Czy impuls elektromagnetyczny (EMP) jest groźny dla człowieka? Jak się obronić?

Impuls elektromagnetyczny (EMP, z angielskiego ElectroMagnetic Pulse) to bardzo krótki i gwałtowny skok energii elektromagnetycznej, który wzbudza w przewodach, antenach i obwodach napięcia wielokrotnie wyższe od tych, na których pracuje elektronika. Najsilniejszy powstaje przy wybuchu jądrowym wysoko nad Ziemią, a podobne, choć wolniejsze skutki dla sieci energetycznych wywołuje silna burza słoneczna. Sam impuls człowiekowi bezpośrednio nie szkodzi, ale może w jednej chwili spalić elektronikę, wyłączyć łączność i odciąć prąd na obszarze większym niż kilka państw.

Czy wiedziałeś, że świat, w którym żyjemy i który znamy, może zostać unicestwiony przez pojedynczy i odpowiednio mocny impuls elektromagnetyczny? Z tego artykułu dowiesz się, jak to możliwe.

Technologia jest nierozerwalną częścią naszego życia

Nasza cywilizacja powstawała tysiące lat. Od czasów starożytnych aż do dzisiaj, ludzkość wykonała ogromną pracę. Opierając się na osiągnięciach poprzednich pokoleń, stworzyliśmy całą masę narzędzi i rozwiązań, które ułatwiają nam życie. W ciągu ostatnich 100 czy 200 lat postęp technologiczny znacząco przyspieszył - i ciągle przyspiesza. Czasem mam nawet wrażenie, że tempo tego postępu jest zbyt wielkie, żeby za nim nadążyć.

Mamy obecnie do czynienia z tak zwaną rewolucją technologiczną. Cała tzw. cywilizacja zachodnia opiera się na zaawansowanej technologii, która kontroluje (i będzie kontrolować coraz bardziej) niemal każdy aspekt naszego życia. Mamy komputery, telefony komórkowe, telewizory, samochody, GPS-y, lodówki i całą masę innych rzeczy, bez których nie wyobrażamy sobie normalnego życia.

Nowoczesna technologia daje nam wygodę i bezpieczeństwo, ale nie jest niestety pozbawiona słabych punktów. Cała konstrukcja, jaką jest współczesna cywilizacja, od której jesteśmy w większym lub mniejszym stopniu uzależnieni, zbudowana jest na kształt piramidy, na której szczycie znajduje się - prąd elektryczny. Bez niego, praktycznie z dnia na dzień, tracimy wszystkie zdobycze technologii, a styl naszego życia - o ile przeżyjemy - będzie musiał zmienić się diametralnie.

Bardzo podobny temat poruszam także w artykule Czy w Polsce grożą nam blackouty? Jak przeżyć bez prądu?

A co jeśli… ?

Spróbuj zadać sobie pytanie: co by się stało, gdyby dziś wyłączono prąd i nie włączono go przez następne dni, tygodnie, miesiące, a może nawet lata? Czy poradziłbyś sobie? Skąd wziąłbyś wodę pitną? Jak i gdzie przechowywałbyś jedzenie? Jak kontaktowałbyś się z bliskimi, albo wezwał pomoc w razie potrzeby?

Jeśli wydaje Ci się, że odcięcie prądu na dużym obszarze jest mało prawdopodobne, to muszę Cię zmartwić: jest nie tylko możliwe, ale już się zdarzało, także w Europie (28 kwietnia 2025 roku prąd zniknął niemal w całej Hiszpanii i Portugalii). Jednym z najgroźniejszych scenariuszy jest tak zwany impuls elektromagnetyczny, nazywany inaczej EMP (ElectroMagnetic Pulse).

Co to jest EMP i skąd się bierze?

EMP to krótki impuls energii elektromagnetycznej, który może być wywołany zjawiskiem naturalnym lub spowodowany przez człowieka. Może mieć postać - w zależności od źródła - pola elektrycznego, pola magnetycznego, promieniowania elektromagnetycznego albo prądu płynącego przewodami.

Z różnego rodzaju impulsami elektromagnetycznymi spotykamy się na co dzień. Impulsy elektromagnetyczne wytwarzają na przykład wyładowania atmosferyczne oraz różne inne formy wyładowań elektrostatycznych. Impulsy elektromagnetyczne wytwarzane są także przez silniki elektryczne oraz systemy zapłonowe silników spalinowych.

Pozornie wygląda więc na to, że impulsy elektromagnetyczne są wszędzie i nie są dla nas groźne. Jest to tylko częściowo prawda, bo niektóre impulsy elektromagnetyczne mają ogromną siłę i są w stanie niszczyć urządzenia elektroniczne i elektryczne oraz infrastrukturę sieci przesyłowej energii elektrycznej.

W tym tekście chciałbym skupić się na dwóch najbardziej niebezpiecznych źródłach impulsu elektromagnetycznego.

Impuls elektromagnetyczny EMP wywołany eksplozją nuklearną (Nuclear ElectroMagnetic Pulse NEMP)

Podczas wybuchu nuklearnego powstają trzy rodzaje impulsu elektromagnetycznego, które następują kolejno jeden po drugim:

E1 - Impuls elektromagnetyczny E1 jest bardzo szybkim impulsem EMP powstającym podczas wybuchu nuklearnego. E1 to pojawiające się na krótko, ale intensywne pole elektromagnetyczne, które indukuje wysokie napięcia w przewodach elektrycznych. E1 jest odpowiedzialny za uszkodzenia urządzeń elektronicznych i elektrycznych, powodując przekroczenie napięcia przebicia elektrycznego. E1 może niszczyć komputery i sprzęt komunikacyjny i narasta zbyt szybko (w nanosekundach), by zwykłe zabezpieczenia przeciwprzepięciowe zdążyły zadziałać. Szybko działające zabezpieczenia przeciwprzepięciowe (takie jak te wykorzystujące warystory albo diody TVS) radzą sobie z nim wyraźnie lepiej, ale i one przepuszczają część szczytu impulsu (więcej o tym w części o ochronie).

E2 - Impuls elektromagnetyczny E2 jest impulsem o średniej długości, który trwa od około jednej mikrosekundy do jednej sekundy po wybuchu. E2 ma wiele analogii do piorunów, chociaż impuls E2 wywołany piorunami może być znacznie silniejszy niż ten wywołany przez wybuch nuklearny. Ze względu na podobieństwa i powszechne stosowanie technologii ochrony odgromowej, E2 jest ogólnie uważany za najłatwiejszy do opanowania. Jednak według United States EMP Commission, głównym problemem związanym z E2 jest to, że następuje natychmiast po E1, który mógł wcześniej uszkodzić urządzenia, które normalnie chroniłyby przed E2.

E3 - Impuls elektromagnetyczny E3 różni się od E1 i E2. E3 to znacznie wolniejszy impuls, trwający od około sekundy do kilku minut. Jest to spowodowane chwilowym zniekształceniem pola magnetycznego przez detonację jądrową. Impuls E3 wykazuje podobieństwo do burzy geomagnetycznej spowodowanej rozbłyskiem słonecznym. Podobnie jak burza geomagnetyczna, E3 może indukować prądy w długich przewodach elektrycznych, uszkadzając ich komponenty, takie jak transformatory linii elektroenergetycznych. Ze względu na podobieństwo między burzami geomagnetycznymi wywołanymi aktywnością Słońca a impulsem E3, powszechne stało się nazywanie burz geomagnetycznych wywołanych aktywnością Słońca „słonecznym EMP” (Solar EMP). „Solar EMP” nie zawiera jednak impulsów E1 oraz E2.

Według deklaracji Rosji i Chin niektóre rodzaje broni nuklearnej (tak zwane super-EMP) są zaprojektowane w ten sposób, aby zmaksymalizować efekt impulsu elektromagnetycznego. Do zastosowań militarnych najbardziej skuteczną metodą użycia nuklearnego impulsu elektromagnetycznego, jest detonacja w wyższych warstwach atmosfery. Gdy do eksplozji dochodzi wysoko w atmosferze albo ponad nią (na wysokości dziesiątek, a nawet setek kilometrów nad powierzchnią Ziemi), mówimy o HEMP, czyli wysokościowej odmianie EMP. Wybuch na wysokości 400-500 km nad środkiem Stanów Zjednoczonych objąłby swoim zasięgiem całe kontynentalne USA.

O ile przy „zwykłym” wybuchu nuklearnym tak duża wysokość nie jest wskazana (ze względu na zmniejszenie efektu fali uderzeniowej i cieplnej oraz mniejszy opad radioaktywny), to jest to bardzo skuteczna taktyka podczas rażenia impulsem elektromagnetycznym. Dzięki temu, impuls może objąć swoim zasięgiem ogromny teren. Oczywiście, siła impulsu maleje wraz z odległością, ale nawet osłabiony jest w stanie wyrządzić poważne szkody.

Istnieją także mniejsze, niejądrowe generatory EMP, które mogą być przenoszone przez bomby, rakiety (na przykład amerykański pocisk manewrujący CHAMP, demonstrator testowany w 2012 roku), samoloty, drony lub pojazdy naziemne. Siła rażenia takich urządzeń jest jednak wielokrotnie mniejsza od wybuchów nuklearnych. Ma to jednak swoje zalety: dzięki temu można bardziej precyzyjnie wyznaczyć pole skutecznego działania i atakować wroga punktowo, wyłączając jedynie istotne elementy infrastruktury.

Co EMP robi z elektroniką i co jest najbardziej narażone

Mechanizm jest w gruncie rzeczy prosty. Każdy przewód działa jak antena, czyli kabel zasilający, skrętka od internetu, antena telewizyjna, a nawet ścieżki na płytce drukowanej. Gdy przechodzi przez nie impuls, wzbudzają się w nich napięcia rzędu setek i tysięcy woltów, a współczesna elektronika pracuje na kilku woltach. Według raportu firmy Metatech przygotowanego dla amerykańskiego regulatora energetyki przy najsilniejszym polu, jakie przyjmuje się dla jądrowego impulsu (50 kV/m), nawet 10-centymetrowy kawałek przewodu może dać około 5000 woltów. Tranzystory w procesorze są mikroskopijne i upakowane bardzo gęsto, więc do ich uszkodzenia wystarczy niewiele energii. Skutek bywa dwojaki. Urządzenie może się tylko zawiesić i ruszyć po ponownym włączeniu albo zostać trwale uszkodzone.

Im dłuższy przewód, tym więcej energii zbierze. Według wytycznych amerykańskiej agencji CISA w długich liniach napowietrznych mogą to być setki tysięcy, a nawet miliony woltów, w kablu zasilającym przy gniazdku od 1 do 50 tysięcy woltów, a w kablu ekranowanym od 1 do 100 woltów.

Najbardziej narażone jest więc wszystko, co wisi na długich kablach i antenach:

• komputery, routery, przełączniki sieciowe i inny sprzęt podłączony do sieci (w testach amerykańskiej komisji ds. EMP podobny sprzęt zawieszał się już przy ok. 4 kV/m, trwałe uszkodzenia zdarzały się od ok. 8 kV/m, a częściej powyżej 15 kV/m),
• sterowniki sygnalizacji świetlnej, które w tych samych testach zaczynały wariować już przy 1-5 kV/m,
• elektronika sterująca siecią energetyczną, wodociągami i telekomunikacją, czyli wszystkim, od czego zależy prąd w gniazdku i woda w kranie,
• urządzenia, które w chwili impulsu są włączone albo się ładują.

Najmniej narażony jest mały sprzęt na baterie, odłączony od kabli i bez długiej anteny. W testach komisji radiotelefony, ręczne i samochodowe, przetrwały pole 50 kV/m bez uszkodzeń, a te włączone najwyżej się zawieszały i wystarczyło je wyłączyć i włączyć ponownie. CISA zwraca przy tym uwagę na rzecz, o której łatwo zapomnieć. Telefon w kieszeni ma spore szanse przetrwać, tylko co z tego, skoro sieć komórkowa, z której korzysta, jest dużo mniej odporna.

Jaki jest zasięg impulsu elektromagnetycznego?

To zależy przede wszystkim od tego, co go wywołało. Przy wybuchu jądrowym wysoko nad Ziemią (według raportu komisji ds. EMP z 2004 roku chodzi o wysokość ok. 40-400 km) impuls dociera wszędzie tam, skąd widać punkt wybuchu, czyli aż po horyzont. Im wyżej dojdzie do wybuchu, tym dalej sięga horyzont.

Łatwo to policzyć. Promień obszaru rażenia mierzony po powierzchni Ziemi wynosi R × arccos(R / (R + h)), gdzie R to promień Ziemi (ok. 6371 km), a h wysokość wybuchu. Wychodzi z tego mniej więcej tak:

• wybuch na wysokości 30 km to promień ok. 620 km i obszar ok. 1,2 mln km², prawie 4 razy większy od Polski,
• na 100 km promień ok. 1120 km i obszar ok. 3,9 mln km², ponad 12 razy większy od Polski,
• na 400 km promień ok. 2200 km i obszar ok. 15 mln km²,
• na 500 km promień ok. 2450 km i obszar ok. 18,6 mln km².

Wzór zgadza się z raportem Metatech, który dla wybuchu na wysokości 75 km podaje promień 972,8 km, dokładnie tyle, ile wychodzi z rachunku. Stąd właśnie wspomniane wyżej całe kontynentalne USA przy wybuchu na wysokości 400-500 km.

Zasięg to jednak nie to samo co siła. Pole jest najsilniejsze niedaleko punktu pod wybuchem, a ku krawędziom wyraźnie słabnie (w przykładzie Metatech średnio wynosi ok. 1/8 maksimum). Dobrze to widać na amerykańskiej próbie Starfish z 1962 roku. Bomba wybuchła ok. 400 km nad atolem Johnston na Pacyfiku, a na Hawajach, ok. 1400 km dalej, zgasła część oświetlenia ulicznego, zadziałały alarmy i wyłączniki, uszkodzona została też stacja przekaźnikowa łączności. Hawaje nie pogrążyły się jednak w ciemności. Według analizy laboratorium Sandia na Oahu zawiodło ok. 30 obwodów lamp ulicznych, czyli mniej więcej 1% lamp.

Niejądrowe źródła to zupełnie inna skala. Rosyjski eksporter reklamował w 2001 roku urządzenie działające w promieniu 10 km, a raport Congressional Research Service, do którego linkuję na końcu, pisze o broni mikrofalowej skutecznej z odległości kilku mil. To rząd kilometrów, a nie setek kilometrów. Więcej o tej broni w następnym rozdziale.

Broń EMP bez wybuchu jądrowego

Czy istnieje broń elektromagnetyczna? Tak, choć nie taka jak w filmach. Zamiast bomby atomowej używa się generatorów mikrofalowych dużej mocy (w skrócie HPM, od angielskiego High Power Microwave), które wysyłają w stronę celu krótkie, bardzo silne impulsy fal radiowych. Uszkadzają elektronikę tak samo, czyli napięciem wzbudzonym w przewodach, ale na małym obszarze i zwykle w jednym kierunku. Celem jest elektronika przeciwnika, a nie ludzie.

Kto je ma? Najwięcej wiadomo o programach amerykańskich. W październiku 2012 roku Boeing i laboratorium badawcze amerykańskich sił powietrznych (AFRL) przetestowali nad poligonem w Utah pocisk CHAMP, który leciał według zaprogramowanej trasy i wysyłał impulsy dużej mocy, wyłączając elektronikę kolejnych celów. Był to demonstrator, a nie broń na wyposażeniu. To samo laboratorium zbudowało THOR, mikrofalowy system do obrony baz lotniczych przed rojami dronów. Rosja w 2001 roku pokazywała na targach w Malezji system Ranets-E, reklamowany jako zdolny do unieszkodliwiania broni precyzyjnej w promieniu 10 km. Tyle że kupujący nie mógł dostać ani gotowego urządzenia, ani dokumentacji, a jedynie sfinansować dalsze prace. Dlatego traktuję to raczej jako reklamę niż dowód, że taka broń działa.

Jak daleko to sięga? Żaden z tych programów nie ma oficjalnie podanego zasięgu, a z tego, co ujawniono, wynika, że chodzi o kilometry. Natężenie fal szybko spada z odległością, dlatego broń mikrofalowa nadaje się do precyzyjnego wyłączenia konkretnego celu, a nie całego kraju. Do tego potrzeba wybuchu jądrowego.

W wyszukiwarce często pada też pytanie, jak wywołać impuls elektromagnetyczny. Słabe impulsy powstają codziennie przy każdej iskrze, pracy silnika elektrycznego czy układu zapłonowego w samochodzie (pisałem o tym wyżej). Impuls zdolny niszczyć elektronikę wymaga już wybuchu jądrowego albo wojskowego generatora dużej mocy i instrukcji budowy czegoś takiego tu nie znajdziesz. To blog o tym, jak przetrwać, a nie o tym, jak napsuć krwi sąsiadom 😉

Najbardziej znany incydent wojskowy z użyciem impulsu elektromagnetycznego EMP

Choć nie jest do końca jasne, czy użyta do ataku technologia opierała się na EMP, czy raczej na zagłuszaniu i zakłócaniu sygnałów radiowych wroga, to niewątpliwie wymowa tego przypadku jest jednoznaczna i powinna dać każdemu rozsądnemu człowiekowi do myślenia. Choć wiele wskazuje na to, że całą historię sfabrykował rosyjski wywiad, to mimo wszystko myślę, że warto tę historię przytoczyć. (Zaznaczam jednak, że tej historii nigdy oficjalnie nie potwierdzono. Pentagon mówił tylko o kilkunastu prowokacyjnych przelotach rosyjskiego samolotu nad okrętem i zapewniał, że okrętowi nic nie groziło, a producent systemu Khibiny (Chibiny) sam nazwał całą opowieść gazetową mistyfikacją. Wiele mediów i analityków opisuje ją jako przykład rosyjskiej propagandy.)

Tło akcji

10 kwietnia 2014 r., niszczyciel USS Donald Cook wszedł na wody Morza Czarnego, a 12 kwietnia rosyjski bombowiec taktyczny Su-24, przeleciał nad okrętem, wywołując incydent, który według kilku doniesień medialnych całkowicie zdemoralizował jego załogę, do tego stopnia, że Pentagon wydał oficjalny protest.

Główny bohater

USS Donald Cook, to niszczyciel rakiet sterowanych czwartej generacji, którego kluczową bronią są pociski samosterujące Tomahawk o zasięgu ok. 1600 km (wersja z głowicą nuklearną i zasięgiem 2500 km trafiła do magazynów w 1991 roku i została później wycofana). Okręt ma 90 komór wyrzutni pionowej na wszystkie swoje rakiety, nie tylko na Tomahawki, więc tych ostatnich nie może mieć na pokładzie aż 150, jak podawano w niektórych relacjach. Amerykański niszczyciel jest też wyposażony w najnowszy system walki Aegis. Jest to zintegrowany system broni morskiej, który może połączyć systemy obrony przeciwrakietowej wszystkich okrętów połączonych w tej samej sieci, aby zapewnić wykrywanie, śledzenie i niszczenie setek celów w tym samym czasie.

Ponadto USS Donald Cook jest wyposażony w 4 duże radary, których moc jest porównywalna z mocą kilku stacji naziemnych. Rakiety przeciwlotnicze do własnej ochrony mieści w tych samych 90 komorach co Tomahawki.

Antagonista

Tymczasem rosyjski Su-24, który zdewastował USS Donalda Cooka, nie miał ani bomb, ani pocisków, a jedynie kosz zamontowany pod kadłubem, który według rosyjskiej gazety Rossijskaja Gazieta, zawierał urządzenie bojowe zwane Khibiny.

Incydent

Gdy rosyjski odrzutowiec zbliżał się do amerykańskiego okrętu, Khibiny wyłączało wszystkie radary, obwody sterowania, systemy, transmisję informacji itp. na pokładzie amerykańskiego niszczyciela. Innymi słowy, wszechmocny system Aegis, został odcięty i wyłączony, równie łatwo jak wyłącza się telewizor przy pomocy pilota.

Rosyjski Su-24 następnie zasymulował atak rakietowy na USS Donald Cook, który był w tym czasie dosłownie głuchy i ślepy. Jak na ćwiczeniach, rosyjski samolot - nieuzbrojony - powtórzył ten sam manewr 12 razy, zanim odleciał. Następnie najnowocześniejszy amerykański niszczyciel czwartej generacji popłynął z wizytą (według Pentagonu) do portu w Konstancy w Rumunii.

Skutki

Od czasu tego incydentu, który media zachodnie starannie ukrywały i ukrywają (bardzo trudno mi było znaleźć informacje na ten temat, mimo że swojego czasu sprawa była dość szeroko komentowana), pomimo powszechnych uspokajających reakcji i komentarzy ekspertów przemysłu obronnego, żaden amerykański statek nigdy nie zbliżył się do rosyjskich wód terytorialnych.

Według niektórych doniesień medialnych, 27 marynarzy z USS Donald Cook poprosiło o zwolnienie z czynnej służby. Musieli przeżyć sporą traumę.

Epilog

Władimir Bałybin - dyrektor centrum badawczego ds. walki elektronicznej przy Akademii Rosyjskich Sił Powietrznych - skomentował to wydarzenie w następujący sposób:

„Im bardziej skomplikowany jest system radiowo-elektroniczny, tym łatwiej jest go wyłączyć za pomocą elektronicznych działań wojennych”.

źródło

Czy historia wydarzyła się naprawdę, czy jest to raczej wytwór rosyjskiej machiny propagandowej? Ciężko ocenić, jednak jest niemal pewne, że takie wydarzenia są jak najbardziej możliwe.

Koronalny wyrzut masy (ang. coronal mass ejection, CME)

W roku 1859 miało miejsce wydarzenie, które powinno być dla nas przestrogą i ostrzeżeniem. Miała wtedy miejsce potężna burza słoneczna, której skutki na zawsze przeszły do historii. 1-2 września tego roku nastąpił tak zwany koronalny wyrzut masy, który uderzył w ziemską magnetosferę i wywołał jedną z największych zarejestrowanych burz geomagnetycznych. Poprzedzający go rozbłysk w fotosferze słonecznej zaobserwowali 1 września, niezależnie od siebie, brytyjscy astronomowie Richard C. Carrington i Richard Hodgson, dlatego w literaturze anglojęzycznej całe zjawisko funkcjonuje jako Carrington event, czyli zdarzenie Carringtona.

Słoneczny EMP wywołał globalne anomalie atmosferyczne

Podczas jego trwania zorze widziane były na całym świecie - te z półkuli północnej sięgały aż po Karaiby. Rozbłyski w Górach Skalistych w Stanach Zjednoczonych były tak jasne, że blask obudził górników, którzy zaczęli przygotowywać śniadanie, bo myśleli, że jest już rano.

Ludzie w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych mogli czytać gazetę przy świetle zorzy. Zorza była widoczna od biegunów po obszary takie jak południowo-środkowy Meksyk, Queensland, Kuba, Hawaje, południowa Japonia i Chiny, a nawet na niższych szerokościach geograficznych, bardzo blisko równika, na przykład w Kolumbii.

Zniszczona infrastruktura sieci telegraficznej

Systemy telegraficzne w całej Europie i Ameryce Północnej zawiodły, w niektórych przypadkach ich operatorzy zostali porażeni prądem. Niektóre urządzenia telegraficzne wytwarzały iskry. Część operatorów telegraficznych mogła nadal wysyłać i odbierać wiadomości nawet po odłączeniu baterii - linie zasilał prąd indukowany przez burzę.

Gdyby dziś doszło do burzy słonecznej o takiej sile, spowodowałaby rozległe zakłócenia elektryczne, zaniki zasilania i ogromne szkody spowodowane przedłużającymi się przerwami w dostawie prądu elektrycznego. W maju 2013 r. naukowcy z Lloyd’s of London i amerykańskiej firmy Atmospheric and Environmental Research (AER) wykorzystali dane z wydarzenia z roku 1859 do oszacowania aktualnego kosztu podobnego zdarzenia w samych Stanach Zjednoczonych na 0,6-2,6 biliona USD!

Burze geomagnetyczne to nic nowego - mieliśmy szczęście

Silne burze słoneczne wystąpiły też w 1921 r. (ta pod pewnymi względami dorównywała burzy z 1859 r.) i w 1960 r., występowały wtedy powszechne zakłócenia radiowe. Burza geomagnetyczna z marca 1989 r. wyłączyła na około 9 godzin całą sieć przesyłową Hydro-Québec w kanadyjskim Quebecu - bez prądu został cały Quebec.

23 lipca 2012 r. zaobserwowano burzę słoneczną o podobnej sile co ta z 1859 roku, jednak wyrzucony przez Słońce obłok plazmy (CME) rozminął się z Ziemią, bo do erupcji doszło mniej więcej tydzień za późno (!). Ostatnia bardzo silna burza geomagnetyczna (najwyższy stopień G5 w pięciostopniowej skali NOAA, pierwsza taka od 2003 roku) nawiedziła Ziemię 10-13 maja 2024 roku. Zorze było wtedy widać także w Polsce, a sieci energetyczne w Ameryce Północnej przetrwały ją bez poważnych awarii.

Jak zabezpieczyć siebie i swoje urządzenia przed działaniem impulsu elektromagnetycznego (EMP)?

Odpowiednio silny impuls elektromagnetyczny jest w stanie uszkodzić bardzo wiele urządzeń elektrycznych, ale różne urządzenia wykazują bardzo różną odporność. Najbardziej narażone jest to, co w chwili impulsu jest podłączone do długich kabli albo anteny, a najmniej mały sprzęt na baterie, odłączony od wszystkiego. Ciekawostką może być fakt, że stare elektronowe lampy próżniowe znoszą impulsy elektromagnetyczne znacznie lepiej niż półprzewodniki. Nie oznacza to jednak, że są całkowicie odporne. Za to współczesna elektronika, na przykład komputery, dyski twarde, telefony - jest dużo bardziej podatna na ten rodzaj zniszczenia, zwłaszcza gdy jest podłączona do sieci albo się ładuje.

Chroń swoje urządzenia, czyli klatka Faradaya

Co więc zrobić, żeby zabezpieczyć naszą elektronikę i urządzenia elektryczne przed niszczycielską siłą impulsu elektromagnetycznego? Najlepszym zabezpieczeniem na taką okoliczność, które każdy z nas może wykonać na własną rękę, jest znana od dawna nauce tzw. klatka Faradaya. Nie będę się wdawał tutaj w szczegóły jej działania, bo nie jest to bardzo istotne. No i pewnie wielu z nas pamięta ją jeszcze ze szkoły.

Od strony praktycznej wystarczy pamiętać, że każdy szczelny (ale niekoniecznie hermetyczny) pojemnik metalowy jest klatką Faradaya. Może to być na przykład metalowy pojemnik na śmieci (po uszczelnieniu szczelin), kasetka, w której przechowujemy biżuterię, lub sejf na broń (ważne tylko, żeby pokrywa albo drzwi przylegały metalem do metalu na całym obwodzie - szczelinę możesz okleić przewodzącą taśmą aluminiową - a sprzęt w środku nie dotykał metalowych ścianek, więc wyłóż wnętrze na przykład kartonem). Jeśli przyjrzysz się z bliska szybce kuchenki mikrofalowej, to zobaczysz na niej drobną siatkę. To także jest klatka Faradaya (nie przechowuj jednak w mikrofalówce elektroniki - wystarczy, że ktoś ją nieświadomie włączy, a z akumulatorem albo metalem w środku grozi to pożarem). W metalowym pojemniku możesz umieścić elektronikę oraz inny sprzęt, który chciałbyś uchronić przed impulsem elektromagnetycznym.

Jak samodzielnie wykonać klatkę Faradaya?

Samodzielne wykonanie klatki Faradaya jest bardzo proste. Wystarczy znaleźć jakiekolwiek w miarę stabilne i sztywne opakowanie - może to być pudełko po butach albo drewniana skrzynka. Należy je szczelnie i z każdej strony owinąć folią aluminiową. Nada się w tym celu każda folia aluminiowa dostępna w kuchni, trzeba tylko zwrócić uwagę, żeby nie było w niej żadnych dziur i otworów. Szczelnie owinięta folią aluminiową skrzynka lub pudło może stanowić skuteczne zabezpieczenie przed impulsem elektromagnetycznym (pod warunkiem, że urządzenie najpierw owiniesz czymś nieprzewodzącym, na przykład papierem, żeby nie dotykało folii, a samą folię nałożysz w kilku warstwach, z zakładkami, bez szczelin). Jeśli chcesz być jeszcze bardziej pewny, to możesz zdublować cały system. Wystarczy, że włożysz jedną mniejszą klatkę Faradaya w drugą, większą.

Faraday Cage: Garbage Can, Really?

Powyższe środki powinny być wystarczające, trzeba sobie tylko zdawać sprawę z tego, że takie rozwiązanie nigdy nie było testowane w obliczu prawdziwej katastrofy, więc nie można ze stuprocentową pewnością stwierdzić, że ten system zadziała. Pamiętaj, że impuls elektromagnetyczny o odpowiednio dużej mocy może uszkodzić także sprzęt, o którym w tym kontekście rzadko się myśli. Wlicza się w to generator prądu albo przenośna stacja zasilania z panelem słonecznym, więc jeśli masz takie urządzenie i chcesz je uchronić przed impulsem elektromagnetycznym, to także powinieneś je zabezpieczyć w sposób opisany powyżej.

Ostatnia uwaga na temat klatki Faradaya - niektórzy twierdzą, że do poprawnego funkcjonowania wymaga ona uziemienia, jednak nie jest to prawda: klatka Faradaya nie potrzebuje uziemienia.

Co trzymać w klatce Faradaya?

Klatka nie musi być duża. Nie chowasz do niej całego domu, tylko to, co pozwoli Ci przetrwać pierwsze tygodnie bez prądu i dowiedzieć się, co się w ogóle dzieje. Poniżej moja propozycja, lista jest otwarta:

• radio na baterie albo na korbkę i zapasowe baterie, bo gdy padnie internet i sieć komórkowa, radio może być jedynym źródłem wiadomości,
• latarka czołowa i zwykła latarka,
• zapasowy, nawet stary telefon z ładowarką i kablem,
• powerbank i mały panel słoneczny do jego ładowania,
• pendrive z kopiami dokumentów, zdjęć i numerów telefonów do bliskich,
• krótkofalówki, jeśli umówiłeś się na nie z rodziną.

Z małej elektroniki wyjmij baterie i akumulatory, jeśli się da, bo według CISA mogą dołożyć się do szkód w obwodach. Kable, których nie da się odpiąć od urządzenia, schowaj razem z nim. Część tych rzeczy i tak powinna leżeć w plecaku ucieczkowym, a jeśli interesuje Cię, co jeszcze do niego włożyć, zajrzyj do mojego artykułu o plecaku ucieczkowym.

Jak sprawdzić klatkę Faradaya telefonem?

Najprostszy test zrobisz w minutę. Włóż do zamkniętej klatki włączony telefon i zadzwoń na niego z drugiego. Jeśli dzwoni, klatka przepuszcza fale i trzeba poprawić szczeliny albo dołożyć warstwę folii. Jeśli nie dzwoni, powtórz to samo z radiem nastawionym na stację AM albo FM (taki test, telefonem i radiem, zaleca też CISA).

Pamiętaj tylko, że to test bardzo przybliżony. Telefon sprawdza wyłącznie pasma sieci komórkowej (od kilkuset megaherców do kilku gigaherców) i tylko to, czy klatka tłumi sygnał na tyle, żeby zerwać połączenie. Impuls E1 obejmuje według CISA częstotliwości od ok. 1 MHz do kilkuset MHz, w dużej części niższe niż sieć komórkowa, więc cisza w telefonie to warunek konieczny, a nie dowód, że klatka obroni sprzęt. Dotyczy to także metalowego kosza na śmieci z filmu wyżej. Szczeliny przy pokrywie, uchwytach i dnie potrafią przepuścić fale, dlatego CISA uważa, że kosz bez przeróbek nie daje pewnej ochrony. Najpierw je uszczelnij, tak jak pisałem wyżej, a dopiero potem sprawdź kosz telefonem i radiem.

Ochrona poza klatką Faradaya

Klatka chroni sprzęt w zapasie. A co z tym, czego używasz na co dzień? Tu nie ma jednego rozwiązania, ale kilka prostych rzeczy wyraźnie zmniejsza straty.

Po pierwsze, odłącz od kabli. Sprzęt, który nie jest podłączony do sieci, anteny ani kabla internetowego, zbiera znacznie mniej energii. Wyciągaj wtyczki przy samym urządzeniu, a nie tylko z gniazdka w ścianie, bo kabel zwisający z komputera dalej działa jak antena. Kabla, którego nie da się odpiąć, nie rozciągaj, tylko zwiń go przy urządzeniu. Oczywiście nikt nie uprzedzi Cię o ataku, ale ten sam nawyk przydaje się przy każdej burzy z piorunami, a sprzęt rzadko używany możesz trzymać odłączony na stałe.

Po drugie, ograniczniki przepięć. Listwa przeciwprzepięciowa i ochronniki na antenie i kablu internetowym to dobra rzecz, ale miej świadomość ich granic. Zwykłe ograniczniki projektuje się z myślą o piorunach, a impuls E1 narasta w około jedną nanosekundę, czyli dużo szybciej. CISA podaje, że przy tak szybkim impulsie prawie każdy taki ogranicznik przepuszcza szczyt napięcia, często nawet 3 razy wyższy niż ten, do którego miał je ograniczyć. Z tanich rozwiązań najlepiej radzą sobie warystory i diody TVS, a do ładowania sprzętu agencja radzi ograniczniki o czasie reakcji 10 ns lub krótszym. Pewną ochronę dają dopiero ograniczniki z certyfikatem EMP na każdym przewodzie, ale to już rozwiązania dla infrastruktury krytycznej, a nie do mieszkania.

Po trzecie, światłowód zamiast miedzi. Światłowód przesyła światło, a nie prąd, więc nie zbiera impulsu tak jak kabel miedziany. Warunek jest jeden, w kablu nie może być metalu (bywają światłowody z metalowym pancerzem albo linką nośną). Pamiętaj też, że modem światłowodowy w domu i tak trzeba zasilić z gniazdka, więc i jemu przyda się ogranicznik.

Po czwarte, zasilanie zapasowe. Agregat, który ma ruszyć po EMP, nie powinien być na stałe podłączony do domowej instalacji, bo długa linia energetyczna wprowadzi do niego impuls i może spalić jego elektronikę. Trzymaj go odłączonego, razem z zapasem paliwa (CISA mówi o zapasie na tydzień). Przenośna stacja zasilania z panelem słonecznym to dobre uzupełnienie, pod warunkiem że panel i stacja leżą odłączone, najlepiej w klatce, o czym pisałem wyżej.

Co odpalenie EMP oznacza dla ludzi

Bezpośrednie działanie impulsu elektromagnetycznego na człowieka w większości przypadków nie wyrządzi mu trwałej szkody, no chyba że mamy akurat wyjątkowego pecha i trafi nas piorun. Groźne są za to skutki pośrednie: bez prądu przestaną działać urządzenia medyczne (koncentratory tlenu, respiratory, sprzęt do domowej dializy) i lodówki z lekami, na przykład z insuliną, a do tego trudno będzie wezwać pogotowie. Jeśli ktoś w Twoim domu jest zależny od takiego sprzętu albo leków, plan awaryjny zacznij od niego.

O wiele większym problemem jest przeżycie bez wszystkich cywilizacyjnych udogodnień. Silny impuls elektromagnetyczny jest w stanie trwale i na długi czas, wyłączyć prąd elektryczny na bardzo dużym obszarze. Jak już wspomniałem wcześniej, nasza cywilizacja opiera się na prądzie elektrycznym i bez niego wszystkie systemy, do których jesteśmy przyzwyczajeni przestają działać: nie tylko tracimy komunikację i łączność ze światem, ale także mamy utrudniony dostęp do wody pitnej. Pompy dostarczające wodę w miastach przestaną pracować, gdy tylko zabraknie prądu (część wodociągów ma agregaty awaryjne, ale one też potrzebują paliwa i mogą zostać uszkodzone przez sam impuls), choć jeszcze przez jakiś czas woda w niektórych kranach będzie płynęła, bo część infrastruktury opiera się na działaniu grawitacyjnym.

Zadbaj o zapas wody pitnej

Z tego powodu najważniejszą rzeczą jest zapas pitnej wody. Zrób go zawczasu: rządowy Poradnik bezpieczeństwa zaleca minimum 3 litry na osobę na dobę, na co najmniej 72 godziny, czyli 9 litrów na osobę. A gdy prąd zniknie, od razu napełnij wannę i wszystkie naczynia, póki woda jeszcze płynie. Dobrze jest także zabezpieczyć się, kupując tak zwaną słomkę życia, która filtruje wodę i uzdatnia ją do picia. Dzięki niej możesz bez obawy o zatrucie pić prawie każdą wodę, nawet z kałuży (takie filtry nie usuwają jednak wirusów ani chemii, więc bądź ostrożny). Wodę z niepewnego źródła po przefiltrowaniu najlepiej jeszcze przegotuj.

Oprócz wody pitnej należy zastanowić się nad innymi niezbędnymi człowiekowi do życia rzeczami: pożywieniem, ciepłem, lekarstwami - ale to już temat na inny artykuł.

Uciekaj z miasta

Ewentualne odpalenie impulsu elektromagnetycznego odczują najbardziej mieszkańcy wielkich miast, dlatego jeśli mieszkasz w dużej aglomeracji, to powinieneś zastanowić się nad jakimś planem awaryjnym i zaplanować wydostanie się z miasta do bezpieczniejszego miejsca. Weź tylko pod uwagę fakt, że komunikacja miejska zasilana z sieci (tramwaje, trolejbusy, metro) stanie, a hulajnogi elektrycznej nie będzie gdzie naładować. Większość samochodów pewnie nadal pojedzie (w testach amerykańskiej komisji ds. EMP na 37 autach z lat 1986-2002 silnik zgasł tylko w trzech i dał się ponownie uruchomić), ale bez prądu nie zatankujesz na stacji, a drogi zablokują korki i niedziałająca sygnalizacja. Może Ci więc zostać piesza wędrówka albo jazda na rowerze lub innym pojeździe napędzanym siłą mięśni. (Pamiętaj tylko, że wyjście z miasta pieszo, bez celu i zapasów, zwłaszcza zimą, może być groźniejsze niż zostanie w domu. Plan ucieczki - dokąd, którędy i gdzie spotyka się rodzina - przygotuj zawczasu, ale o samym wyjściu decyduj w zależności od pory roku, zdrowia domowników i komunikatów służb.)

Jakie samochody przetrwają impuls elektromagnetyczny?

Najlepsze dane na ten temat pochodzą z testów, o których wspomniałem wyżej. Komisja ds. EMP wstawiła do symulatora 37 samochodów osobowych z lat 1986-2002 i stopniowo zwiększała natężenie pola, aż do ok. 50 kV/m. Auta z wyłączonym silnikiem nie odniosły żadnych szkód. Trzy auta, w których silnik zgasł, dostały pole ok. 30 kV/m lub silniejsze. W czwartym trzeba było naprawić elektronikę deski rozdzielczej, 25 aut miało tylko drobne objawy, na przykład migające kontrolki, a 8 nie zareagowało wcale.

Podobnie wypadły ciężarówki z lat 1991-2003. Na 18 testowanych silnik zgasł w trzech, dwie dało się od razu uruchomić, a jedna pojechała na lawecie do warsztatu. Komisja szacuje, że przy silnym polu co najmniej ok. 10% samochodów osobowych może doznać poważnych skutków, łącznie ze zgaśnięciem silnika, a w ok. 15% ciężarówek silnik zgaśnie. To w zupełności wystarczy, żeby zakorkować miasto, zwłaszcza że sygnalizacja świetlna zaczyna wariować już przy kilku kV/m.

Wyniki trzeba jednak brać z przymrużeniem oka. Test danego auta przerywano przy pierwszej reakcji, więc te, które zareagowały, nie dostały pełnej dawki. To tylko 37 aut, w dodatku z lat 1986-2002, a dzisiejsze samochody mają w sobie dużo więcej elektroniki. Listom „aut odpornych na EMP”, które krążą po internecie, nie ufałbym, dopóki nie zobaczę testów, na których się opierają. Moim zdaniem najrozsądniej założyć, że auto najpewniej pojedzie, więc trzymaj w nim zawsze co najmniej pół baku, bo z tankowaniem może być kłopot.

Przezorny zawsze ubezpieczony

Z powyższych informacji wyłania się mrożący krew w żyłach scenariusz. Impuls elektromagnetyczny może wywołać totalną katastrofę na ogromną skalę. Nawet jeżeli nie obawiamy się konfliktu nuklearnego, to najbliższa nam gwiazda - czyli Słońce - ma potencjał zniszczenia cywilizacji jaką znamy w jednym, gwałtownym impulsie. Grozę sytuacji powiększa też fakt, że takie wybuchy miały już miejsce w przeszłości i to wcale nie tak odległej. Być może następny jest tylko kwestią czasu.

Rozróżniam tu jednak dwa scenariusze. Burza słoneczna o sile tej z 1859 roku na pewno kiedyś się powtórzy, nie wiadomo tylko kiedy. Naukowcy, którzy próbowali to policzyć, dają jej w ciągu najbliższych 10 lat od mniej niż 1% (Moriña i współautorzy, 2019) do około 10% szans, zależnie od przyjętego modelu (Riley i Love, 2017). Jądrowy impuls wysoko nad naszymi głowami uważam za scenariusz dużo mniej prawdopodobny, bo wymaga decyzji o użyciu broni atomowej. Gdyby jednak do niego doszło, skutki byłyby ogromne i przyszłyby w jednej chwili, na obszarze wielokrotnie większym od Polski.

Więcej informacji na temat potencjalnych szkód wywołanych przez EMP znajdziesz w tym raporcie Congressional Research Service dla Kongresu USA (2008).

Źródło części informacji: definicję EMP i jego codziennych źródeł, opis impulsów E1, E2 i E3 oraz HEMP (razem z podpisem zdjęcia wybuchu Trinity), a także fragmenty o zdarzeniu Carringtona i późniejszych burzach słonecznych przetłumaczyłem i przerobiłem na podstawie artykułów „Electromagnetic pulse”, „Nuclear electromagnetic pulse” i „Carrington Event” z angielskiej Wikipedii (autorzy: współtwórcy Wikipedii). Oryginały są dostępne na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa - Na tych samych warunkach 4.0 (CC BY-SA 4.0), a moje przetłumaczone i zmienione wersje tych fragmentów udostępniam na tej samej licencji.