Xung điện từ (EMP- electromagnetic pulse) xung chứa năng lượng điện từ xuất phát từ các hạt tích điện gia tốc nhanh. Xung điện từ cường độ cao gây hư hại hạ tầng giao thông, điện nước. Xung xuất hiện do bão điện từ trường, do con người gây ra hoặc vụ nổ hạt nhân.
Xung điện từ là gì?
Xung điện từ EMP xuất hiện từ vụ nổ bức xạ điện từ. Nó xuất hiện dưới dạng tia bức xạ, bao gồm cả điện trường và từ trường và cũng tạo dòng dẫn điện tùy theo nguồn năng lượng. Xung điện từ có phổ năng lượng toàn dải từ tần số rất thấp đến bước sóng cực tím. Hậu quả của xung điện từ là rất lớn. Xung điện từ xuất hiện ở mặt trời và các ngôi sao thường xuyên nhưng cường độ thấp. Nếu cường độ xung điện từ rất cao, khi đến bề mặt trái đất sẽ gây tổn thất hệ thống thông tin liên lạc, hạ tầng điện, hệ thống vô tuyến truyền hình ...
Đặc điểm xung điện từ
Xung điện từ mang đặc điểm bức xạ điện từ, có nghĩa là thời gian rất ngắn và trải trên nhiều tần số khác nhau. Các đặc điểm chính của xung điện từ:
Đây là dạng có năng lượng bức xạ điện trường hoặc từ trường.
Phổ tần số trải dài các tần số khác nhau.
Sóng dạng xung, sắc cạch hình dáng cả biên độ và cường độ.
Dải tần số
Dải tần số xung điện từ kéo dài từ DC đến tần số rất cao tùy theo nguồn gây ra xung điện từ. Dải tần số xung điện từ từ DC đến ánh sáng ban ngày, trừ dải tần số cao nhất là quang học và ion hóa.
Dạng sóng
Dạng sóng mô tả cường độ xung theo thời gian. Dạng sóng thực thật ra rất phức tạp, nhưng người ta đã đơn giản hóa xung điện từ có các dạng sóng sau đây:
Theo sơ đồ các dạng sóng đều có dạng cạnh trước rất dốc, nhanh chóng đạt mức tối đa.
Các loại xung điện từ
Xung điện từ có thể do con người, hiện tượng tự nhiên và vũ khí gây ra.
Xung điện từ tự nhiên
Sét đánh.
Phóng điện tĩnh (Electrostatic discharge).
Thiên thạch (Meteoric EMP).
Bão mặt trời (Coronal Mass Ejection).
Xung điện từ do con người
Chuyển mạch điện.
Bên trong động cơ điện khi tiếp điểm đóng mở động cơ.
Hệ thống đánh lửa động cơ xăng tạo xung điện từ khi bugi được cấp điện.
Đóng mở mạch điện tử kỹ thuật số.
Chạm đường dây điện.
Xung điện từ do hoạt động quân sự
Vụ nổ hạt nhân.
Vũ khí điện từ trường (Non-nuclear E. pulse - NNEMP).
EMP đầu tiên do con người tạo ra khi các siêu cường thử nghiệm bom hạt nhân. Vụ thử Starfish Prime 1962 khi một quả bom 1.4 megaton được kích nổ trên Thái Bình Dương đã gây hư hại cho thiết bị điện cách xa 1400 km. Trong thời kỳ chiến tranh lạnh, cả Mỹ và Liên Xô đã nghiên cứu các vũ khí hủy diệt hàng loạt. Trong quá trình thử nghiệm vũ khí, một loạt vệ tinh quỹ đạo thấp đã bị hư hỏng, khiến họ nhận ra vũ khí họ tình cờ phát hiện ra có sức tàn phá khủng khiếp đến thế nào. Trong chiến tranh, vũ khí hạt nhân EMP được coi như là vụ tấn công hạt nhân. Nó có khả năng hủy hoại các thiết bị điện tử trong một khu vực, mà trong thời đại thông tin, cũng có nghĩa là kết thúc cuộc sống.
Ngoài EMP hạt nhân, các kỹ sư và nhà nghiên cứu quân sự đã khám phá ra cách tạo vũ khí điện từ trường (EMP phi hạt nhân - Non-nuclear E. pulse - NNEMP). NMEMP được sử dụng trong phạm vi giới hạn hơn so với EMP hạt nhân.
Vũ khí điện từ trường NMEP
Loại vũ khí này ít mạnh hơn EMP hạt nhân, có phạm vi tác dụng từ vài trăm m đến vài km. Phạm vi và hiệu ứng nhắm đến khiến đây là loại vũ khí không đe dọa tính mạng có hiệu quả cao. Nói cách khác nó gây thiệt hại cho một khu vực mà không ảnh hưởng đến công trình hoặc mạng sống của con người. Cách triển khai NMEMP đến mục tiêu khá độc đáo. NMEP không được triển khai trên thiết bị đưa đến mục tiêu, mà được gắn vào bom hoặc tên lửa gắn trên máy bay hoặc thiết bị không người lái UAV. Ví dụ như Boeing có tên lửa CHAMP. NNEMP cũng không phải là công nghệ phức tạp, nhiều quốc gia có vũ khí này trong kho vũ khí. Khi NMEP được đưa vào bom hoặc tên lửa, vũ khí đó sẽ gọi là E-bom. Năm 2003, Hoa Kỳ đã dùng e-bom để đánh sập mạng lưới truyền thông tại Irac.
Ứng dụng NMEMP trong quân sự
Do không phá hủy về mặt vật lý nên NMEMP có thể dùng chống các loại mục tiêu khác nhau, tùy theo hiệu ứng mong muốn. Xã hội và quân sự hiện đại dựa trên thiết bị điện tử, nên hiệu quả sử dụng NMEMP là vô tận. Trong trường hợp chiến tranh, vũ khí điện từ trường loại bỏ hoạt động của tàu chiến, gây nhiễu xe tăng, phá hủy mạng lưới radar ... Bất cứ vũ khí nào sử dụng thiết bị điện tử thì sẽ bị phá hủy được bởi NMEMP.
Mặc dù nghe có vẻ đáng sợ như vậy nhưng có thể bảo vệ khỏi vũ khí điện từ trường bằng lồng Faraday, mặc dù cả trong quân sự và dân sự lồng này chỉ dùng trong trường hợp cần thiết. Dùng lồng Faraday bao phủ thiết bị điện tử giúp các xung điện tử không gây quá tải dòng trong mạch điện. Lồng Faraday là phương tiện hiệu quả nhất để bảo vệ mạch điện, nhưng không may nó cũng làm tín hiệu không phát được ra bên ngoài. Có nghĩa là bảo vệ được thiết bị khỏi cuộc tấn công vũ khí điện từ bằng lồng Faraday, nhưng cũng làm kết nối liên lạc chỉ trong phạm vi lồng.
Biện pháp bảo vệ khỏi vũ khí điện từ trường NMEMP
Để bảo vệ khỏi các cuộc tấn công NMEMP, phải có biện pháp che chắn và bảo vệ cần thiết. Các biện pháp bảo vệ bao gồm
1. Lồng Faraday.
Lồng làm bằng vỏ kim loại có khả năng triệt tiêu được xung điện từ. Thiết bị điện tử quan trọng phải được đặt trong lồng Faraday để tránh bị phá hủy bởi vũ khí EMP.
2. Hardening Electronic Systems
Thiết bị điện tử được thiết kế sẵn (built-in) biện pháp bảo vệ khỏi EMP. Bao gồm vật liệu chịu tải lớn và vỏ che chắn.
3. Hệ thống dự phòng và sao lưu
Việc có hệ thống dự phòng và sao lưu đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động kể cả khi một số hệ thống bị phá hủy.