EMP 시뮬레이션의 효과

최근 미국 행정부는 전자기 펄스(EMP)의 영향으로부터 미국을 보호하도록 하는 능력을 조정하는 행정 명령을 발표했다.
EMP는 전기 구성 요소에 매우 높은 전자기장을 가하는 전자기 간섭(EMI)의 핵심이며 전자 장치를 손상시키는 전류와 전압을 유도한다.

ANSYS HFSS를 사용하여 수행한 EMP 시뮬레이션은 전자기장이 도시 경관을 어떻게 통과하는지 보여주는 영상 자료

행정부는 EMP로부터 보호가 시행되지 않으면 EMP가 도시와 같은 넓은 지역의 전자 하드웨어를 영구적으로 손상시킬 수 있다고 우려한다. 따라서 결과적으로 EMP는 미국의 안보, 경제 및 시민들에게 중대한 위협이 될 수 있다.

Ansys HFSS EMP 시뮬레이션은 값 비싼 장비를 사용하지 않고도 연방 정부가 행정 명령을 제정할 수 있는 가장 안전하고 효율적인 방법이다. EMP의 잠재적이며 파괴적인 영향을 예측, 대응, 복구 및 방지하는 기술, 장비 및 프로토콜을 개발하는 빠르고 저렴한 방법이기 때문이다.

EMP는 전자 제품에 어떤 영향을 미치는가?

Ansys의 수석 제품 관리자이자 EMI 전문가인 Juliano Mologni는 “EMP 효과는 번개와 비슷하지만 훨씬 더 넓은 영역에 영향을 미친다.”라고 언급했다.

시뮬레이션은 EMP가 고압 송전탑에 어떤 영향을 미치는지 보여주는 영상 자료

EMP는 슈퍼 태양 폭풍 동안 자연적으로 발생한다. 1989년 캐나다 퀘벡에서 태양 폭풍이 Hydro-Quebec의 전력망을 파괴한 기록이 있으며 또한 전신을 불 태우는 1859년에는 전신을 불 태우는 Carrington 사건을 일으켰다.

대기에서 핵폭발을 일으켜 EMP를 제조할 수도 있다. 예를 들어, 1962년 미국 고공 핵실험에서 400km(250 마일)의 폭발은 1400km(870 마일) 떨어진 곳에서 의도하지 않은 결과를 야기했고 하와이 가로등, 회로 차단기, 통신 등이 꺼지는 상황이 발생했다. 폭발은 위성 에도 영향을 미쳤다.

EMP는 엔지니어링 팀이 고려해야할 문제인가?

이것이 문제인지 확인하는 가장 좋은 방법은 EMP 발생 확률을 확인하는 것이다.

시뮬레이션을 통해 EMP가 항공기에 어떤 영향을 미치는지 보여주는 영상 자료

핵 억제는 핵 및 EMP 공격을 예방하는 가장 좋은 방법이다. EMP가 주 전역의 전력을 차단하더라도 전 세계에 퍼진 핵 잠수함은 본토 공격의 영향을 받지 않기 때문에 대응할 수 있다.

자연적으로 발생하는 EMP의 경우 이러한 가능성이 훨씬 더 높다. NASA의 추정에 따르면 EMP가 지구를 강타할 확률은 10~12%이다. 따라서 EMP의 적중 여부에 대한 질문보다는 EMP가 언제 적중할지가 더 타당한 질문이다. 따라서 EMP 효과는 엔지니어링 팀이 고려해야할 문제가 맞다.

Ansys의 전략적 파트너십 및 비즈니스 기술 이사인 Mark Ravenstahl에 따르면 “미국은 EMP가 전력망에 닿을 때 어떤 일이 발생하는지에 대해 우려해야 한다. 더 많은 연구가 이루어져야 하며 HFSS가이 연구를 제공하는 데 도움이 될 수 있다.”고 말했다.

엔지니어는 EMP 시뮬레이션을 사용하여 전자 장치를 보호할 수 있다.

Mologni는 EMP 문제에 대한 두 가지 잠재적 솔루션을 제안했다. 첫 번째는 실딩이고 두 번째는 금속 산화물 배리스터와 같은 낙뢰 정격 서지 보호 장치를 사용하는 것이다.

실딩이 있는 비행기와 없는 비행기에 EMP가 충돌하여 발생하는 유도 전류를 비교하면 실딩이 있는 항공기 장비의 최대 전압은 34% 감소했다.

Mologni는 “실딩은 실행 가능한 솔루션이지만 복잡하고 비용이 많이 든다. “무선 통신과 같은 특정 신호가 장벽을 통과하도록 실딩의 주파수 선택성이 가능한지 확인해야한다.”라고 말했다.

두 번째 방법은 EMP 신호를 전기 구성 요소에서 멀리 방향 전환하는 것이다. 이 접근 방식은 번개 막대가 볼트를 지면으로 리디렉션하는 방식과 유사하다.

Mologni는 “전도 경로의 양쪽 끝에 서지 보호 장치를 설치할 수 있다.”라고 말하며 “EMP에서 볼 수 있는 것처럼 짧은 전자기 에너지가 폭발하면 서지 보호 장치가 신호를 지상으로 보내고 장치는 이벤트 중에 디지털 신호 정보를 잃을 수 있으며 소프트웨어 오류로 인해 재부팅이 필요할 수 있지만 영구적인 하드웨어 손상을 입지 않는다.”고 덧붙였다.

연방 정부는 EMP 시뮬레이션을 사용해야 한다.

Mologni는 EMP 효과를 방지하기위한 솔루션에 추가 연구와 개발이 필요하다고 인정한다.

서지 보호에는 매우 좋은 접지/접지 연결이 필요하므로 항공 우주 자산을 보호하기가 어렵고 실딩에는 비용이 많이들 수 있는 특수 재료와 복잡한 구조가 필요하다.

“다행히 연방 정부는 HFSS를 사용하여 이러한 솔루션을 테스트하거나 다른 솔루션을 제안할 수 있다. 더 비용 효율적인 다른 솔루션이 수백 개 있을 수 있다. HFSS는 이러한 솔루션을 검색하고 테스트할 수 있는 빠르고 정확하며 경제적 인 도구다.”라고 Mologni는 말했다.

그는 “HFSS의 EMP 시뮬레이션은 전자기장과 소음이 기기에 미치는 영향을 계산할 수 있다. 반면 EMP와 관련된 물리적 테스트는 보호하려는 장비를 파괴할 수 있으므로 엔지니어는 EMP 시뮬레이션을 사용하여 프로토타입을 파괴하지 않고 EMP 효과를 테스트할 수 있다. 그런 다음 보호될 때까지 신속하게 설계를 반복할 수 있다. HFSS를 사용하면 전자기장 및 전류 벡터의 시각화와 같은 추가 통찰력을 쉽게 얻을 수 있다.”라며 자신 있게 덧붙였다.

출처 : Ansys EMP Simulations Will Make the Latest Executive Order Affordable

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