Než přijde tma

Martin Tůma  |  Věda
Než přijde tma

To, jak moc jsme na elektřině závislí, si neuvědomíme, dokud o ni nepřijdeme. Pro cestu v čase do osmnáctého století někdy stačí i pár popadaných stromů na nevhodném místě. Naštěstí tento výlet obvykle netrvá dlouho, energetici záhy poruchu opraví a všechno zase začne fungovat. Ale představte si, jaké by to bylo, kdyby kromě výpadku elektřiny něco rozbilo všechno, co na elektřinu funguje, všechny naše počítače, telefony, televize, rádia a nejen je. Bohužel existuje způsob, jak to dokázat. Výlet z doby špičkových počítačových technologií do industriálního pravěku nemusí mít přitom na svědomí gigantické kosmické síly našeho slunce. My lidé to totiž už dokážeme zařídit vlastními silami.

Poslední katastrofický film o konci světa pracuje s datem 20. 12. 2012, kdy končí mayský kalendář. Pokud kosmické síly či síly přírody nevyjdou vstříc scénáři tohoto filmu, bude to zase jenom na lidech. Rychlý konec se dá zařídit pouze plošným atomovým bombardováním a dnes existují pouze dva státy, USA a Rusko, které na to mají. Kromě nich jsou i státy, které by svedly udělat lokální konec světa, třeba Čína, Izrael, Indie nebo Pákistán. Naštěstí mají dost rozumu, nebo dost velký strach z odplaty, aby se do takového hazardu nepouštěly.

Bohužel jsou zde i státy, které pod heslem „když do pekla, tak na pěkném koni“ na nějakou odplatu kašlou. Pokud mají experti mezinárodní komise pro atomovou energii a vyzvědači Mosadu a CIA pravdu ve svých odhadech, pak třeba takový Írán by měl mít zrovna v roce 2012 funkční prototyp atomové zbraně. Rakety, které by tuto bombu dokázaly dopravit kamkoli v Evropě, má nejspíše již dnes ve své výzbroji a navíc disponuje technologií pro konstrukci pokročilých, tedy silnějších a kompaktnějších hlavic. I když naše země nebude dostatečně hodnotný cíl pro úder, dovolte mi prosím popsat fiktivní scénář možného útoku právě na příkladu našeho regionu, který je nám blízký. Přijměte tedy pozvání na výlet do tmy.

Letos dárky nekupuj

Jsem šílený terorista, mám jednu velkou atomovou bombu a velkou chuť ji použít tak, aby na to svět hned tak nezapomněl. Jak to udělám? Můžu vymazat Prahu z mapy, ale to už tu bylo v Japonsku, a hned dvakrát. Chce to něco silnějšího – co třeba vrátit střední Evropu o pár set let zpátky v čase? Jak? Tak, že silným elektromagnetickým impulzem zničím všechno, co je na elektřinu a připomenu všem černou smrt středověku, mor.

Není to tak dávno, kdy v Číně jenom o pověstný kousek štěstí nevypukla epidemie této choroby. Na severu při hranicích s Mongolskem je přitom Yersinií pestis, bakterií plicního moru, nakažen prakticky každý svišť a k přenosu na člověka došlo od psa, který nemocného sviště sežral. Plicní mor se rychle šíří, ale naštěstí se dobře léčí, jeho původce je velmi citlivý na antibiotika. Tedy pokud se nenajde někdo, kdo vypěstuje odolný kmen. Něco podobného se přitom děje dnes a denně, jak bakterie v souboji s antibiotiky postupně získávají rezistenci. Proto je dnes starý dobrý penicilin naprosto neúčinný. Na podobný proces nepotřebujete složité genetické manipulace, stačí hodně Petriho misek a velká trpělivost. Mezitím můžete natankovat raketu a na její špičku namontovat atomovou hlavici.

Než se setmí, bude město vypadat téměř stejně jako ve všední dny, jen běžný ruch dopravy ztichne.

Začátek konce

Před Vánocemi bývají obchody našlapané lidmi, mnohý z nich kašle a posmrkává. Mezi nimi se pár podobných navíc ztratí jako nic. Jsou své věci oddáni a nevadí jim, že zemřou poměrně nepříjemnou smrtí, přicestovali do Prahy, Brna a dalších měst z celé Evropy. Za sebou jako červenou šňůru táhnou nákazu. Tak i u nás se již druhý den začnou v ordinacích lékařů objevovat první lidé se silným kašlem a vysokými horečkami. Během večera se ale plní jednotky intenzivní péče a jsou i první úmrtí.

Zasedá vláda a vyhlašuje krizový stav, uzavírají se letiště, školy a nemocnice. Média spekulují o možném útoku biologickou zbraní, řadu nakažených hlásí i cizina. Další den se situace zhoršuje, roste počet nakažených mezi policisty, záchranáři a lékařským personálem, stejně jako počet mrtvých. Lidé v panice berou obchody útokem. Nemocnice začínají praskat pod náporem pacientů, nemocní leží i na chodbách, ošetřující personál začíná kolabovat. Raketa startuje.

Tma

Poté, co raketa absolvovala svůj několikaminutový let, začala hlavice klesat zpět k zemi. Ve výšce okolo 200 kilometrů exploduje a pošle dolů svůj smrtící náklad. Na obloze nakrátko vzplane druhé slunce, ale jenom málokdo má tušení, o co se jedná. V patách světlu už letí první vlna elektronické smrti – složka E1. Impulz elektrického napětí o síle desítek kilovoltů vyvolá ve všem, co vodí elektřinu, ničivě silný proudový náraz. Elektromagnetický impulz (EMI) je špatná zpráva pro každého, kdo má kardiostimulátor. Zhasnou semafory, výstrahy na přejezdech, stejně jako řídicí počítače řady aut.

Některý vůz se zastaví, jiný naopak zastavit nepůjde. Obzvlášť na dálnicích to bude zlé. Telefony ohluchnou, zmlkne rádio. Není, kdo by pomohl, ani kam zraněné odvážet. V nemocnicích vyhoří přístroje a zhasnou světla. Zastaví se výtahy a nebude komu se dovolat, aby vás z té temné kobky vysvobodil. Zkraty a nehody založí požáry, ale nebude, jak zavolat hasiče a ani čím hasit. Televize, rádio, internet – na to všechno zapomeňte. Pomoci se nedovoláte a tam venku obchází smrt. Když padne soumrak, města a vesnice budou temná a tichá, osvětlovaná pouze sporou září dohasínajících požárů. Jenom na obloze bude plát záře z atomové exploze.

Elektronická smrt SCADA

SCADA (supervisory control and data acquisition) je anglický akronym pro systém řízení a získávání dat. Elektřina a její rozvod je pro naši civilizaci ekvivalentem krve a tepen živého organismu a SCADA jsou nervy a mozek. Díky SCADA můžeme vše ovládat z několika míst – a o to přijdeme. Kohoutky a čerpadla ve vodárnách a plynárnách, řízení výhybek, semaforů, to vše bude potřeba dělat ručně.

Nejdokonalejším způsobem, jak své počínání na dálku koordinovat, bude hlasitý křik nebo rychlý posel. Jenom si zkuste představit, jak za těchto podmínek dokážeme uhájit výdobytky moderní civilizace. SCADA ovládá prakticky vše podstatné a v současné době neexistuje civilní systém, který by dokázal EMI odolat, a úder nepřežije ani velká část vojenských systémů. E1 složka zničí hlavně ovládací elektroniku a tam, kde přežijí integrované obvody zařízení, může vyhořet sběrnice nebo napájecí zdroj.

Bez elektřiny to nepůjde

Systém výroby a rozvodu elektrické energie je ze své podstaty nejvíce ohrožený útokem. Elektřinu nedokážeme ve velkém nijak efektivně skladovat. Co vyrobíme, musíme ihned spotřebovat (pod skladováním myslím uložení elektřiny u spotřebitele, ne třeba přečerpávací vodní elektrárnu). Na druhou stranu, je-li někdo připraven se porvat s následky EMI, jsou to energetici. Mají zkušenosti s tím, jaké to je udržet systém v provozu, když na vedení padají větve, mrzne déšť a vůbec se počasí staví na hlavu. Bohužel proti nim nestojí rovnocenný protivník. Současné elektrárny jsou velmi složitá zařízení, jejichž zprovoznění i odstávka vyžaduje velmi přesný postup, kdy i jeden chybný krok může způsobit naprostou katastrofu.

Současné elektrárny jsou veliké továrny na výrobu horké páry, která pod vysokým tlakem pohání ohromný a velmi těžký kus rychle rotujícího železa s názvem turbína. Od naprosté katastrofy to dělí důmyslný ovládací systém a lidé, kteří jej umějí ovládat. Naštěstí předtím, než bomba vybuchne, můžou dostat varování díky systému včasné výstrahy, pozůstatku studené války. Pokud se podaří předat výstrahu včas, dostanou operátoři pár minut náskok. Musí rozjet odstávku a rychle zaujmout klíčové pozice, odkud budou pokračovat ručním ovládáním, až složka E1 udeří.

Musí odstavit elektrárnu od sítě, než přes elektrické vedení dorazí složka E3. Ta je podobná silné geomagnetické bouři, která v 13. 3. 1989 vyřadila z provozu velkou část přenosové sítě v Severní Americe. Naštěstí i na tohle jsou energetici připraveni a snad přežije i část trafostanic a rozvoden. Což je dobře, protože do hry vstoupí problém zvaný kaskáda. Tím, že vypadne řada zdrojů a přenosových linek, dojde k přetížení zbývajících zařízení. Je to jako kostky domina, jedna spadne, srazí další a další. Přes veškerou snahu se tak tma bude šířit.

Jak to nahodíme?

Ano, jak to zase nahodíme, když bez elektřiny dneska nic nefunguje, ani elektrárny. Obvykle vypomohou sousedi, ale co nyní, když konce tmy nedohlédneš? Každý den bez proudu znamená problémy, dokonce možné ztráty životů, a velmi jistě značné ztráty ekonomické. Samozřejmě, klíčová zařízení, ať už zdravotnická nebo průmyslová, mají záložní napájecí zařízení. Bohužel, čím modernější jsou, tím budou kvůli použité elektronice citlivější na EMI. Paradoxně nejužitečnější tak bude možná starý ruský dieselový agregát nahazovaný klikou. Ale zásoby paliva nejsou nevyčerpatelné a dopravit další bude velký problém.

Není v našich silách, a i kdyby bylo, nebude ekonomicky únosné ochránit celou elektrickou síť před podobným kolapsem. Co ale dokážeme, je zachovat ostrůvky světla v temnotě, které budou muset síť znovu nastartovat. Pokud dokážeme vhodně rozmístit zásoby paliva pro generátory a zajistit naftovými lokomotivami jejich dopravu na potřebná místa, bude možno z velké části předejít kolapsu klíčových zařízení. A ještě jedna dobrá zpráva. Atomová energie má kvůli havárii v Černobylu špatnou pověst. Přitom měl tento nechvalně známý experiment prověřit, jak rychle odstavit elektrárnu v případě atomového úderu, jak využít čas mezi výstrahou a explozí.

Konkrétně bylo testováno, jestli dokáže turbína setrvačností pohánět generátor a skrze něj čerpadla havarijního chlazení. K provedení tohoto testu bylo nutno odpojit řadu bezpečnostních systémů, aby se zjistilo, že to turbína nedokáže. Ale byl to stranický úkol, tedy zadání, kdy nad zkušeností a zdravým rozumem inženýrů zvítězilo stranické zadání úkolu. Výsledek známe.

Naštěstí se od té doby už leccos udělalo, protože málokterý obor lidské činnosti je tak pod drobnohledem. Určitě by bylo zajímavé uvést zde konkrétní řešení ochrany elektráren proti EMI, ale získat cokoli konkrétního je bohužel nemožné. Zpráva výboru amerického Kongresu o připravenosti národní infrastruktury na úder EMI uvádí, že atomové elektrárny nebudou v tomto případě problém. Nezbývá než doufat, že to platí i o atomových elektrárnách v našem regionu.

Světla automobilů budou po zásahu EMP jedinými fungujícími elektrickými zdroji světla.

Bez spojení není velení

Dnešní svět se zmenšil natolik, že se mu říká globální vesnice, protože co se stane na jednom konci, vědí vzápětí lidé na tom druhém. To vše díky internetu a jím využívané moderní telekomunikační síti z družic, optických a jiných kabelů, z různých typů rádiových spojů. Z výčtu zařízení jsou jednoznačně nezranitelnější družice. Kvůli ceně dopravy na orbitální dráhu se šetří s každým gramem a právě ochrana proti účinkům atomového výbuchu je především o kilogramech stínění navíc. I většina vojenských družic není nijak chráněna. Na orbitě je působení výbuchu jiné, na velkou vzdálenost udeří silná radiace, tedy neutronové a gama záření.

Na vzdálenost několika stovek kilometrů se přidruží silné ultrafialové záření z ohnivé koule exploze. To ničí družice na přímou viditelnost. Ale ani družice, které byly mimo dosah výbuchu, nemají vyhráno. Zemské magnetické pole totiž vytvoří pásy ionizované plazmy z vysokoenergetických elektronů, beta částic a neutronů, jak se o tom přesvědčili Američané i Rusové při pokusných atomových explozích ve vesmíru. Každý průlet tímto pásmem znamená riziko poškození nebo zničení družice. A náhrada vyřazených družic není otázkou dnů, ale spíše měsíců. Pakliže družicové spojení je především otázkou páteřního přenosu informací, pozemní spoje jsou podstatně různorodější.

Přes to všechno mají jedno společné, a to, že tvoří buňky kolem lokálních uzlů, ať už se jedná o mobilní telefony nebo o pevné linky. Mezi nimi a nadřízenými uzly jsou vysokorychlostní spoje navázané do vyšších celků až k páteřní síti. Právě tato páteřní síť má vysokou šanci přežít, jednak díky tomu, že ji tvoří optická vlákna, na která EMI nepůsobí, jednak také díky umístění serveroven a ústředen, které je možno chránit před přímým dopadem E1 složky. Pokud tedy zajistíme dodávku elektrické energie způsobem zmiňovaným v předchozím bodě, je vysoká pravděpodobnost, že páteřní telekomunikační síť přežije.

S lokálními uzly už to bude horší, jejich vnímavost vůči účinkům složky E1 je velmi vysoká. Dalším negativním faktorem bude nápor volání od lidí zasažených katastrofou podobně jako to zažila například telefonní síť města New York po teroristickém útoku 11. září 2001. Tehdy samotný počet naráz realizovaných hovorů síť přetížil a velmi komplikoval řízení záchranných prací.

Bude tedy velmi obtížné, ne-li skoro nemožné, udržet v provozu volání na krizové linky, jako jsou záchranáři, rychlá lékařská pomoc. Samotná komunikace jednotlivých složek záchranného systému bude též těžce poškozena a v prvních chvílích bude jenom velmi obtížné účinně koordinovat záchranné akce. Pro obnovu sítě bude důležité zajistit dostatek bezpečně uložených náhradních dílů a rychle měnit poškozená zařízení.

Dejte mi mé peníze

Samostatnou kapitolu v rámci komunikací tvoří finanční sektor, tedy komunikace mezi bankami a elektronické obchodování na burzách. Ten je velmi závislý na počítačích, počítačových sítích a hlavně na důvěře jeho uživatelů. Právě proto je navržen tak, aby přežil všechny myslitelné přírodní i lidmi zaviněné katastrofy včetně útoku EMI. Tedy platí to o systémech na druhé straně Atlantiku, jak jsou na tom systémy našich bank a burzovních domů, je otázkou.

Nezbývá než doufat, že už jsme natolik součástí západního světa, aby i u nás platily stejné standardy spolehlivosti a odolnosti. Problém ale nastane s bankomaty a platebními terminály. Jenom málo lidí doma skladuje větší množství peněz v hotovosti a najednou nebude mít kde peníze vybrat a platba kartou v obchodech nebude fungovat. V pobočkách bank, které budou v provozu, tak nutně vzniknou velké fronty, což v době probíhající epidemie moru bude velmi výrazné zdravotní riziko. Nezbude, než aby zasáhla armáda a zajistila distribuci potravin a vody.

Doprava

Možná si už ani neuvědomujeme, jak moc je náš blahobyt závislý právě na dopravě. Jenom mizivé procento zboží se dnes spotřebovává v místě jeho výroby. Díky dopravě, levné a rychlé dopravě, můžeme žít život, jaký žijeme. A nejedná se jenom o přemísťování osob a zboží autem, vlakem, letadlem nebo lodí, ale i dopravu pitné vody, ropy a zemního plynu. Právě v obsluze tzv. produktovodů, jako jsou ropovody a plynovody, bude hrát klíčovou roli připravenost jejich obsluhy. Složka E1 zřejmě vyřadí podstatnou část ovládacích a měřicích prvků a bude potřeba přejít na ruční ovládání.

Velmi důležité bude zajistit těmto zařízením dodávku elektrické energie skrze generátory, bez ní dojde ke kolapsu. A i s generátory to bude velmi obtížné, protože čerpadla jsou velkým konzumentem energie a bez nich to fungovat nebude. Rozvod plynu, vody a tepla je organizován do uzlů podobně jako u telekomunikací. Zde je největší riziko, že při vyřazení počítačového řízení může dojít kvůli lidské chybě nebo souhře okolností k závažným škodám na rozvodech, především výbuchu plynu nebo parovodu.

Podobná havárie prudce sníží obyvatelnost celých městských čtvrtí, obzvláště v předvečer Vánoc. Pokud to nastane zároveň s nástupem epidemie moru, je to opravdu velmi mrazivá představa. Zima vyžene lidi z jejich obydlí a budou jako noční můry za světlem putovat za teplem. Pokud budou mezi nimi nakažení, mor bude putovat s nimi. Na dopravě je závislý i náš záchranný systém. Respektive je závislý především na automobilech. Moderní elektronikou vybavené a řízené vozy ale zůstanou stát, protože jejich ovládání bude složkou E1 usmaženo.

Co naopak vyjede, jsou staré šunky a vykopávky různých dobrovolných hasičských sborů, především asi nesmrtelné Tatry 815 nebo různé druhy avií, stejně jako populární Škoda 1203. Nezůstaneme tedy bez pomoci, jenom se vozový park vrátí před rok 1989, Škoda 120 bude zase králem našich silnic. Tyto staré vozy mají jenom velmi jednoduché elektrické zařízení, takže úder přežijí neporušeny nebo pouze s nutností malé opravy, kterou dokáže většina jejich majitelů provést svépomocí.

Rozsvěcujeme

Po každé noci jednou přijde den, proto i naše společnost se z úderu elektromagnetickým impulzem nakonec zotaví. Ztráty na životech ale budou obrovské, stejně jako materiální škody. To vše dokáže napáchat jedna atomová hlavice v rukou teroristického režimu, nehledícího na případnou odvetu z naší strany. Naši zranitelnost vůči podobnému druhu útoků nedokážeme nikdy zcela odstranit, můžeme ji pouze snížit správně zvolenou obranou.

Jsem Impulz, elektromagnetický impulz (EMI)

Měnící se elektrický proud vyvolává elektrické napětí a měnící se napětí zase vyvolává proud. Čím prudší změna napětí, tím prudší změna proudu. Elektromagnetický impulz je velmi velká a silná změna napětí za velmi krátký čas. Proud, který se takto vytvoří v zasažených zařízeních, je zničí. Silný elektromagnetický impulz je nedílnou součástí každé atomové exploze. Má tři různé složky, pojmenované zkratkami E1, E2 a E3, a podle charakteru použité exploze stejně jako podle místa exploze se potom mohou jejich účinky projevit v rozdílné síle, případně úplně zaniknout nebo být velmi zesíleny.

E1 – tato složka se projeví pouze při výbuchu mimo atmosféru. Vzniká působením gama záření z exploze, které srazí elektrony z vrchní části atmosféry dolů k zemi. Samotný impulz potom vznikne v okamžiku, kdy tato vlna elektronů narazí do zemského elektromagnetického pole. Velmi krátký a intenzivní záblesk energie potom ničí, na co přijde, a není před ním ochrany. Při explozi v atmosféře složka E1 nevzniká, protože elektrony jsou velmi rychle zabrzděny okolním prostředím.

E2 – tato složka je nejvíce podobná normálnímu blesku. Vzniká vždy a lze se proti jejímu účinku bránit stejně jako proti účinku blesku.

E3 – tato složka je výsledkem narušení elektromagnetického pole Země explozí. Trvá desítky až stovky sekund a její působení se nejvíce podobá silné geomagnetické bouři podobné té, která vzniká při silných slunečních erupcích. Tato složka nejvíce poškozuje silová vedení energie a transformátorová zařízení. Kromě atomových výbuchů dnes pracuje DARPA – agentura pro pokročilý vývoj americké armády – na výrobě e-bomby, zbraně, která vytvoří silný EMI bez atomové exploze. Podle nepotvrzených zpráv byla tato zbraň použita při druhé válce v Zálivu.

EMI na laboratorním stole

Marxův generátor napájí energií největší rentgenový zdroj Z-machine.

Elektromagnetický impulz není jenom záležitost atomové exploze. Extrémní změny magnetického pole můžeme dosáhnout kombinací proudového impulzu zároveň s prudkou změnou tvaru cívky. V praxi to vypadá tak, že dobře chlazená a velmi silná cívka je obložena výbušninou a zároveň s přivedením impulzu dojde k odpálení nálože, která cívku prudce stlačí. Daný postup slouží k výzkumu materiálu, v magnetickém poli o extrémních hodnotách a zřejmě je podstatou e-bomby. Další způsob, jak dosáhnout velmi silného výboje, a to i ve velmi amatérských podmínkách, je zařízení pod názvem Marxův generátor.

Jedná se o složitou soustavu kondenzátorů, pospojovaných pro nabíjení paralelně (tedy vedle sebe) a pro vybíjení potom sériově, za sebou. Zařízení dokáže z několika málo voltů na vstupu udělat výboj o síle stovek kilovoltů, a to i za použití doma vyrobených součástek. V praxi našel tento generátor široké uplatnění všude tam, kde potřebujete silný impulz. Třeba v rámci testovacích zařízení pro zjištění odolnosti vojenských strojů, jako bylo TRESTLE, kde zkoumali účinky EMI na letoun B-52. Díky SCADA můžeme vše ovládat z několika míst – a o to přijdeme. Kohoutky a čerpadla ve vodárnách a plynárnách, řízení výhybek, semaforů, to vše bude potřeba dělat ručně.

První zkušenosti s EMI

Američané při testu Starfish Prime odpálili 9. července 1962 hlavici o síle 1,44 megatuny TNT ve výšce 400 kilometrů nad zemským povrchem, nad liduprázdnou pustinou centrálního Pacifiku. Kromě velmi zajímavého světelného divadla pro většinu severní polokoule výbuch poškodil elektrická zařízení na 1445 kilometrů vzdálené Havaji a rozezvučel snad všechny havajské alarmy. Z toho důvodu měli vědci sklon sílu EMI bagatelizovat, nevěděli, že síla EMI je odvislá od síly elektromagnetického pole Země a že stejná exploze by nad třeba New Yorkem měla 4–5krát větší účinek.

O síle EMI se přesvědčili Sověti v rámci svého vývoje obrany proti balistickým střelám, jednalo se o experiment Pokus 184. Už provedli sérii testů, kdy v různých výškách odpalovali různě silné nálože, často i nad velkými městy. 22. října 1962 vynesla raketa z raketové střelnice Kapustin Jar hlavici o síle 300 kilotun TNT nad středním Kazachstánem. Tehdejší elektronika, ve které Sovětský svaz zaostával, přežila působení složky E1 bez větších problémů díky tomu, že místo polovodičových součástek ještě používali elektronky. Nicméně složka E3 způsobila vážné škody na rozvodné síti elektřiny a ničivý požár v elektrárně u města Karaganda.

Nejčtenější