特殊な形状の電波パルスの研究。 単一の長方形パルスガウスパルス

米国は、「電磁パルス(EMP)および地磁気の乱れに関連する脅威」から国を電磁事故から保護するための戦略を採用しています。 米国国土安全保障局(DHS)は、新しい物理的原理に基づいて活動する敵国による電磁兵器の使用の可能性だけでなく、自然現象にも積極的に反対するつもりです。

この文書は、このタイプの武器の使用によって米国の敵から来る可能性のある危険に関する米国の諜報機関のデータを考慮して作成されました。 新しい戦略は、「潜在的に壊滅的なEMPインシデント」から米国の「重要なインフラストラクチャを保護するための部門の明確なビジョンとアプローチ」、およびそれらが発生した場合の対応と回復の原則を概説しています。

電磁兵器は、磁場を使用して発射体に初速度を与えるか、ターゲットに電磁放射が直接当たる兵器のグループです。 この場合、ネットワークの過電圧により、機器と電子機器が無効になります。 この場合、私たちは電磁パルスのエネルギーを利用することによって機能する非致死的な武器について話している。

しかし、新しい米国の戦略で指摘されているように、電磁パルスへの曝露による同様の影響は、武器の使用だけでなく、太陽の強力なフレアを含む「宇宙気象」の極端な現象によっても発生する可能性があります。 太陽プラズマの放出は、強力な電磁放射を伴って地球に到達します。

「電磁パルスを使用した意図的な攻撃、または宇宙気象とも呼ばれる自然の地磁気擾乱によって引き起こされる極端な電磁事故は、送電網、通信機器、上下水道システム、輸送など、国の重要なインフラストラクチャの重要な部分に損傷を与える可能性があります」、- 米国国土安全保障局が発表した23ページの戦略を読みます。

対応する声明は、米国政府の執行部の報道機関のウェブサイトに掲載されました。

Deutsche Welleによると、将来的には、「利用可能なリソースを最適化」し、連邦、地域、地方自治体、業界部門、民間事業者の間の調整を強化するために設計された特定のステップのリストを含む対応するアクションプランによって、新しい戦略が補完されます。

使い方

すべての電子機器を無効にすることができる電磁パルス(EMP)を使用する技術は、まだよくわかっていません。 電磁パルスがインフラストラクチャに与える影響のテストは、USSRと米国によって実施されたと想定されています。両国の科学者もこの問題について経験を交換しました。

EMP兵器を使用した意図的な攻撃は、特殊な核チャージ、特殊な非核兵器、および指向性電磁設備を使用して実行できます。 そのような武器の使用の結果は、地元だけでなく大陸の規模にも影響を与える可能性があります。

ちょうど1年前の2017年10月初旬、下院議員委員会は、新しい電磁パルス(EMP)兵器と地磁気擾乱の脅威に関するヒアリングを開催しました。 その後、専門家は、米国の大気中で新しいEMP兵器を使用した結果としての電磁パルスが、遠く離れた電磁場を混乱させる可能性があると立法者に警告しました。 それは、国の電力網全体を無期限に無効にすることができる強力な電磁パルスの波を作成します。

専門家のスピーチのテキストは、戦略的防衛イニシアチブプログラムの元ディレクターであるヘンリークーパーの声明を引用しました。 「来年、これは全アメリカ人の90%の死につながるだろう」と彼は2016年9月にこの問題を2010年代に研究した特別委員会からのデータを引用して言った。

EMP兵器はすでにロシアでテストされています

ロシアのウラジミール・プーチン大統領は、2012年にロシアのメディアで一連の選挙記事を発表したときに、新しい物理的原理に基づいて動作する武器を作成する必要性について初めて公に発表しました。

2012年2月20日に「」というタイトルで公開された6番目の記事 強くなる :ロシアの国家安全保障、「プーチンは書いた:
「決定的ではないにしても、武力闘争の性質を決定する上で非常に重要なのは、宇宙、情報戦争の分野、主にサイバースペースにおける国の軍事力です。そして、より遠い将来には、新しい物理的原理に基づいた武器の作成(光線 、波、遺伝的、心理物理的)。これにより、核兵器とともに、政治的および戦略的目標を達成するための質的に新しい手段を手に入れることができます。」.

ロシア連邦国防省によると、2020年以降、新しいビーム、遺伝子、心理物理、波の武器がロシアに登場するはずです。

そして、ロシアの電磁兵器のテストはすでに試験場で進行中です。 いわゆるマイクロ波銃(マイクロ波-マイクロ波放射)は「存在し、非常に効果的に開発されている」と、Radioelectronic Technologies(KRET)懸念の最初の副総局長の顧問であるVladimirMikheevは2018年10月1日にTASSに語った。

「試験は実験室の条件と試験場の両方で絶えず行われている」と彼はそのような兵器が試験されたかどうかの質問に答えて言い、電磁兵器に対する保護システムについても活発な作業が進行中であると付け加えた。

マイクロ波銃は、損傷要因として、電磁「ショット」とも呼ばれる超高周波電磁放射を使用します。 将来的には、ミサイルのホーミングヘッドなど、敵の電子機器を完全に燃やすことができると期待されています。

特に電磁砲は、第6世代のロシアの無人航空機を武装させる計画です。

放射性電子兵器の科学的研究は、コード「Alabuga」の下の懸念「RadioelectronicTechnologies」で行われています。 これらの開発の一環として、「手榴弾」、ミサイル、爆弾など、一連の弾薬が作成されています。

新しい武器は、敵の機器の一時的な無能力化への干渉からその完全な電子的破壊に至るまで、さまざまな方法で機器に影響を与える可能性があり、主要な電子コンポーネントに破壊的な損傷をもたらします。 並行して、電磁兵器から保護するためのシステムに関する活発な作業が進行中です。

KRETは、テストに合格した後、国防省は実際に運用されている武器を受け取ると述べています。

それを与えましょう 長方形パルス 振幅あり そして と期間 t ..。 時間軸上では、パルス中心の位置によって指定されます t 0(図3.11)。

次に、信号は次のように分析的に記述できます。

スペクトル密度の式を定義しましょう。

この式をで割ると T の代わりに w 周波数 nw 1、一連の矩形パルスのASFの既知の式を取得します。

スペクトル密度係数のゼロは周波数にあります w =2p k/t どこ k\u003d±1、±2、...周波数で w\u003d 0スペクトル密度は S(0)=.

図3.12は、正弦の符号を考慮した、長方形パルスの周波数応答と位相応答を示しています。

総パルスエネルギーは

スペクトル密度の最初のローブによって制限される信号のエネルギーは、長方形パルスのパワーの90%です。

指数関数的な勢い。

スペクトル密度を決定する 指数関数的な勢い 種類

図3.13に示されています。

この場合

周波数応答と位相応答のグラフを図5のbに示します。 頻繁に w =0 S(0)=A/ a; で w <w >> a ; 頻繁に w = a ..。 したがって、指数パルスのスペクトル密度にはゼロがなく、周波数の増加とともに滑らかに減少します。

ガウスの勢い。 ベル型(ガウス)パルスは、次の式によって決定されます。

時間領域では、それはに描かれています 図。 14 a..。 従来、このようなパルスの持続時間はレベルによって決定されます e -振幅の1/2。

スペクトル密度は、フーリエ積分によって決定されます。

変数を変更した後:ここで、

積分は次の形式に縮小されます 、および

最後に

どこ

したがって、ガウスパルスのスペクトル密度は周波数の実際の関数です( j s \u003d 0)(信号は均等に与えられるため)、その係数もガウスパルスです( 図。 14).

それら。 ガウススペクトルはガウス運動量に対応し、レベルで定義されたスペクトル帯域が広くなります e -最大値の1/2 b、値によって決定される条件付きパルス持続時間が狭くなります そして=1/b、 およびその逆 .

ブロードバンドランダムプロセスのスペクトル。 白色雑音

ランダムプロセスは、そのスペクトル電力密度の有効帯域幅がこの帯域幅の平均周波数に匹敵する場合、またはこの帯域幅がこの信号が通過する回路の帯域幅よりもはるかに広い場合、広帯域と呼ぶことができます。

ランダムプロセスが無限に広い周波数帯域で均一なエネルギースペクトルを持っている場合、そのようなノイズはと呼ばれます 白い 可視部分に均一な連続スペクトルを持つ白色光との類推による。 図3.15は、ホワイトノイズのスペクトル応答を示しています。 W バツ (f) = W 0 .

図: 3.15。 「ホワイト」ノイズのスペクトル

もちろん、その分散は無限大に等しい値でなければならないので、ランダム信号のそのような表現は理想化です(等式(2)を参照)。 同時に、このような理想化は、調査中の回路のAFCによって、入力でのスペクトル密度がほぼ一定であると見なすことができる場合に非常に適しています。

ホワイトノイズの概念を使用すると、無線システムの一部である無線回路の独自のパラメータを介してのみ、無線システムの出力でランダムプロセスに必要なすべての特性を見つけることができます。

ホワイトノイズの確率密度の分布則は、どのような種類でもよく、通常と見なされることがよくあります。

ホワイトノイズは通常、無限に薄いランダムな外れ値を持つ針のような構造を持つ信号を指します。 帯域幅全体で均一な電力密度を持つノイズ (-f 1 、f 1 ), ブロードバンドとも呼ばれます。

実際には、スペクトルは特別な機器を使用して測定されます。 スペクトルアナライザー.

スペクトル分析

スペクトル分析 -電磁放射、音波、元素粒子の質量とエネルギーの分布などのスペクトルを含む、物質と放射との相互作用のスペクトルの研究に基づいた、媒体の組成の定性的および定量的決定のための一連の方法。

分析の目的とスペクトルの種類に応じて、スペクトル分析にはいくつかの方法があります。 アトミック そして分子 スペクトル分析 物質の元素組成と分子組成をそれぞれ決定することができます。 放出および吸収法では、組成は放出および吸収スペクトルから決定されます。

質量分析 原子または分子イオンの質量スペクトルによって実行され、オブジェクトの同位体組成を決定することができます。

研究原理。各化学元素の原子は厳密に定義された共振周波数を持っており、その結果、それらが光を放出または吸収するのはこれらの周波数です。 これは、分光器では、各物質に特徴的な特定の場所のスペクトルに線(暗いまたは明るい)が見えるという事実につながります。 線の強さは、物質の量とその状態によって異なります。 定量的スペクトル分析では、調査対象の物質の含有量は、スペクトル内の線または帯の相対的または絶対的な強度によって決定されます。

光学スペクトル分析は、実装が比較的容易であり、分析用のサンプルの複雑な準備がないこと、および多数の要素の分析に必要な物質の量がわずか(10〜30 mg)であることを特徴としています。

原子スペクトル(吸収または放出)は、サンプルを1000〜10000°Cに加熱して物質を蒸気状態に変換することによって得られます。 スパーク、交流アークは、導電性材料の放出分析における原子の励起源として使用されます。 サンプルは、カーボン電極の1つのクレーターに配置されます。 溶液の分析には、さまざまなガスの火炎またはプラズマが広く使用されています。

図: 3.16。 物質の放射スペクトル

ラインスペクトルは、ガス状原子状態のすべての物質を示しています。 孤立した原子は厳密に定義された波長を放出します。

連続スペクトルは、固体と液体の物体、および高度に圧縮されたガスを示します。

ストリップスペクトル ラインスペクトルとは対照的に、それらは原子によってではなく、互いに結合していないか、弱く結合している分子によって作成されます。 縞模様のスペクトルは実線です。

図: 3.17。 スペクトルの種類

歴史。スペクトルストライプの暗い線はずっと前に気づかれていましたが、これらの線の最初の本格的な研究は1814年にFraunhoferによってのみ行われました。 彼に敬意を表して、その効果は「Fraunhoferlines」と名付けられました。 Fraunhoferは、線の位置の安定性を確立し、それらの表を作成し(彼は、合計574行を数えました)、それぞれに英数字コードを割り当てました。 線は光学材料にも地球の大気にも関連していないが、日光の自然な特徴であるという彼の結論もそれほど重要ではありませんでした。 彼は、人工光源だけでなく、金星とシリウスのスペクトルにも同様の線を見つけました。

最も明確な線の1つが常にナトリウムの存在下で現れることがすぐに明らかになりました。 1859年、G。KirchhoffとR. Bunsenは、一連の実験の結果、次のように結論付けました。各化学元素には独自の線スペクトルがあり、天体のスペクトルから、それらの物質の組成について結論を導き出すことができます。 その瞬間から、スペクトル分析が科学に登場しました。これは、化学組成を遠隔測定するための強力な方法です。

1868年にこの方法をテストするために、パリ科学アカデミーは、完全な日食が予想されるインドへの遠征を組織しました。 そこで、科学者たちは発見しました。日食時のすべての暗い線は、放射スペクトルが太陽コロナの吸収スペクトルを変化させたとき、予想通り、暗い背景に対して明るくなりました。

図3.18。 化学元素のスペクトル

テストの質問:

    スペクトルとは何ですか?

    スペクトル表現を使用する理由。

    発光スペクトルの種類。

    スペクトル振動解析とは何ですか?

    振動ベクトル分析とは何ですか?

    スペクトル分析の種類。

    周波数表現は、時間ドメインの代替です。

    高調波関数を基本関数として使用する理由。

    ハーモニックシグナル、ファンダメンタルトーン、オーバートーン、ノイズとは何ですか?

    長方形パルスのスペクトルと一連の長方形パルス。

    周期信号と単一信号のスペクトルの違い。

    ガウスパルスのスペクトルを記録して描画します。

医療機器の開発と習得の歴史は、1967年以来APZで行われてきました。 その時、運動障害の治療装置である最初の「ミオトン」がリリースされました。 企業の90年代には、免疫不全分析装置である「ヘルパー」、最新の超音波装置のプロトタイプである「Ehotomoscope」、耳鼻咽頭の疾患の治療用の「Lor-Express」、オゾン発生器などのデバイスが最短時間で提供されました。 、歯科用ハンドピースなど。 残念ながら、輸入された類似物で市場がいっぱいになったため、国内の医療機器の生産は徐々に無駄になりました。

現在、AIPはオゾン発生器を生成します。 改良されたMioton-Mデバイスは、臨床試験の段階にあります。 この企業は、ニジニー・ノヴゴロド地域の生物医学クラスターへの参入により、今年、医療の方向性を発展させるための新たな推進力を受け取りました。 したがって、主要な機関であるVolga Research Medical University、Nizhny Novgorod Research Institute of Traumatology and Orthopedicsと協力して、APZは脊椎を安定させるために使用される垂直スクリューシステムの製造をマスターしています。

企業のゲストには、生産能力が示され、工具、鋳造、熱生産の可能性について説明され、機械工場が装備されている最新の高精度マシニングセンターが稼働していることが示されました。 APZでの会議の目的は、科学組織と生産現場の間のより活発な対話に向けて動くことです。

「医学と実践と生産の関係がない場合、誰もが自分のジュースで醸造されますが、結果はありません」と、AOAPZのディレクタージェネラルであるOlegLavrichevは述べています。 -クラスターまたは二国間協力の形式で、より緊密に相互作用する必要があります。 私たちは、外国の参加なしに、私たちのためにこの最も緊急のトピックを独自に開発することができます。 私たちは自分たちでたくさん作ることができます。 あなたの現在の研究は、私たちの生産の機能的詳細への結合の観点から分析される必要があります。」

会議では、ソーシャルロボットの製造や、移植用のハイテク製品などの有望な分野について話し合いました。 医学の3D印刷スペシャリストの地域協会を率いる連邦州高等教育予算教育機関「PIMU」の学長である医科学博士は、国内インプラントの市場における自由なニッチについて話しました。 「2016年に設立された私たちの協会には、独自の研究所があり、プラスチック製品を製造するいくつかの工場があります。 そして、私たちはすでに自分たちのために多くのことを閉じています。 個別の製品を移植して、年間50回以上の作業を行っています。 しかし、ロシアのチタンインプラントは、まだモスクワの小さな民間企業でのみ生産されています。 協会として、私たちは真剣なレベルの産業パートナーに関心を持っています。それにより、プログラマーは、医師とリモートで対話し、インプラントを作成して、短時間で運用に移すことができます。 もちろん、このトピックには研究が必要ですが、国内市場におけるこのニッチは無料です。」

APZの技術的能力により、適切な生産を組織化することができます。 直接のお客様と協力して、トピックのより詳細な調査が必要です。

「今日私たちが目にした人員と技術的可能性は、単にハイテク医療製品の生産に使用されなければなりません」とニコライ・カルジャキンは述べています。 -私たちが購入した輸入医療機器の量は、総購入量の70〜80パーセントに達します。 これは私たちの州にとって受け入れがたいことだと思います。 ロシアの医師が輸入された技術に完全に結びついていて、彼自身の革新を導入することができず、患者の人生が最終的に依存するドル為替レートと制裁政策によって制約されているとき、それは非常に残念です。 これは私たちの国では当てはまらないはずです。」

会議の結果、二国間専門家評議会を設立することが決定され、ハイテク需要の高い医療機器の開発と開発における協力に関する合意に署名しました。 専門家評議会の会合を毎月開催することが決定されました。

それを与えましょう 長方形パルス 振幅あり そして と期間 t ..。 時間軸上では、パルス中心の位置によって指定されます t 0(図3)。

次に、信号は次のように分析的に記述できます。

スペクトル密度の式を定義しましょう。

この式をで割ると T の代わりに w 周波数 nw 1、一連の矩形パルスのASFの既知の式を取得します。

スペクトル密度係数のゼロは周波数にあります w =2p k/t どこ k\u003d±1、±2、...周波数で w \u003d 0スペクトル密度は S(0)=.

図4は、正弦の符号を考慮した、長方形パルスの周波数応答と位相応答のグラフを示しています。

総パルスエネルギーは

スペクトル密度の最初のローブによって制限される信号のエネルギーは、長方形パルスのパワーの90%です。

スペクトル密度を決定する 指数関数的な勢い 種類

図5に示します。

この場合

周波数応答と位相応答のグラフを図5のbに示します。 頻繁に w =0 S(0)=A/ a; で w <w >> a ; 頻繁に w = a ..。 したがって、指数パルスのスペクトル密度にはゼロがなく、周波数の増加とともに徐々に減少します。

ベル型(ガウス) 勢いはによって与えられます

時間領域では、彼はに描かれています。 従来、このようなパルスの持続時間はレベルによって決定されます e -振幅の1/2。

スペクトル密度は、フーリエ積分によって決定されます。

変数を変更した後。

現在のノーベル物理学賞受賞者であるフランス人のジェラルド・モロウと彼の作品は、ロシアでよく知られており、ロシア科学アカデミーのニジニー・ノヴゴロド応用物理学研究所で最も近いものです。 そして彼らは知っているだけでなく、国際プロジェクトXCELS(ロシアによって開始された6つの科学的メガプロジェクトの1つ)の枠組みの中でビジネスパートナーシップを発展させるつもりです。

この方向ですでに行われていることと現在解決されている課題は、ニジニー・ノヴゴロド研究所の現場でジャーナリストに直接伝えられ、示されました。 ロシア科学アカデミーEfimKhazanovの副所長対応メンバー。

XCELSメガプロジェクト(国際エクストリームライトセンター)のレーザー施設は7〜8年で建設できると学者のセルゲイフ氏は語った。 これまでのところ、ロシアで承認された6つのメガプロジェクトのうち2つだけが実施されていることを思い出してください。GatchinaのPIKリアクターと、DubnaのNICAアクセラレーターです。

ロシア科学アカデミーの応用物理学研究所で働いていたジェラルド・ムーアに2018年のノーベル物理学賞を授与することは、私たちのプロジェクトを大きく前進させるのに役立つと思います」とアレクサンダー・セルゲイフは述べています。 そして彼は、将来のインスタレーションのコンセプトは、GerardMourouとNizhnyNovgorodの物理学者の両方のアイデアに基づいていることを強調しました。

学者のセルゲイフは、ジャーナリストの面前でムルにたどり着くことができました。 ノーベルの受賞者は、彼は今、妻と一緒に中国にいると言いました。 彼のスケジュールは賞のために非常にタイトになりました、彼はそれを「爆発」と呼び、彼が以前に約束したように来週ニジニーノヴゴロドに来ることができなくなります。 現在、彼は11月末にユネスコの科学会議のためにモスクワに行く予定です。 ロシアでの科学的生活から、彼はレーザー出力を上げるためのパルス圧縮の新しい方法の開発に従事するのが最も好きでした。

Efim Khazanovによると、フランスの同僚は、長い間解決できないと考えられていた問題をなんとか解決しました。GerardMourouとDonna Stricklandは、一緒にレーザーパルスを増やす方法を見つけました。 この発見の実際的な結果は、特に眼科で、視力を矯正するための手術で、また金属加工や基礎研究で使用されています。 そして、ロシア科学アカデミーのニジニー・ノヴゴロド応用物理学研究所の従業員が自分たちに大きな展望を見るのは、まさにこの基本的な方向です。 現在ロシア科学アカデミー全体の会長になっている彼らの同僚であり志を同じくするアレクサンダー・セルゲイフは、この態度を強く支持しています。

Gerard MourouはXCELSプロジェクトに残り、Nizhnyでのスーパーレーザーの実験の開発に参加します。

2006年に彼の治世中にPERLペタワットレーザーがIAPで稼働しました。当時、世界で最も強力でした。 これは、2018年のノーベル賞を受賞したレーザー物理学の分野における革新的な発見の1つである、レーザーパルスの伸縮の原理に基づいています。

そして2010年、ムル教授はニジニー・ノヴゴロドの物理学者とともに、ロシア政府が研究者を支援し、主要な科学分野での国際的なつながりを強化するために組織した科学メガグラントの競争に勝ちました。 ニジニー・ノヴゴロド州立大学ミハイル・バクノフ総合物理学部長によると、ジェラルド・モロウは、メガグラントの招待された長として、彼らの大学に基づいてエクストリームライトフィールド研究所を設立し、現在も活動しています。

同じ時期に、ロシア科学アカデミーの応用物理学研究所から、国際極限光センター(XCELS)の設立が申請されました。 基礎となったのは、すでに稼働しているパールレーザーのコンセプトとその上で得られた結果でした。 2012年、この申請は、ロシアのウラジミール・プーチン大統領が率いる委員会によって、6つのメガサイエンスプロジェクトの1つとして承認されました。 Gerard Mourouは、XCELSプロジェクトの国際諮問委員会の議長になりました。

世界科学における強力なレーザーについて話すなら、もちろん、彼らは私たちを急いでいます-ジャーナリストのエフィム・カザノフとの対話で認められています。 -まず、ハンガリー、ルーマニア、チェコ共和国でのヨーロッパのプロジェクトについて話します。 もちろん、中国なしではありません。 世界にはたくさんの競争がありますが、私たちはそれに追いつくように努めています。

直接話法

ロシア科学アカデミーの会長、アレクサンダー・セルゲイフ:

現在、200 PWクラスのいくつかのプロジェクトが作成されています-ルーマニア、ハンガリー、チェコのインスタレーション。 上海では、5 PWの容量に達していますが、これまでのところ、ほとんど使用できません。 たとえば、韓国には3〜4PWの容量の設備があります。 建設のダイナミクスを見ると、ルーマニアのELIプラントの建設はほぼ完了しています。 XCELSは、異なるレベルの200PWインストールです。 そのようなレーザーは、完全に異なる物理的パラメーターの領域に私たちを導きます、例えば、衝動性のしきい値は克服されます。 私たちは、誰も見たことのない別の世界にいることに気付くでしょう。 これは、粒子の動き、および粒子が互いにどのように相互作用するかにも当てはまります。 これは、粒子を加速する強力なレーザー放射と粒子が生成する強力なガンマ放射の両方が同時に存在し、物質と反物質が真空中での爆発で生まれる世界です。 したがって、私たちは宇宙を私たちの研究室に引きずり込みます。