементов с внутренними защищенными гетероструктурами или виброизоляция корпуса с использованием диссипативных композитов.

Широко используемые технологии защиты заливкой термореактивными жесткими композитами не обеспечивают требуемой защиты специальной электроники при отрицательных температурах и ударах вследствие разрывов межсоединений, хрупких элементов.

Технологии с использованием резиноподобных олигомеров с хорошей диссипацией энергии лучше работают при ударах, однако «плавающая» температура стеклования не в полной мере решает проблему разрушений межсоединений при температурах ниже минус 50 оС.

Наиболее прогрессивной технологией считается заливка внутренних полостей приборов полиуретанами, однако неизбежный технологический отход и низкие диссипативные свойства свидетельствуют о «скрытности» технологических операций и большой вероятности отказов при хранении и применении, что подтверждается статистикой отказов электронных приборов специального назначения.

Таким образом, в настоящее время не существует эффективных технологий защиты электронных приборов от вибрации и ударов. Требуются новые исследования и разработки технологий виброударозащиты электроники.

Одним из важнейших факторов, определяющих надежность взрывателей является влажность окружающей среды. Основными технологиями влагозащиты являются: выбор конструкционных материалов, технологии защитных покрытий конструкций, технологии лакировки печатных плат, технологии блочной влагозащиты, технологии корпусирования.

Выбор коррозионно стойких материалов не так уж велик - нержавеющая сталь, титан, цирконий - и то не во всех влажных средах. Известные технологии защитных покрытий - химические, электрохимические, напыляемые, лакокрасочные - весьма трудоемки и также имеют ограничения по составу влажных сред и времени выдержки. Аналогичное положение с влагозащитой печатных плат полиуретановыми лаками типа УР-321, Э 4100 и т.п.

Технологии блочной влагозащиты и корпусирования типа заливки компаундами и опрессовка премиксами имеют ограничения по диапазонам температур и влажности, кроме того, не обеспечивают комплексной защиты от электромагнитных помех и импульсных атак.

Опайка и заварка корпусов - весьма надежные технологии, однако носят непредсказуемый характер относительно газового состава загрязнений внутренних объемов, что является существенным ограничением для блоков, содержащих, как правило, бескорпусные элементы.

Описанные проблемы эффективно решаются в рамках концепции «русская матрешка».

Системная методология моделирования процессов.

Опыт разработки, производства, хранения и применения приборов показывает, что ставшие традиционными технологии моделирования с применением общенаучных и специальных пакетов инженерного компьютерного моделирования процессов не выполняют основной функции - обеспечения адекватной имитации последствий реальных процессов, протекающих в электронике.

Построенные на основе компьютерного моделирования системы защиты электронныхгетероструктур не обеспечивают безотказной работы устройства в целом.

В известной мере, на наш взгляд, это связано с «закладками» в применяющихся у нас зарубежных общенаучных пакетах, таких, например, как ANSIS. Кроме того, численные методы решения дифференциальных уравнений, заложенные в них, требуют специальной математической культуры, отличной от нашей.

Нами развиваются технологии моделирования процессов, структур и систем, базирующиеся на иерархическом подходе - аналитические решения, численные алгоритмы, численно-аналитические методики, исследования макетных моделей отдельных малонадежных структур и приборов в целом. Математические модели строятся на уравнениях теоретической механики, теории колебаний, уравнениях массопереноса, теплопередачи, электродинамики. Макетные модели выполняют с использованием теории подобия и механики деформируемых твердых тел.

Например, известно, что множество отказов изделий приборостроения связаны с процессами трещинообразования в гетероструктурах, которые могут быть описаны в рамках аналитического решения Буссинеска с выбором геометрии сопряжений материалов в угловых точках [2]. В качестве внешних воздействующих факторов, приводящих к трещинообразованию и нарушения сплошности типа пор, обычно выступают нестационарные тепловые и механические повреждения, а также электромагнитные импульсы, вызывающие тепловые и механические воздействия. В частности, с использованием численно-аналитических решений уравнений нестационарной теплопроводности установлен новый ранее неизвестный эффект импульса градиента температур в сопряжениях гетероструктур, ответственный за нарушение сплошности соединений разнородных материалов [3]. Применение данной методики позволило предложить концепцию защиты «русская матрешка».

электромагнитный атака опайка вибрация

Библиографический список

1. В.М. Буренок. Новые технологии, новые системы вооружений, новый характер войн / Вооружение и экономика. - 2011. - №1. - С.6-12.

2. В.В. Смогунов. Модель особенности напряжений в условных точках гетероструктур / Технический прогресс в атомной промышленности. - 2009. 1/7. - С.16-21.

3. В.В. Смогунов, В.А. Васильев, Н.И. Волчихина. Моделирование гетерогенных структур ракетно-космических систем. - Пенза, Изд-во Пенз. Гос. ун-та. - 2007. - 467 с.

Размещено на Allbest.ur