EMP(Electromagnetic pulse)란?


EMP(Electromagnetic Pilse)의 사전적 의미는 펄스 형태의 전자기 현상을 아우르는 개념입니다. 즉 전기장, 자기장, 전류 및 전압의 시간 변화 특성이 펄스 형태라는 의미입니다. EMP 종류는 그 발생원에 따라서 고고도 핵폭발에 의한 HEMP, 번개에 의하여 발생하는 LEMP, 인위적인 전자파 복사에 의한 IEMI 등으로 구분할 수 있습니다.

HEMP는 초기에 매우 짧고 강한 E1 펄스가 발생한 후, 뒤이어 강도는 약하지만 지속시간이 더 긴 E2 펄스, 그리고 강도는 매우 약하지만 매우 길게 지속되는 E3 펄스가 차례로 발생합니다.

E1 펄스는 핵폭발과 동시에 발생한 감마선이 공기 입자와 충돌하여 발생한 콤퓨턴 전자가 지구 자기장 안에서 운동을 함으로써 발생하는 초기 펄스입니다. 폭발 위치로부터 지상의 노출 위치에 이르기까지 LOS(Line of Sihgt)를 따라서 복사된 펄스가 동 위상으로 중첩되어 들어오므로 매우 짧고 강한 특성을 갖습니다.

E2 펄스는 1차로 공기 입자에 충돌하여 산란한 감마선의 2차 산란으로 생성된 전자의 운동 때문에 발생합니다. 2차 산란에 의한 전자이므로 운동 방향의 일정하지 않아서 LOS를 따라 중첩되는 전자파의 위상이 일치하지 않으므로 강도는 비교적 약하며 E1 펄스보다 펄스의 지속시간이 긴 특성을 갖습니다. 번개에 의하여 발생하는 lightning surge와 매우 유사한 특성을 갖습니다.

E3 펄스는 MHD(Magneto HydroDynamic 자기유체역학)에 의하여 발생하는 매우 느리고 약하지만 긴 지속시간을 갖는 펄스입니다. 초기 1~10초 동안 발생하는 blast wave와 후기 10~300초에 걸쳐서 발생하는 heave로 구성됩니다. 주파수 성분이 거의 DC에 가까워서 표피효과(skin depth)가 매우 깊게 작용(지표면에서 약 30km 깊이, 해수면에서 약 1km 깊이까지)하며, 지속시간 또한 길므로 지상 및 해저에 포설된 선로에 장시간 과전류를 유기합니다. 따라서 장거리 선로에 과전류가 유기되었을 때, 지표면을 통한 루프를 구성할 수 있는, Y-결선형 변압기에 치명적인 손상을 줄 수 있습니다.

HEMP의 영향

강력한 전자기 펄스(Pulse)가 순간 광범위 지역을 공격
  • 고-고도 핵폭발(폭발고도 ≥30km)시 강력한 HEMP가 지상 반경 약 600km 범위에 영향
  • 공공 저전력 배전망, 전기통신망, 각종 전기·전자기기 대부분이 피해
  • 각종 전기통신 서비스와 공공 전력 공급이 동시에 장기간 부재 현상 발생
사회 전체를 원시 전원생활로 변화
  • 행정, 금융, 교통, 상, 하수, 의료, 유통서비스 등의 기능이 대부분 정지
  • 주요 산업 시스템의 가동 불가로 식량, 의약품, 공산품, 연료 등이 점차 고갈
  • 현대 문명 생활이 원시 전원생활로 순간 돌아가게 되지만, 국가적 또는 사회적으로 단기간 내 복구는 불가능
정보사회 기반과 정보통신 서비스 부재 : 공황상태
  • 국정운영 체계와 사회, 자원 관리기능 대부분 장기간 마비
  • 국방, 치안시스템의 지휘체계와 상호 연계 기능 대부분 상실
  • 공중 통신 서비스와 정보 이용 서비스 불가

유형별 주요 특성

구분 초기 HEMP(E1) 중기 HEMP(E2) 후기 HEMP(E3)
최대 전계 강도 수 kV ~ 50kV/m 수 10V/m ~ 100V/m 수 mV/m ~ 40mV/m
최대 전계 강도 도달 시간 3~4ns ~10ns ~1s
위협 요소 전자기장 전자기장 자기장
에너지 밀도 0.114 J/m2 0.0133 J/m2 -
상승시간/반치폭 ~2.5ns/23ns 2.5~10ns/100~수백 µs 0.9s/150s
주요 피해 대상 모든 전기,전자,기기 250m 이상 노출된 선로에 연결된 전자 장비
(방호 권고 : MIL-STD-188-125-1)
지상/매설/해저에 수십 Km 이상 포설된 선로의 종단에 연결된 Y 결선 변압기
HEMP 주 생성 인자 γ-ray 1차 산란 γ-ray 2차 산란에 뒤이은 Neutron γ MHD Effectiveness

HEMP 방호 성능 검증

SE (Shielding Effectiveness) Test
  • 차폐 효과 요구수준 : MIL STD 188-125-1&2
  • 철판 용접 또는 패널 조립 방식으로 차폐실 구축

시설의 차폐효과 인수 시험에 적용되며, 시공 승인 후 검증 시험 프로그램의 일환으로 차폐 효과를 측정 할 수도 있다. 차폐 성능 시험시 복사성 및 전도성 방호 시설은 정상적인 동작 상태에 이어야 하며, 시설 내 방호 대상 장비는 동작 혹은 비동작 상태일 수 있다.

전자기파 차폐 성능 기준 (SE)
  • SE = 80dB
PCI (Pulsed Currvent Injection) Test
  • 전도성 EMP 방호 장치(필터)의 차폐벽 외부 연결 케이블에 시험 전류를 인가하고 필터를 통과한 케이블의 잔류 전류가 허용 한계치 이내인가를 시험 검증
  • 펄스 종류: Short Pulse, Intermediate Pulse, Long Pulse
CWI(Continous Wave Immersion) Test
  • 방사연속파(CW) 전계를 전자기 장벽의 외부 표면에 조사(illumination)하고 전자기 장벽 내부의 응답 전계를 측정하고 차폐 결함과 부적절하게 방호된 개구 침입점을 규명하는 시험