RU1702856C - Способ модификации параметров ионосферной плазмы - Google Patents
Способ модификации параметров ионосферной плазмы Download PDFInfo
- Publication number
- RU1702856C RU1702856C SU4772847A RU1702856C RU 1702856 C RU1702856 C RU 1702856C SU 4772847 A SU4772847 A SU 4772847A RU 1702856 C RU1702856 C RU 1702856C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- ionospheric
- apf
- size
- ipo
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к модификации параметров ионосферной плазмы и может быть использовано при проведении экспериментов в верхней атмосфере. Целью изобретения является увеличение размеров области модификации, глубины и скорости модуляции искусственного плазменного образования (ИПО) за счет увеличения энерговклада в ИПО. Для повышения эффективности воздействия на ионосферную токовую систему в поле высокочастотного источника, работающего по заданной циклограмме, высокочастотным разрядом формируется искусственное плазменное образование, при этом одновременно с высокочастотной (ВЧ) ионизацией газа в области ВЧ - разряда создают серию взрывов взрывных устройств в соответствии с циклограммой работы ВЧ - источника. При выполнении условия, накладываемого на размеры области взрыва R1>Rвзр>d0 , и условия "вмороженности" магнитного поля в плазму, где Rвзр - радиус области взрыва: R1 - характерный поперечный размер ионосферной токовой струи: do - невозмущенный размер ИПО, достигается увеличение энерговклада в формируемое ИПО, обеспечивающее увеличение размеров, глубины и скорости модуляции параметров ионосферной плазмы. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к модификации параметров ионосферной плазмы и может быть использовано для исследования магнитосферно-ионосферных связей, диагностики ионосферной плазмы, передачи команд в низкочастотном диапазоне, создании помех для радиосвязи.
В последние годы активно разрабатывается методика воздействия на параметры ионосферной плазмы с борта летательных аппаратов (ЛА), дающая большой энергетический выигрыш по сравнению с ранее известными способами модификации ионосферной плазмы электромагнитным излучением с Земли.
Известен способ модификации локальных параметров ионосферной плазмы путем формирования искусственного плазменного образования (ИПО) - плазменных антенн, осуществляемого периодическим возбуждением и самофокусировкой плазменных волн, зажигающих высокочастотный разряд (ВЧ) в ионосферной плазме, который принят за прототип предлагаемого решения. Способ заключается в периодическом (по заданной циклограмме) формировании искусственного плазменного образования с частотой полезного низкочастотного (НЧ) сигнала. ИПО формировалась при зажигании в ионосфере ВЧ-разряда полем пучка интенсивных плазменных волн, инжектируемых с борта ЛА (метеоракеты) малогабаритной антенной плазменных волн и модулированных по амплитуде на частоте полезного НЧ-сигнала. Данный способ позволил получить изменение плотности плазмы более чем в 10 раз, а также потоки частиц с энергией 3 кэВ с возросшей более чем в три раза плотностью при мощности генератора накачки W ≅ 1 квТ. Однако соответствующие изменения продольной и поперечной проводимостей плазмы, оказывающие непосредственное воздействие на ионосферную токовую систему, были сравнительно невелики.
Возбуждение излучающих полезный сигнал НЧ-токов в плазме искусственного образования осуществлялось за счет диамагнитного эффекта при сравнительно небольшом (несколько процентов) вытеснении магнитного поля из ИПО. В результате в ионосфере образуется магнитная катушка с характерными размерами ИПО. Создание таким образом ИПО с ~ 10 было сильно вытянуто вдоль магнитного поля вследствие диффузионного и теплового расплавления. Его длина сильно зависела от высоты Н ионосферы и достигала LII 1 км (Н 130 км). Поперечный размер ИПО был гораздо меньше продольного и слабо зависел от высоты, будучи порядка do 10-15 м.
Таким образом, с точки зрения воздействия на ионосферную токовую систему описанный способ представляется недостаточно эффективным. Вследствие ограниченности энерговклада в ионосферную плазму, свойственной этому способу, поперечный размер ИПО много меньше характерного поперечного размера естественной токовой струи, глубина и скорость модуляции параметров плазмы ограничены, возмущение магнитного поля в ИПО незначительно.
Целью изобретения является увеличение размеров области модификации, глубины и скорости модуляции параметров плазмы (ИПО) за счет увеличения энерговклада в искусственное плазменное образование.
Цель достигается тем, что в способе модификации параметров ионосферной плазмы путем периодического формирования искусственного плазменного образования ВЧ-разрядом в поле бортового ВЧ-источника, согласно изобретению, одновременно с ВЧ-ионизацией газа в центре ИПО формируют расходящиеся акустические ударные волны посредством создания в области ВЧ-разряда серий взрывов взрывных устройств в соответствии с циклограммой работы ВЧ-источника при выполнении следующих условий:
RI > Rвзр > do, (1)
σII ≫ , (2) где Rвзр - радиус области взрыва;
RI - характерный поперечный размер ионосферной токовой струи;
σII - продольная проводимость в ИПО;
do - невозмущенный размер ИПО;
Wo - величина энерговклада взрыва;
ρo - плотность фоновой плазмы;
с - скорость света.
RI > Rвзр > do, (1)
σII ≫ , (2) где Rвзр - радиус области взрыва;
RI - характерный поперечный размер ионосферной токовой струи;
σII - продольная проводимость в ИПО;
do - невозмущенный размер ИПО;
Wo - величина энерговклада взрыва;
ρo - плотность фоновой плазмы;
с - скорость света.
При этом взрыв осуществляют, например, с помощью пиропатронов.
Таким образом, в предлагаемом способе модификация параметров ионосферной плазмы достигается локальным изменением плотности плазмы, частоты столкновений, величины геомагнитного поля, а также размеров ИПО, возникающим в процессе формирования плазменного образования в результате ВЧ-разряда в поле плазменных волн при одновременном осуществлении в области плазменного образования взрыва (взрывного сгорания пиропатрона). Образующаяся в результате взрыва сферическая акустическая волна разносит частицы плазмы от места взрыва.
В результате, во-первых, если радиус области взрыва Rвзрпревосходит невозмущенный размер ИПО do (условие (1)), размер ИПО вследствие взрывного разлета плазмы увеличивается и при значительном увеличении становится сравним с характерным размером ионосферной токовой струи RI, что приводит к существенному увеличению эффективности воздействия на ионосферную токовую систему (причем дальнейшее, свыше RI, увеличение размера ИПО уже не повышает эффективность воздействия на нее, и поэтому сделано ограничение Rвзр < RI).
Во-вторых, вследствие больших скоростей взрывного разлета плазмы вязкость плазмы становится несущественной, и магнитное поле движется вместе с частицами плазмы, а именно выносится из области взрыва до тех пор, пока выполняется так называемое условие "вмороженности" магнитного поля в плазму (условие (2)). Кроме того, вследствие взрывного сгорания пиропатрона в области взрыва увеличивается плотность электронов и их частота столкновений.
В итоге ив возмущенной области резко возрастает величина поперечной проводимости плазмы σI.
И в конечном итоге увеличивается эффективность воздействия на ионосферную токовую систему и достигается цель изобретения.
Сопоставленный анализ показывает, что заявляемое решение имеет отличные от прототипа признаки - комбинированное воздействие на ионосферную плазму ВЧ-ионизации и взрыва в центре ИПО. Таким образом, изобретение отвечает критерию "новизна".
Способ реализуется устройством, изображенным на чертеже, где показана схема головной части ракеты, содержащей антенну 1 плазменных волн (АПВ), блок 2 измерительной аппаратуры, генератор 3 ВЧ-колебаний (ГВЧК), автономный источник 4 питания, блок 5 управления взрывным устройством, взрывное устройство 6. В соответствии с настоящим изобретением АПВ снабжена взрывным устройством (4 пиропатрона), связанным с блоком управления взрывным устройством, обеспечивающим осуществление серии взрывов в соответствии с заданной циклограммой работы генератора.
Способ модификации параметров плазмы осуществляется следующим образом.
С борта летательного аппарата (метеоракеты) одновременно с периодическим (по заданной циклограмме) формированием искусственного плазменного образования путем ВЧ-ионизации ионосферной плазмы полем бортовой АПВ производят серию взрывов пиропатронов. Отклик на осуществленное воздействие регистрируют измерительной аппаратурой.
Пример реализации способа.
Конкретные расчеты проведены для эксперимента, проводимого на высоте Н ионосферы 130 км, в высоких широтах (70о с. ш. ), ночью. Невозмущенная (так называемая фоновая), ионосферная плазма в данных условиях характеризуется следующими параметрами:
плотность нейтральных молекул Nm х 104 см-3;
энергия нейтральных молекул Tmx x 10-13 эрг;
величина геомагнитного поля В 0,5 Гаусс.
плотность нейтральных молекул Nm х 104 см-3;
энергия нейтральных молекул Tmx x 10-13 эрг;
величина геомагнитного поля В 0,5 Гаусс.
Бортовой антенной летательного аппарата создается ИПО со следующими параметрами:
плотность электронов N 4 . 106 см-3
продольная проводимость плазмы σII 1010 с-1
поперечная проводимость плазмы σI 107-8 с-1
продольный разрез ИПО LII 350 м
поперечный размер ИПО do 10 м
частота ионизации νI 105 с-1
В качестве взрывного устройства выбран "пиропатрон" массой 1 г, дающий энерговклад Wo 40 кДж.
плотность электронов N 4 . 106 см-3
продольная проводимость плазмы σII 1010 с-1
поперечная проводимость плазмы σI 107-8 с-1
продольный разрез ИПО LII 350 м
поперечный размер ИПО do 10 м
частота ионизации νI 105 с-1
В качестве взрывного устройства выбран "пиропатрон" массой 1 г, дающий энерговклад Wo 40 кДж.
От места взрыва разбегается ударная волна. Поскольку гидродинамическое давление Р внутри фронта ударной волны много больше магнитного давления Рм(Р >> Рм), динамика разлетающей плазмы описывается обычными гидродинамическими уравнениями без учета магнитного поля. Для оценок параметров плазмы может быть использована известная теория точечного взрыва, а именно теория сильного взрыва, справедливая до тех пор, пока гидродинамическое давление за фронтом много больше давления фоновой плазмы Ро
Ро ≃ 10-2 дин/см2
Согласно теории, радиус разбегающейся от места взрыва сферической ударной волны Rуд.в. , достигает значения 120 м к моменту, когда давление за фронтом ударной волны упадет до величины 3 Ро, с ростом энерговклада Wo размер этой области растет как Wo 1/3, достигая Rуд.в. ≃ 1,2 км при Wo = 4 . 105 Дж (что соответствует взрыву пироснаряда массой 1 кг).
Ро ≃ 10-2 дин/см2
Согласно теории, радиус разбегающейся от места взрыва сферической ударной волны Rуд.в. , достигает значения 120 м к моменту, когда давление за фронтом ударной волны упадет до величины 3 Ро, с ростом энерговклада Wo размер этой области растет как Wo 1/3, достигая Rуд.в. ≃ 1,2 км при Wo = 4 . 105 Дж (что соответствует взрыву пироснаряда массой 1 кг).
Частицы плазмы в момент прохождения фронта ударной волны приобретают радиально направленные скорости Vпл, по величине равные:
Vпл= Vуд.в ≈ 0.8 Vуд.в где Vуд.в. - скорость фронта ударной волны.
Vпл= Vуд.в ≈ 0.8 Vуд.в где Vуд.в. - скорость фронта ударной волны.
В результате размер первоначального ИПО увеличивается за счет взрывного разлета плазмы с do ≃ 10 м до Rвзр. ≈ 0,8 Rуд.в. ≃100 м, т. е. фактически в 10 раз.
Поскольку характерное время ионизации плазмы электрическим полем бортовой антенны ЛА τI ≈ 10-5 с много меньше характерного времени τo разлета плазмы на минимальный размер невозмущенной ИПО do ≃ 10 м, τo ≃ 10-4 с, концентрация плазмы в ИПО будет поддерживаться на неизменном уровне в результате дополнительной ВЧ-ионизации.
Силовые линии магнитного поля выносятся вместе с частицами плазмы при выполнении условия "вмороженности" магнитного поля в плазму. Это условие выполняется при достаточно большой проводимости плазмы:
σ ≫ или, учитывая связь между Vпл, Rвзр в ударной волне.
σ ≫ или, учитывая связь между Vпл, Rвзр в ударной волне.
Из условия "вмороженности" легко видеть, что магнитное поле выносится преимущественно в поперечном направлении φ = π /2. Но поскольку плазма ИПО является сильно анизотропной σII / σI 102-3 и условие "вмороженности" будет гораздо лучше выполняться для σII , область возмущения магнитного поля будет иметь довольно сложную конфигурацию.
Из условия "вмороженности" получим оценку наибольшего размера области возмущения магнитного поля Rн при заданной массе взрывчатки 1 г:
Rн 100 м
В этой области величина поперечной проводимости плазмы растет по мере уменьшения напряженности магнитного поля и при достаточно малых значениях В стремится к величине продольной проводимости плазмы.
Rн 100 м
В этой области величина поперечной проводимости плазмы растет по мере уменьшения напряженности магнитного поля и при достаточно малых значениях В стремится к величине продольной проводимости плазмы.
Модуляция величины поперечной проводимости в области радиуса Rн 100 м приводит к пропорциональному изменению интенсивности тока в ионосферной поперечной токовой струе, что в свою очередь вызывает раскачку геомагнитных пульсаций.
Таким образом, даже минимальный по энерговкладу взрыв пиропатрона массой 1 г приводит к увеличению поперечного размера ИПО по крайней мере в 10 раз, так что увеличенный размер (R 100 м) становится сравнимым с поперечным размером ионосферной токовой струи. Также достигается увеличение глубины модуляции поперечной проводимости в области радиусом 100 м. (56) Беликович В. В. , Бенедиктов Е. А. и др. УФН, 1974, т. 113, в. 4, с. 732.
Агафонов Ю. Н. , Бабаев А. Н. и др. Плазменно-пучковый разряд в ионосфере Земли, М. Письма в ЖТФ, 1988, т. 15, в. 17, с. 1-5.
Claims (1)
1. СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, включающий формирование искусственного плазменного образования высокочастотным разрядом в поле бортового высокочастотного источника, отличающийся тем, что, с целью увеличения размеров области модификации, глубины и скорости модуляции параметров плазмы за счет увеличения энерговклада в искусственное плазменное образование, одновременно с высокочастотным разрядом формируют расходящиеся акустические ударные волны путем создания в области высокочастотного разряда серии взрывов при выполнении условий:
Ri > Rвзр > dо, (1)
σII ≫ ,
Ri > Rвзр > dо, (1)
σII ≫ ,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4772847 RU1702856C (ru) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | Способ модификации параметров ионосферной плазмы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4772847 RU1702856C (ru) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | Способ модификации параметров ионосферной плазмы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1702856C true RU1702856C (ru) | 1994-04-30 |
Family
ID=30441585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4772847 RU1702856C (ru) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | Способ модификации параметров ионосферной плазмы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1702856C (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999051068A1 (fr) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie 'issledovatelski Tsentr Imenu M. V. Keldysha' | Installation permettant d'agir sur l'ionosphere de la terre |
RU2515539C1 (ru) * | 2012-12-14 | 2014-05-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" | Способ модификации ионосферной плазмы |
RU2536338C2 (ru) * | 2011-12-22 | 2014-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" | Способ создания плазменной антенны |
-
1989
- 1989-12-25 RU SU4772847 patent/RU1702856C/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999051068A1 (fr) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie 'issledovatelski Tsentr Imenu M. V. Keldysha' | Installation permettant d'agir sur l'ionosphere de la terre |
RU2536338C2 (ru) * | 2011-12-22 | 2014-12-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" | Способ создания плазменной антенны |
RU2515539C1 (ru) * | 2012-12-14 | 2014-05-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" | Способ модификации ионосферной плазмы |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5797563A (en) | System for increasing the aerodynamic and hydrodynamic efficiency of a vehicle in motion | |
US7641153B2 (en) | Directed energy off-body heating for supersonic vehicle shockwave and sonic boom control | |
RU1702856C (ru) | Способ модификации параметров ионосферной плазмы | |
US3127608A (en) | Object camouflage method and apparatus | |
Parmentola et al. | Particle-beam weapons | |
Winckler et al. | Ion resonances and ELF wave production by an electron beam injected into the ionosphere: Echo 6 | |
Foschini | Electromagnetic interference from plasmas generated in meteoroids impacts | |
EP1816430B1 (de) | Verfahren und System zur Abwehr von Flugkörpern | |
US5791599A (en) | System for increasing the aerodynamic and hydrodynamic efficiency of a vehicle in motion | |
Bush et al. | Electromagnetic fields from pulsed electron beam experiments in space: Spacelab‐2 results | |
Cai et al. | ELF oscillations associated with electron beam injections from the space shuttle | |
RU2298760C1 (ru) | Способ противоракетной защиты летательного аппарата | |
US4033524A (en) | Method and apparatus for controlling earth orbiting satellites and vehicles inter alia | |
Ryabov | Jovian S emission: Model of radiation source | |
RU2536338C2 (ru) | Способ создания плазменной антенны | |
Belov et al. | Formation of a plasma antenna by an explosive action in the ionosphere | |
Winckler et al. | ELF wave production by an electron beam emitting rocket system and its suppression on auroral field lines: Evidence for Alfven and drift waves | |
US5038664A (en) | Method for producing a shell of relativistic particles at an altitude above the earths surface | |
Fung | Origin of solar type IV meter-wave storms | |
WO1998036235A1 (en) | Method and apparatus for the remote clearance of explosive devices | |
RU2515539C1 (ru) | Способ модификации ионосферной плазмы | |
Garwin | Charged-particle beam weapons? | |
Maehlum | Beam-plasma experiments | |
Fenstermacher | The effects of nuclear test‐ban regimes on third‐generation‐weapon innovation | |
RU2169854C2 (ru) | Способ создания реактивной тяги и реактивный двигатель |