Вы когда-нибудь задумывались, почему наша техника продолжает работать, а у противника всё горит синим пламенем? Нет, дело не только в шапках-ушанках и смекалке. Есть вещи, которые не видны глазу, но именно они решают исход битвы. Одна из таких вещей — электромагнитная совместимость и защита от мощных импульсов, которые сегодня генерируют системы радиоэлектронной борьбы. Ростех недавно объявил о начале государственных испытаний чип-фильтров «Подорожник». Эти крошечные компоненты, размером с несколько спичечных головок, призваны спасать микросхемы и датчики от выгорания. Давайте разбираться, как это работает, почему это важно и, самое главное, откуда вообще взялась эта технология. И тут мы погружаемся в историю, полную секретов, гонки вооружений и взрывов, которые на мгновение становились ярче солнца.
Для начала, нужно понять, что такое электромагнитный импульс (ЭМИ). Представьте себе, что рядом с электронным устройством происходит мощный взрыв или работает генератор помех. Возникает резкий скачок электромагнитного поля, который наводит в проводах и печатных дорожках гигантское напряжение — в сотни и тысячи вольт, хотя само устройство рассчитано на 5 или 12 вольт. Это как если бы в водопроводную трубу, рассчитанную на давление в 3 атмосферы, вдруг подали 300. Что произойдёт? Трубу разорвёт. Здесь то же самое: транзисторы, микроконтроллеры, датчики просто пробивает, они выходят из строя мгновенно и необратимо. Это называется «выгорание». ЭМИ невидим, но его последствия для современной техники катастрофичны.
Впервые о существовании ЭМИ заговорили физики ещё до первого ядерного испытания. Энрико Ферми, один из отцов атомной бомбы, предвидел этот эффект и даже распорядился заэкранировать электронное оборудование при взрыве «Гаджет» в 1945 году. Однако по-настоящему опасную мощь этого поражающего фактора осознали позже — в конце 1950-х, во время испытаний в атмосфере. Тогда взрывы на большой высоте вызывали перебои в радио- и телевещании на Гавайских островах за тысячи километров от эпицентра и нарушали работу радионавигации в Австралии на 18 часов.
Кульминацией стало 9 июля 1962 года. В тот день США в рамках секретной программы «Starfish Prime» взорвали 1,4-мегатонную термоядерную боеголовку на высоте 400 километров над Тихим океаном. Итог превзошёл все ожидания. Мощный ЭМИ вывел из строя уличное освещение в Гонолулу, вызвал ложные срабатывания сигнализаций и, что самое страшное, уничтожил треть всех действовавших на тот момент спутников, навсегда оборвав с ними связь. Это было шоком. Стало ясно: ядерный взрыв — это не только ударная волна и радиация, но и невидимый «выжигатель» электроники, способный ослепить и парализовать целую армию.
Именно эта гонка — гонка вооружений и, в частности, серия катастрофических высотных взрывов — стала катализатором для целой научной дисциплины. Учёным и инженерам в СССР и США пришлось в срочном порядке искать способы защиты. Нужно было сделать так, чтобы электроника пережила тот самый «электромагнитный апокалипсис», который они сами же и создали. Так и родились технологии «закалки» («hardening») — комплекс мер, призванный сделать технику невосприимчивой к мощным ЭМИ. Ирония судьбы: стремление к созданию самого разрушительного оружия привело к созданию одних из самых сложных защитных систем.
Именно из этой секретной гонки и выросла технология, которую сегодня воплощает «Подорожник». Хотя тогда, в 60-х, защита была громоздкой и сложной, цель остаётся той же. И вот здесь вступают в игру фильтры, разработанные холдингом «Росэл» (входит в Ростех). Они представляют собой пассивные компоненты, которые устанавливаются на печатные платы способом поверхностного монтажа. Простыми словами, их припаивают прямо на плату рядом с уязвимыми микросхемами, как маленьких сторожей. Принцип действия, честно говоря, гениален в своей простоте. Фильтр — это комбинация катушек индуктивности и конденсаторов, собранных по определённой схеме. Высокочастотный импульс, который пытается проникнуть в устройство, встречает на своём пути этот барьер. Катушка индуктивности (дроссель) оказывает высокое сопротивление переменному току высокой частоты — импульс просто «не пролезает». А конденсатор, наоборот, пропускает высокочастотную помеху, но замыкает её на «землю» (корпус), отводя опасную энергию в сторону, чтобы она не попала на питание микросхем. В итоге, как сказано в сообщении Ростеха, фильтр «отсекает эти опасные импульсы, не давая им проникнуть к ключевым компонентам». Важно понимать, что «Подорожник» — это не какой-то один чип, а, вероятно, целое семейство фильтров для разных типов цепей: питания, сигнальных линий, интерфейсов. Каждый из них рассчитан на определённые параметры: ток, напряжение, частоту среза. И все они — пассивные, то есть не требуют внешнего питания, не греются, не потребляют энергию. Это их огромное преимущество.
Из официального сообщения известно, что «Подорожник» работает в экстремальном диапазоне температур — от -60 до +125 °С. Это значит, что его можно использовать и в арктических условиях, и внутри раскалённого двигателя. Ресурс — 20 000 часов наработки. Это более двух лет непрерывной работы. Для военной электроники, которая, как правило, включается по необходимости, это практически вечность. Но самая главная характеристика, о которой не говорят открыто, — это уровень подавления. В открытых источниках нет данных, сколько децибел ослабления обеспечивают фильтры. Однако, учитывая, что они предназначены для защиты от мощных ЭМИ систем РЭБ, можно предположить, что речь идёт о десятках децибел в широком диапазоне частот. Этого достаточно, чтобы превратить смертельный импульс в безобидный всплеск, который не выведет микросхему из строя.
Поскольку «Подорожник» — это компонент, который встраивается в электронику, конечный потребитель его никогда не увидит. Его будут ставить на печатные платы военной техники: ракет, самолётов, радиолокационных станций, средств связи. Но также и на гражданские объекты, где важна надёжность: в авионику, в железнодорожные системы управления, в энергетику, даже в автомобили, если речь идёт о спецтранспорте. Представьте себе беспилотник, который летит в условиях активного радиоэлектронного подавления. Противник «глушит» его канал управления и заодно пытается выжечь электронику мощным импульсом. Если в беспилотнике стоят фильтры «Подорожник», он продолжит полёт. Если нет — упадёт замертво. Та же история с ракетой, с системой наведения танка, с командирской машиной. Это вопрос жизни и смерти на поле боя. Технологии «закалки» от ЭМИ — это невидимый щит, который куётся в лабораториях, но именно он в решающий момент может склонить чашу весов в твою сторону.
В гражданской сфере проблема электромагнитных помех тоже существует, но масштаб другой. В городе импульсные блоки питания, инверторы, электродвигатели создают помехи, которые могут мешать работе чувствительного оборудования. Но там используют более дешёвые и простые фильтры. «Подорожник» — это военная технология, которая может найти применение в космосе, где радиация и мощные электромагнитные поля (например, от солнечных вспышек) также создают угрозу. Кстати, о космосе. Температурный диапазон от -60 до +125 °С идеально подходит для работы на низкой околоземной орбите. Там перепады температур при переходе из тени на солнце могут быть резкими. И радиация там высокая. Так что, возможно, эти фильтры появятся и на российских спутниках.
Госиспытания — это финальный этап перед запуском в серию. Обычно они длятся несколько месяцев и включают проверку на воздействие климатических факторов (жара, холод, влажность), механических (вибрация, удары), и, конечно, электрических (помехи, импульсы). Если испытания пройдут успешно, «Подорожник» пойдёт в серию. Учитывая, что Ростех уже объявил о начале этого этапа, можно предположить, что предварительные тесты были успешными, и скоро мы увидим эти фильтры в реальной технике.
Вся эта история с ЭМИ — гонка вооружений, взрывы на высоте 400 километров, выжженные спутники — наглядно демонстрирует, откуда взялась необходимость в таких устройствах, как «Подорожник». Парадокс в том, что самое разрушительное оружие породило и самые изощрённые способы защиты от него. И сегодня российская электронная промышленность, несмотря на все сложности, создаёт конкурентоспособные продукты, способные обеспечить эту защиту.
А как вы думаете, какие ещё устройства могли бы выиграть от такой защиты? И стоит ли внедрять подобные фильтры в бытовую технику, чтобы она не выходила из строя от грозовых разрядов или скачков напряжения? Пишите свои мысли в комментариях — обсудим.