Přežije elektronika rok 2013?

Prestižní noviny San Jose Mercury News (Silicon Valley) publikovaly v polovině srpna na titulní stránce článek, který pojednával o možných problémech elektroniky způsobených intenzivním slunečním zářením („Solar Flares Put High Tech World at Risk”). Upozorňoval na skutečnost, že solární výbuchy jsou stále silnější a vysílají tak k naší planetě více částic s vysokou energií. Ty pak mohou způsobit elektronickým zařízením vážné problémy. Solární bouře by měly kulminovat během let 2013–2014, přičemž se odhaduje, že se bude opakovat situace obzvláště silné solární bouře z roku 1921. To by mohlo způsobit škody 1–2 trilióny dolarů a jejich odstraňování by mohlo trvat 4 až 10 let.

Není to zdaleka jediná zpráva na toto téma. Zpravodajský server SiliconValley. com uvedl rozsáhlou informaci o možných problémech pod názvem „Solar activity increases odds of disruptions on Earth“ [1], zatímco například server Impactlab.net o téže situaci informoval už minulý rok pod výstižným názvem „Massive Solar Flare Could Cause Global Chaos in 2013” [2]. I u nás se již tomuto tématu média věnovala, ale spíše jen na populární úrovni [4].

Obr. 1 Snímky pořízené satelitem STEREO Ahead 1. 8. 2010 zachycují solární výbuch, který vymrštil oblak CME směrem k Zemi (zdroj: NASA/STEREO)

Všechny tyto informace jsou založeny na zprávách NASA o vrcholu slunečního magnetického cyklu, který má nastat kolem roku 2013. O co se jedná? Aktivita Slunce prochází 11letými periodami, kdy se klidná období střídají s bouřlivými. Právě skončilo výrazně klidné období a tak vědci očekávají vysoký nárůst solárních výbuchů, které mohou zvýšit magnetickou energii na dosud nevídanou úroveň. Takto vzniklé velmi silné magnetické bouře mohou na Zemi vyřadit z provozu rozvodné sítě a paralyzovat komunikační a elektronická zařízení, na kterých je lidstvo v dnešní době závislé.

Solární výbuchy ovlivňují šíření rádiových vln na osvícených částech planety. Vážné nebezpečí začne hrozit v okamžiku, kdy solární bouře vytvoří oblak plazmy (Coronal Mass Ejection, CME), který má své vlastní magnetické pole. Pokud tento oblak zasáhne Zemi, zdeformuje její magnetické pole a způsobí lokální magnetické bouře, které svými výboji poškodí transformátory, rozvodné sítě i elektronická zařízení.

Nikdy v minulosti nebylo lidstvo tak závislé na elektrické energii jako je tomu dnes. Jako příklady vážných následků solárních bouří lze uvést vyřazení rozvodů elektrické energie v Kanadě v roce 1989 nebo odklonění 25 letů United Airlines kvůli ztrátě komunikačního spojení při letu přes severní pól v roce 2005. V roce 1994 byly zasaženy solární bouří dva kanadské komunikační satelity, z nichž se sice jeden podařilo zprovoznit již po několika hodinách, ale druhý až po 6 měsících.

Jak tento problém může ovlivnit elektronická zařízení? Mezi prvními kandidáty na možné poškození jsou určitě FPGA, protože jsou citlivé na záření. Jak se zmenšuje jejich geometrie, zvyšuje se jejich citlivost na záření, zejména u nových 40nm technologií. Není pochyb o tom, že záření je pro FPGA nepřítel číslo jedna. Vzhledem k častému používání FPGA v elektronických zařízeních jsou tato zařízení mezi prvními na seznamu možných adeptů na poškození vlivem zvýšené úrovně magnetického pole a výbojů s tím spojených.

Obr. 2 Zachycení CME během jeho cesty od Slunce k Zemi (zdroj: NASA/STEREO)

Vše však nemusí dopadnout tak katastroficky, jak by se mohlo zdát. Již dnes je známo, jak se v principu chránit před většími škodami: vypnout transformátory, uvést satelity do pohotovostního režimu atd. Nejdůležitější je ale poznat, kdy nastal pro tato opatření ten správný okamžik. I přes svou zranitelnost nám může v tomto případě elektronika pomoci. Program NASA nazvaný STEREO [3], který je určen pro sledování sluneční aktivity z velké dálky, již přinesl první výsledky. Největší problém, jak zviditelnit oblak plazmy CME během jeho cesty od Slunce směrem k Zemi, se tak zdá být vyřešen a je tedy možné alespoň s malým předstihem předpovědět účinek jeho dopadu na naši planetu – viz obr. 2.