סופות שמש, הפסקות גיאומגנטיות וכשל ברשת¶

סערה גיאומגנטית קשה מתרחשת כאשר השמש מתפרצת עם ענן עצום של מיליארד טון של פלזמה ממוגנטת הנקראת פליטת מסה קורונלית (CME) המכוונת ישר לכדור הארץ, דוחסת את השדה המגנטי של כדור הארץ ומשרה זרמים חשמליים חזקים על פני רשתות חשמל, צינורות וכבלי תקשורת תת-מימיים. שלא כמו רעידות אדמה או פולסים אלקטרומגנטיים (EMP) מעשה ידי אדם שמכהים באפס אזהרה, סופות שמש עוברות מהשמש לכדור הארץ במשך 15 עד 72 שעות, ומעניקות למשקי בית חלון אזהרה קריטי לפני הפגיעה למילוי מיכלי מים, למלא מיכלי דלק לרכב, למשוך מזומנים, לטעון סוללות ולנתק פיזית את הסוללות האלקטרוניות הרגישות מהחשמל.

Do this now¶

1. העלו את מיכלי הדלק לרכב ומשכו מזומן חירום בערכים קטנים מיד עם שעון סערה גיאומגנטי G4 או G5: כאשר סוכנויות מזג אוויר בחלל (כגון NOAA Space Weather Prediction Center בארצות הברית, משרד המט"ט של בריטניה או סוכנות החלל האירופית) מנפיקות **G4 (חמור) או G5 (Extreme to Throne) תחנת שעון ישר 481 שעות לפני דלק, 481 שעות לפני דלק. משאבות דלק של תחנות שירות ומסופי כרטיסים לנקודות מכירה מפסיקים לפעול ברגע שרשת החשמל האזורית יוצאת במצב לא מקוון.
2. למלא אמבטיות, לנקות כדים ומיכלי מים למשך 14 ימים של שתייה ותברואה: מפעלי טיהור מים עירוניים ותחנות דחף מסתמכות על משאבות חשמליות המופעלות על רשת המאבדות לחץ תוך שעות מרגע הפסקת מים בשטח רחב. אחסן לפחות 4 ליטר (גלון 1) של מים נקיים לאדם ליום בקנקנים באיכות מזון, ובנוסף למלא אמבטיות (באמצעות שלפוחית ​​אמבט מפלסטיק אם זמינה) לכביסה והדחת אסלה.
3. הטען את כל הטלפונים, תחנות הליתיום, המחשבים הניידים, הפנסים הראשיים ומכשירי הרדיו הדו-כיווניים ל-100%, ואז נתק אותם לפני חלון ההגעה של CME: לאחר שהסוללות שלך טעונה במלואה, משוך פיזית את כל לבני הטעינה וחוטי החשמל משקעי הקיר לפני שסערת השמש תפגע במגנטוספירה של כדור הארץ.
4. נתק פיזית אלקטרוניקה ביתית רגישה והעתק מפסקי חשמל כבדים של 240 וולט: אל תסתמך על פסי מגן פלסטיים זולים במהלך סערה גיאומגנטית. משוך את תקעי הקיר במחשבים, בנתבים, בטלוויזיות ובמיקרוגלים, והעתק את מפסקי המעגל הדו-קוטביים של 240 וולט בלוח החשמל הראשי שלך עבור מזגנים מרכזיים, משאבות חום, מחממי מים חשמליים, משאבות באר ומטענים לרכב חשמלי (EV) כדי להגן על המנועים והלוחות שלהם מפני נפילות חמורות של מתח רשת ומתח הרמוני.
5. הורד מפות דרכים לא מקוונות ורשומות רפואיות מלאות למכשיר רזרבי וארוז ערכת גיבוי מוגנת Faraday: מכיוון שסופות גיאומגנטיות קשות מערבבות ניווט לווייני GPS/GNSS ואותות רדיו בתדר גבוה במשך 24 עד 72 שעות, הורד מפות לא מקוונות של המדינה או הלאומית (ב-Google Maps, Apple Maps, או Organic Road Maps, Osm) ומניחים סוללה/כננת יד AM/FM/NOAA מזג אוויר וטלפון רזרבי עטוף בקרטון בתוך מיכל מתכת אטום.
6. החלף את מערכות הסוללה והסוללה על הגג ל"מצב מחוץ לרשת/אי" לפני ההשפעה: אם בבית שלך יש פאנלים סולאריים בשילוב עם מהפך סוללה היברידי (כגון Tesla Powerwall, Enphase או SolarEdge), התנתק ידנית מרשת החשמל באמצעות מתג ההעברה שלך לפני שה-CME פוגע בתנודות אלימות של הרשת או בתנודות מתח הפאזה שלך.

flowchart TD
    A["NOAA / UK Met Office Issues G4 (חמור) או G5 (אקסטרים) שעון סערה גיאומגנטי"] --> B["חלון אזהרה נפתח: 15 עד 48 שעות לפני פליטת העטרה (CME) תגיע לכדור הארץ"]
    B --> C["שעה 1: מיכלי דלק לרכב, משיכת מזומן (1$/$5/$10/$20 שטרות), ומרשמים לאיסוף"]
    C --> D["שעה 2: מילוי קנקני מי שתייה (4 ליטר / 1 גל לאדם/יום) ומילוי אמבטיות לתברואה"]
    D --> E["שעה 3: טען את כל הטלפונים, פאוור בנקים, מחשבים ניידים ומכשירי רדיו ל-100%, הורד מפות לא מקוונות"]
    E --> F["שעה אחת לפני השפעת לוויין L1 (אזהרת DSCOVR/ACE): נתק פיזית את מוצרי האלקטרוניקה וכבה את מפסקי 240V"]
    F --> G{"האם רשת החשמל האזורית קורסת עם השפעת CME?"}
    G -- "לא: כלי עזר עוברים דרך בקרת מתח מתגלגל" --> H["המתן עד שמדד מזג האוויר Kp יירד מתחת ל-Kp 5 לפני חיבור מחדש של ציוד רגיש"]
    G -- "כן: Wide-Area Transformer Blackout" --> I["סגור את שסתום המים ברחוב הראשי אם הלחץ יורד, עקוב אחר רדיו שידור AM ומשאבי קצבה"]

חלק 1: סופות שמש (CMEs) לעומת EMP גרעיני: פיזיקה, מיתוסים וסיכונים אמיתיים¶

בלבול ציבורי בין סופה סולארית טבעית (פליטת מסה קורונלית / סופה גיאומגנטית) לבין דופק אלקטרומגנטי בגובה רב (HEMP / Nuclear EMP) מעשה ידי אדם גורם למשפחות רבות להיכנס לפאניקה מיותרת (מאמינה שהטלפון המנותק והמכונית החונה שלהן יפרצו בלהבות שמש ויתעלמו בלהבות ארוכות בזמן סופה סולארית) כשל ברשת החשמל).

כיצד סופת שמש למעשה מקיימת אינטראקציה עם כדור הארץ (שלושת השלבים של מזג אוויר בחלל)¶

כאשר מתרחשת התפרצות מגנטית מאסיבית באזור כתם שמש פעיל הפונה לכדור הארץ, אנרגיית השמש מגיעה לכוכב הלכת שלנו בשלושה גלים שונים הנעים במהירויות שונות:

1. גל 1: התלקחות סולארית (השבתת רדיו בקנה מידה R: מגיע תוך 8 דקות): הבזק של קרני רנטגן ואור אולטרה סגול קיצוני הנוסע במהירות האור. הוא מיינן את שכבת ה-D בשעות היום של האטמוספירה העליונה של כדור הארץ תוך 8 דקות, וגורם ל-הפסקות רדיו בתדירות גבוהה (HF) זמניים ​​עבור כלי תעופה וכלי שיט ימיים, אבל יש לו השפעה אפסית על רשת החשמל.
2. גל 2: סערת קרינת שמש (סערת פרוטונים בקנה מידה S: מגיעה תוך 15 דקות עד מספר שעות): זרמים של פרוטונים אנרגטיים המואצים על ידי התפרצות השמש. חלקיקים אלו עלולים לגרום להפרעות חד פעמיות בלוויינים בעלי מסלול גבוה ולהגדיל את מינוני הקרינה עבור אסטרונאוטים ונוסעים בטיסות מסחריות בקוטב, אבל האטמוספירה של כדור הארץ חוסמת אותם לחלוטין מלהגיע לאנשים או אלקטרוניקה על הקרקע.
3. גל 3: פליטת מסה קורונלית / סופה גיאומגנטית (סולם G: מגיע תוך 15 עד 72 שעות): זהו אירוע המאיים על הרשת. בועה של מיליארד טון של פלזמה סולארית ממוגנטת זורחת על פני 150 מיליון קילומטרים (93 מיליון מייל) מהשמש לכדור הארץ. אם השדה המגנטי המוטבע של ה-CME מצביע דרומה (negative Bz), מנוגד לשדה המגנטי של כדור הארץ בצפון, הוא מתקלף עם המגנטוספרה של כדור הארץ ומשליך טרה-וואט של אנרגיה מגנטית לאטמוספירה העליונה, ומניע זרמים מושרים גיאומגנטיים (GIC) לקרקע.

השוואה טכנית: Natural Solar CME לעומת EMP גרעיני בגובה רב (E1, E2, E3)¶

על פי הערכות טכניות של הסוכנות האמריקאית לאבטחת סייבר ותשתיות (CISA), מכון המחקר החשמלי (EPRI), הרשת הלאומית של בריטניה ESO ומשרד האנרגיה של ארה"ב, סופת שמש טבעית מייצרת רק את הזרם האיטי המושרה גיאומגנטית (E3-like דופק)** ו-לעולם לא מייצר את הצום E1 דופק מיקרוגל/תדר רדיו שמטגן שבבים לא מחוברים.

חלק 2: סולם הסערה הגיאומגנטית של NOAA (G1 עד G5) ומערכות התרעה מוקדמת¶

סוכנויות מזג אוויר ברחבי העולם עוקבות אחר השמש 24 שעות ביממה באמצעות מצפה כוכבים שמש (כגון לווייני SOHO ו-SDO של נאס"א/ESA) ומצופים רוח סולאריים בחלל עמוק המוצבים ב-Lagrange Point 1 (L1), 1.5 מיליון ק"מ (1 מיליון מייל) במעלה הזרם מכדור הארץ (NOAA DSCOVR ו NASA ACE לוויינים).

כיצד לקרוא את מדד Kp ו-Bz אוריינטציה במהלך שעון שמש¶

חלק 3: הגנה על אלקטרוניקה ביתית, ממירים סולאריים ובניית מגן פאראדיי¶

כאשר סופה סולארית חמורה G5 או איום EMP קרוב, מגני מתח צרכנים סטנדרטיים לא יצילו את הציוד שלך, ולמעשה עלולים להפוך לסכנת שריפה בתוך הבית.

1. מדוע מגיני נחשולי מתח סטנדרטיים נכשלים (ועולים באש) במהלך אירועים גיאומגנטיים¶

בתוך מגן נחשולי מתח טיפוסי של 20$ נמצא רכיב בגודל מטבע הנקרא Metal Oxide Varistor (MOV). MOV מתוכנן להסיט נקודת מתח של מיקרושניות ממכת ברק סמוכה לתוך חוט ההארקה.

• במהלך סערה גיאומגנטית חמורה, זרמים כמו-DC רוויים שנאי שירות, וגורמים ל-מתח יתר מתמשך, תת-מתח (שחמה) ועיוות חמור בתדר הרמוני זוגי ואי-זוגי הנמשך דקות עד שעות לפני שהרשת מתבטלת במצב לא מקוון.
• כשהם נתונים לעיוות הרמוני מתמשך או למתח יתר ממושך, ה-MOVs בתוך פסי חשמל זולים מתחממים יתר על המידה מעבר למגבלה התרמית שלהם, ממיסים את מעטפת הפלסטיק ומציתים שטיח או וילונות.
• כלל מרווח האוויר: משיכה פיזית של התקע החשמלי מהשקע בקיר יוצרת מרווח אוויר של 1 מטר ששום גל רשת הנגרמת על ידי שמש לא יכול לקפוץ עליו לעולם. עבור ציוד חוטי 240 וולט (מעבים מרכזיים HVAC, משאבות באר, תנורים חשמליים, מטעני EV), הפיכת המפסק ל-OFF בלוח המפסק הראשי שלך פותחת את המגעים המכניים הפנימיים.

2. כיצד לבנות מיכל עשה זאת בעצמך Faraday בדוק, מבודד כפול תוך 5 דקות¶

אם אתה רוצה להגן על תקשורת גיבוי ואלקטרוניקה הישרדותית הן מפני פרצי רדיו סולאריים קיצוניים והן מפני פולסים אלקטרומגנטיים E1/E2 בתדר גבוה (EMP), אינכם צריכים לקנות תיקים טקטיים יקרים. אתה יכול לבנות מגן פארדיי מקונן יעיל ביותר באמצעות פח אשפה מפלדה מגולוונת או פח ביסקוויט/תחמושת מתכת:

flowchart TD
    A["בחר מיכל מתכת חיצוני חלק (פח אשפה מפלדה מגולוונת, פח תחמושת מפלדה או פח עוגיות מתכת)"] --> B["שלב 1: בדוק ונקה את שפת המכסה המתכתי (גרד את התפר מגע עם הצבע כך שמתכת חשופה נוגעת במתכת חשופה)"]
    B --> C["שלב 2: קו כל פנים עם בידוד עבה לא מוליך (קופסת קרטון, קצף או מגבות יבשות)"]
    C --> D["שלב 3: עטפו כל פריט אלקטרוני מנותק בנפרד בשקית פלסטיק + 3 שכבות של רדיד אלומיניום כבד"]
    D --> E["שלב 4: הנח ציוד עטוף בתוך ליבה מבודדת (וודא אפס מגע מתכת למתכת עם הקיר החיצוני)"]
    E --> F["שלב 5: לחץ על מכסה מתכת סגור ואטום את התפר ההיקפי כולו עם סרט אלומיניום מתכתי מוליך HVAC"]

• מה לארוז בתוך מיכל Faraday שלך:
• רדיו מסוג AM/FM/Shortwave מופעל על ידי סוללות (בתוספת סוללות ליתיום AA/AAA אטומות, בעלות חיי מדף של 15 עד 20 שנים ולעולם לא דולפות חומצה קורוזיבית כמו סוללות אלקליין).
• סמארטפון או טאבלט רזרבי ישן יותר טעון מראש עם מפות טופוגרפיות ורחוב לא מקוונות (OsmAnd אוֹ Organic Maps), ויקיפדיה לא מקוונת (Kiwix), עותקי PDF של מסמכים רפואיים משפחתיים, מרשמים, מסמכים ומדריכי חירום, בתוספת כבל טעינה מסוג USB.
• פאנל סולארי נייד מתקפל (20W עד 100W) ומאגר כוח ליתיום-ברזל-פוספט (\(\text{LiFePO}_4\)) או ליתיום-יון USB.
• פנס LED ומולטימטר דיגיטלי בסיסי (לבדיקת סוללות ושיחזור חשמל לבית).
• לסוכרתיים או חולים רפואיים קריטיים: גיבוי מד סוכר בדם או מוניטור רפואי אלקטרוני קריטי.

חלק 4: לשרוד רשת ממושכת והפסקת שנאי (72 שעות עד 30+ ימים)¶

בחשמל מתון שבו ממסרי הגנה פשוט מעבירים קווי תמסורת במצב לא מקוון כדי לחסוך בציוד (כפי ששירותי שירות מנסים כעת תחת NERC בצפון אמריקה TPL-007 תקני הפרעה גיאומגנטית ופרוטוקולי רשת הלאומית של בריטניה), ניתן להחזיר את החשמל באמצעות "Black Start" הידרו וטורבינות גז תוך 12 עד 72 שעות. עם זאת, בתרחיש קיצוני מסוג קרינגטון שבו עשרות שנאים מסיביים של 200 עד 400 טון Extra-High-Voltage (EHV) סובלים מכשל פנימי בפיתול, חברות שירות מחזיקות בשנאים רזרביים מוגבלים, כלומר הפסקות חשמל מתגלגלות או הפסקות אזוריות עלולות להימשך שבועות.

1. 60 הדקות הראשונות של קריסת רשת: נעילת מים וביוב¶

1. מלאו כל כלי שנותר בזמן שבמגדלי המים העירוניים עדיין יש לחץ כבידה: גם לאחר כשל במשאבות חשמליות במפעל המים בעיר, מגדלי מים שכונתיים מוגבהים מספקים לחץ כבידה למשך 30 דקות עד 6 שעות עד שכולם ברחוב שלכם מנקזים את המגדל. מלאו מיד כל סיר נקי, דלי, גיגית מכונת כביסה וקנקן.
2. סגור את שסתום המים הביתי הראשי שלך ברגע שהלחץ העירוני יורד לאפס: אם רשת המים העירונית מאבדת לחץ חיובי, מי תהום מזוהמים חודרים לצינורות רחוב סדוקים, וסיפונה אחורית שלילית יכולה לשאוב את המים הנקיים ישירות מצינורות הבית ומדוד המים שלך בחזרה אל הרחוב הראשי. סגירת מלכודות שסתום סגירת המים הראשי של הבית שלך 110 עד 300 ליטר (30 עד 80 גלונים) של מים נקיים וניתנים לשתייה בתוך מיכל דוד המים החמים הביתי שלך, אותם תוכל לנקז לפי הצורך משקע הפליז בתחתית המיכל (הקפד לכבות תחילה את שסתום הגז החם של דוד המים ולפתוח את שסתום הגז החם או המפסק החשמלי. אז המיכל מתנקז).
3. הפסק לשטוף שירותים סטנדרטיים אם תחנות הרמת ביוב עירוניות נכשלות: בשכונות מישוריות או גבעות, קווי הביוב העירוניים תלויים ב-משאבות הרמת ביוב חשמליות כל כמה קילומטרים. אם כולם ממשיכים לשפוך מים בדלי בשירותים במהלך הפסקה של מספר ימים בזמן שתחנות המעלית מתות, הביוב הגולמי מתגבר דרך הביוב הנמוך ביותר בקומת המרתף או המקלחת בקומת הקרקע בשכונה. הגדר אסלת תברואה יבשה עם שני דליים ​​(דלי של 19 ליטר / 5 ליטר מרופד בשקיות אשפה כבדות של קבלן ואשפה לחתולים, שבבי אורן או אזוב כבול) וסתום את ניקוז רצפת המרתף הנמוך ביותר שלך עם פקק גומי הניתן להרחבה אם גיבוי הביוב מאיים.

2. תקשורת וניווט כאשר מגדלי סלולר, אינטרנט ו-GPS מחשיכים¶

• מדוע מגדלי סלולר מתים תוך 4 עד 24 שעות: למרות שבמגדלי מאקרו סלולריים גדולים יש סוללות עופרת גיבוי (מחזיקות מעמד 4 עד 8 שעות) או גנרטורים של דיזל (נמשכים 24 עד 72 שעות), מתגי הסיבים האופטיים והמשאיות לאספקת דלק נכשלים במהלך קריסת רשת אזורית.
• למה רדיו AM עוצמה גבוהה (530 to 1710 kHz) הוא גלגל ההצלה ההישרדותי האולטימטיבי: בניגוד לאותות רדיו וטלוויזיה FM (שנוסעים אך ורק בקו ראייה ועוצרים באופק במרחק של 50 קילומטרים משם), תחנות שידור AM עם ערוץ ברור (כגון תחנות נקודת כניסה ראשונית / מערכת התראות חירום בארה"ב, BBC Radio 4 Wa Longwave One בבריטניה ב-BBC, רדיו רדיו 4, רדיו WA Longwave One בבריטניה, ובקנדה. אוסטרליה) משתמשת במשדרים מוקשחים מאסיביים עם רזרבות דיזל מרובות שבועות. בלילה, גלי רדיו AM קופצים מהיונוספירה על פני 800 עד 1,500 ק"מ (500 עד 900 מייל), מה שמאפשר לרדיו AM כיס בסך $15 לקלוט מדינות רחוקות שאינן מושחרות או שידורי חירום לאומיים.
• ניווט ללא GPS: במהלך סערה גיאומגנטית G5, ניצוץ יונוספרי קיצוני מערער את החלשים במיוחד 1.575 GHz אותות מלווייני GPS, גלילאו ו-GLONASS. טייסי מטוסים, ספינות ונהגים המסתמכים אך ורק על מפות GPS חיות בענן יאבדו ניווט. שמור תמיד אטלס דרך נייר פיזי בתיבת הכפפות של הרכב שלך ומצפן לוחית בסיס מגנטי בערכת החירום שלך (הערה: בשעות שיא הסערה המגנטית, מחט מצפן מגנטי יכולה לנוע ב-1 עד 5 מעלות, ואז חוזרת לצפון המגנטי המדויק ברגע שהסערה הגיאומגנטית שוככת).

שאלות נפוצות¶

נבדקו מקורות¶

• מינהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי (NOAA Space Weather Prediction Center - SWPC, ארצות הברית): קשתות מזג האוויר בחלל של NOAA (סופות גאומגנטיות G1 עד G5, סופות קרינת שמש S1 עד S5, הפסקות רדיו R1 עד R5) ופרוטוקולי רוח שמש בזמן אמת של DSCOVR.
• סוכנות אבטחת סייבר ותשתיות (CISA) והסוכנות הפדרלית לניהול חירום (FEMA, ארצות הברית): * הנחיות חוסן של דופק אלקטרומגנטי (EMP) והפרעות גיאומגנטיות (GMD) לתשתיות קריטיות ולאזרחים*.
• North American Electric Reliability Corporation (NERC, ארצות הברית / קנדה): תקן אמינות TPL-007 (ביצועים מתוכננים של מערכת הילוכים לאירועי הפרעה גיאומגנטית) ו-1989 Hydro-Québec Blackout Post-Event Analysis.
• מרכז תפעול מזג האוויר של בריטניה Met Office Space (MOSWOC) ומפעיל מערכת החשמל הלאומית ברשת (ESO, בריטניה): היערכות חמורה למזג אוויר בחלל, הערכת רישום סיכונים לאומי של סופות שמש, והפחתת שנאי רשת.
• סוכנות החלל האירופית (ESA Space Safety Program / Space Weather Service Network, האיחוד האירופי): חיזוי פליטת מסה קורונלית והשפעות ניצוץ GNSS יונוספרית.
• מכון לחקר הכוח החשמלי (EPRI, ארצות הברית): * הערכות תרמיות של שנאי בגובה רב (HEMP E1/E2/E3) וזרם מושרה גיאומגנטית (GIC).

מדריכים קשורים¶

• קריסת רשת אזורית והאפלה ממושכת
• בטיחות הפסקת חשמל בבית וכוח גיבוי
• בניית ערכת חירום ל-72 שעות ו-14 יום
• הודעות על טיהור מים, אחסון והרתחה
• מספרי חירום לפי מדינה