RU2525842C1 - Method of initiating lightning discharges - Google Patents
Method of initiating lightning discharges Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525842C1 RU2525842C1 RU2013108963/07A RU2013108963A RU2525842C1 RU 2525842 C1 RU2525842 C1 RU 2525842C1 RU 2013108963/07 A RU2013108963/07 A RU 2013108963/07A RU 2013108963 A RU2013108963 A RU 2013108963A RU 2525842 C1 RU2525842 C1 RU 2525842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammunition
- plasma
- lightning
- series
- previous
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к способам контролируемого инициирования молниевых разрядов, которые могут быть использованы при молниезащите важных объектов от грозового электричества и при искусственных воздействиях на облачные процессы с целью регулирования их электрической активности. Молниезащита осуществляется за счет отвода тока молнии в безопасное для защищаемого объекта место.The invention relates to methods for the controlled initiation of lightning discharges, which can be used for lightning protection of important objects from lightning electricity and for artificial influences on cloud processes in order to regulate their electrical activity. Lightning protection is carried out by diverting the lightning current to a safe place for the protected object.
Уровень техникиState of the art
Известен способ инициирования молниевых разрядов с помощью металлического молниеотвода, выполненного из стержня, троса или сетки [Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. Москва, Издательство МЭИ, 2004]. Молниеотвод устанавливается на высоте, превышающей защищаемый объект, и концентрирует потенциал земли в точке подвеса. Под действием электрического поля приближающегося грозового облака плотность наведенных на земле положительных зарядов значительно возрастает. Электростатическое поле у острия возрастает, превышая порог ионизации воздуха. Электрическое поле грозовой ячейки концентрируется в ближайшей к молниеотводу области, и из нее излучаются стримеры, формирующие лидер молниевого разряда. Разряд грозовой ячейки производится через молниеотвод. Ток молнии рассеивается в земле в окрестности установки молниеотвода. Радиус зоны защиты сопоставим с высотой молниеотвода.A known method of initiating lightning strikes using a metal lightning rod made of a rod, cable or mesh [Instructions for lightning protection devices of buildings, structures and industrial communications. Moscow, MPEI Publishing House, 2004]. The lightning rod is installed at a height exceeding the protected object, and concentrates the earth's potential at the point of suspension. Under the influence of an electric field of an approaching thundercloud, the density of positive charges induced on the earth increases significantly. The electrostatic field at the tip increases, exceeding the ionization threshold of air. The electric field of a thunderstorm cell is concentrated in the region closest to the lightning rod, and streamers are formed from it, forming the leader of the lightning discharge. The discharge of a lightning cell is made through a lightning rod. Lightning current dissipates in the ground in the vicinity of the lightning rod installation. The radius of the protection zone is comparable to the height of the lightning rod.
Недостатки известного способа заключаются в невысокой вероятности попадания разряда молнии в молниеотвод и невысокой степени защиты объекта. Дело в том, что опасность воздействия эдс магнитной индукции молнии на низкопотенциальные и взрывоопасные коммуникации заставляет отводить молнию в землю на значительном удалении от объекта, а это существенно снижает степень молниезащиты объекта.The disadvantages of this method are the low probability of a lightning strike in the lightning conductor and a low degree of protection of the object. The fact is that the danger of the effect of the emf of magnetic induction of lightning on low-potential and explosive communications makes it take lightning to the ground at a considerable distance from the object, and this significantly reduces the degree of lightning protection of the object.
Известен способ инициирования молниевых разрядов с помощью ракет, запускаемых с поверхности земли. Они несут за собой медный проводник [PREVECTRON®: Полевые испытания в условиях реальных молний, www.indelec.com]. Используются также ракеты с твердотопливным двигателем [The International Center for Lightning Research and Testing (ICLRT) at Camp Blanding, Florida]. В состав топлива добавляются хлорид кальция и соли цезия. Горящее топливо оставляет позади летящей ракеты след из этих солей, которые, вступая в контакт с влагой воздуха, образуют токопроводящий канал. Молния идет по пути наименьшего электрического сопротивления, т.е. по сформированному каналу.A known method of initiating lightning strikes using missiles launched from the surface of the earth. They carry a copper conductor [PREVECTRON®: Field Testing with Real Lightning, www.indelec.com]. Solid rocket engines are also used [The International Center for Lightning Research and Testing (ICLRT) at Camp Blanding, Florida]. Calcium chloride and cesium salts are added to the fuel. Burning fuel leaves behind a flying rocket a trace of these salts, which, coming into contact with air moisture, form a conductive channel. Lightning follows the path of least electrical resistance, i.e. on the formed channel.
Процедура инициирования заключается в ожидании подходящего момента во время грозы, контролируемого измерителем напряженности поля, и запуске ракеты по направлению к грозовой ячейке облака. Электростатическое поле земли концентрируется по проводнику или токопроводящему каналу. Нисходящий из грозовой ячейки и встречный, излучаемый ракетой, лидеры растут навстречу друг к другу. Их объединение замыкает нисходящую молнию через проводящий объект на землю. Проводник, прикрепленный к ракете, при прохождении по нему тока лидеров испаряется, формируя проводящий канал в воздухе. Вдоль созданного канала происходит «короткое замыкание» на землю, и нисходящий лидер свободно проходит вниз по проводнику до земли. Молниевый разряд происходит через стержневые мачты при достижении ракетой высоты ~50-300 м.The initiation procedure consists in waiting for a suitable moment during a thunderstorm, controlled by a field strength meter, and launching a rocket towards a thunderstorm cloud cell. The electrostatic field of the earth is concentrated through a conductor or a conductive channel. Descending from a thunderstorm cell and oncoming, radiated by a rocket, leaders grow towards each other. Their union closes a downward lightning through a conductive object to the ground. A conductor attached to a rocket, when a leader current passes through it, evaporates, forming a conductive channel in the air. A “short circuit” to the ground occurs along the created channel, and the descending leader freely passes down the conductor to the ground. Lightning discharge occurs through the rod masts when the rocket reaches a height of ~ 50-300 m.
Недостатками этого способа являются: громоздкость, дороговизна, связанная с ограниченным радиусом действия ракеты и жесткой привязки точки старта к стержневой мачте молниеотвода; малое быстродействие при повторных вызовах молнии; обрыв прикрепляемого проводника при старте и его влияние на траекторию полета ракеты; невозможность инициировать межоблачные разряды; разрушение целостности токопроводящего канала (из-за его малого сечения) турбулентностью атмосферы.The disadvantages of this method are: cumbersomeness, high cost associated with a limited radius of action of the rocket and tight binding of the launch point to the rod mast of the lightning rod; low speed with repeated calls of lightning; breakage of the attached conductor at launch and its effect on the flight path of the rocket; inability to initiate intercloud discharges; destruction of the integrity of the conductive channel (due to its small cross section) by atmospheric turbulence.
Известен также способ инициирования молниевых разрядов, включающий дистанционное определение предразрядного состояния и координат грозовых ячеек, и создание плазменного токопроводящего канала воздействием на атмосферный воздух излучением лазера [Создание сплошных лазерных искр для решения. В.В. Аполлонов, Л.М. Василяк, С.Ю. Казанцев, И.Г. Кононов, Д.Н. Поляков, А.В. Сайфулин, К.Н. Фирсов. Интернет приложение. Спецвыпуск «Оборонный заказ» N-17 декабря 2007].There is also known a method of initiating lightning discharges, including remote determination of the pre-discharge state and coordinates of lightning cells, and the creation of a plasma conducting channel by exposure to atmospheric air by laser radiation [Creating continuous laser sparks for solution. V.V. Apollonov, L.M. Vasilyak, S.Yu. Kazantsev, I.G. Kononov, D.N. Polyakov, A.V. Sayfulin, K.N. Firsov. Internet application. Special issue “Defense order” N-December 17, 2007].
В известном способе для инициирования молнии используют инфракрасный (ИК) лазер. Лазерный луч пропускают вблизи вершины высокой башни. Момент лазерного выстрела выбирается по данным датчика электрического поля, встроенного в систему запуска лазерных устройств, т.к. облако должно созреть и быть готовым к испусканию нисходящей молнии, чтобы она была перехвачена лидером, восходящим от башни. Излучение фокусируется длиннофокусными зеркалом или линзой. В нагретом луче ИК-лазера воздух снижает свою плотность, что способствует его ионизации и формированию проводящего канала, вдоль которого легче развивается электрический разряд. При длительности основной части импульса ~50 нс, пороговая интенсивность для пробоя, содержащего аэрозоли воздуха, составляет 107-108 Вт·см-2. Сформированный вершиной высокой башни восходящий лидер перехватывает молнию.In a known method, an infrared (IR) laser is used to initiate lightning. A laser beam is passed near the top of a tall tower. The moment of the laser shot is selected according to the electric field sensor built into the laser device trigger system, because the cloud must mature and be ready to emit downward lightning so that it is intercepted by a leader rising from the tower. The radiation is focused by a telephoto mirror or lens. In a heated beam of an IR laser, air reduces its density, which contributes to its ionization and the formation of a conducting channel along which an electric discharge develops more easily. When the duration of the main part of the pulse is ~ 50 ns, the threshold intensity for the breakdown containing air aerosols is 107–108 W cm –2 . Formed by the top of a tall tower, an ascending leader intercepts lightning.
Основной недостаток этого способа - большие затраты энергии, так как греется весь газ в канале. Необходимые для этого мощности лазеров труднодостижимы.The main disadvantage of this method is the high energy consumption, since all the gas in the channel is heated. The laser powers required for this are elusive.
Известен также способ инициирования молниевых разрядов, включающий дистанционное определение предразрядного состояния и координат грозовых ячеек, и создание плазменного токопроводящего канала воздействием на атмосферный воздух излучением ультрафиолетового (УФ) лазера, принятый за прототип [Базелян Э.М., Райзер Ю.Л. Механизм притяжения молнии и проблема лазерного управления молнией //УФН. 2000. Т. 170. №7, С.753]. В соответствии с известным способом с помощью УФ-лазера создают плазменный канал в свободной атмосфере так, чтобы от его концов возбудились лидеры, инициирующие формирование молнии. Условие возбуждения жизнеспособных лидеров от плазменного проводника такое же, как и от заземленного сооружения. Оно определяет минимальную длину формируемого проводника.There is also known a method of initiating lightning discharges, including remote determination of the pre-discharge state and coordinates of lightning cells, and the creation of a plasma conductive channel by exposure to atmospheric air with ultraviolet (UV) laser radiation, adopted as a prototype [E. Bazelyan, Yu.L. Raizer The mechanism of attraction of lightning and the problem of laser control of lightning // UFN. 2000. T. 170. No. 7, S.753]. In accordance with a known method, a plasma channel is created in a free atmosphere using a UV laser so that leaders initiating the formation of lightning are excited from its ends. The condition for excitation of viable leaders from a plasma conductor is the same as from a grounded structure. It determines the minimum length of the formed conductor.
Осуществляют фотоионизацию чрезвычайно коротким, но очень мощным импульсом ультрафиолетового излучения. К нему добавляется более длительный импульс менее жесткого видимого излучения, которое освобождает электроны из быстро образующихся при УФ-импульсе отрицательных ионов. Создается токопроводящий канал в свободной атмосфере, который поляризуется в поле грозового облака и от его концов возбуждаются лидеры.Photoionization is carried out with an extremely short but very powerful pulse of ultraviolet radiation. A longer pulse of less hard visible radiation is added to it, which frees the electrons from negative ions that are rapidly formed during the UV pulse. A conductive channel is created in the free atmosphere, which is polarized in the field of a thundercloud and leaders are excited from its ends.
Недостатки лазерных методов - громоздкость и сложность оборудования, значительная энергоемкость и стоимость реализации, невозможность формирования протяженных проводящих каналов вблизи грозового облака, где максимальны напряженности электрического поля и наиболее выгодные с энергетической точки зрения условия зарождения лидерных каналов.The disadvantages of laser methods are the bulkiness and complexity of the equipment, significant energy consumption and implementation cost, the impossibility of forming extended conductive channels near a thundercloud, where the electric field strengths are maximum and the conditions of nucleation of leader channels most favorable from an energy point of view.
Общий недостаток как ракетного, так и лазерного способов искусственного вызывания молнии заключается в том, что формируемый ими плазменный проводящий канал имеет малое поперечное сечение. Любая неоднородность атмосферы - неоднородности плотности, вида и концентрации аэрозоля, мелкомасштабная турбулентность и др. в области проводящего канала - нарушает целостность канала и его проводимость, а следовательно, и его способность к поляризации и проводника лидера канала.A common drawback of both rocket and laser methods for artificial lightning is that the plasma conducting channel they form has a small cross section. Any inhomogeneity of the atmosphere — inhomogeneities in the density, type and concentration of aerosol, small-scale turbulence, etc. in the region of the conducting channel — violates the integrity of the channel and its conductivity, and, consequently, its ability to polarize and conductor of the channel leader.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения способа является упрощение, удешевление, повышение надежности и расширение возможностей применения способа инициирования молниевых разрядов.The objective of the invention of the method is to simplify, reduce the cost, increase reliability and expand the application of the method of initiating lightning discharges.
Поставленная задача решается следующим образом. Способ инициирования молниевых разрядов включает дистанционное определение предразрядного состояния и координат грозовых ячеек, а также создание плазменного токопроводящего канала. При этом плазменный токопроводящий канал создают синхронизированным подрывом серии артиллерийских боеприпасов плазменно-оптического действия. Точки подрыва располагают так, чтобы ионизированные области, возникающие в атмосферном воздухе при срабатывании боеприпасов плазменно-оптического действия, располагались с перекрытием по цепочке в направлении от грозовой ячейки к поверхности земли или к соседней грозовой ячейке.The problem is solved as follows. A method of initiating lightning discharges includes remote determination of the pre-discharge state and coordinates of lightning cells, as well as the creation of a plasma conductive channel. In this case, the plasma conductive channel is created by synchronized detonation of a series of artillery ammunition of plasma-optical action. Explosion points are positioned so that the ionized regions that occur in atmospheric air when plasma-optical munitions are triggered are overlapped along the chain in the direction from the thunderstorm cell to the earth's surface or to an adjacent thunderstorm cell.
Перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия может быть осуществлено изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего.The overlapping of ionized areas in atmospheric air from the operation of ammunition of plasma-optical action can be carried out by changing the direction of flight of each subsequent ammunition in a series relative to the previous one.
Перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия также может быть осуществлено изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего.The overlapping of ionized areas in atmospheric air from the operation of ammunition of plasma-optical action can also be carried out by changing the response time of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one.
Кроме того, перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия может быть осуществлено одновременным изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего и изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего.In addition, the overlapping of ionized areas in atmospheric air from the operation of ammunition of plasma-optical action can be carried out by simultaneously changing the direction of flight of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one and changing the response time of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one.
Перечень фигурList of figures
Предложенный способ инициирования молниевых разрядов поясняется графическим материалами, где на фиг.1 изображена схема реализации с обеспечением перекрытия ионизированных областей изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего, на фиг.2 - схема реализации с обеспечением перекрытия ионизированных областей изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего, на фиг 3 - схема реализации с обеспечением перекрытия ионизированных областей одновременным изменением направления полета и времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего.The proposed method for initiating lightning discharges is illustrated by graphic materials, where Fig. 1 shows an implementation diagram for ensuring that the ionized areas overlap by changing the flight direction of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one, and Fig. 2 is an implementation diagram for ensuring that the ionized regions overlap with changing the response time of each subsequent ammunition in a series relative to the previous one, FIG. 3 is a diagram of an implementation with overlapping ionized regions of one a change in the direction of flight and the response time of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one.
Осуществление изобретения The implementation of the invention
Для реализации предложенного способа инициирования молниевых разрядов необходимы следующие технические средства.To implement the proposed method for initiating lightning discharges, the following technical means are required.
1) Станция грозовой разведки, обеспечивающая дистанционное определение предразрядного состояния и координат грозовых ячеек.1) Lightning reconnaissance station, providing remote determination of the pre-discharge state and coordinates of thunderstorm cells.
2) Вычислительный блок на базе микропроцессоров, осуществляющий обработку данных станции грозовой разведки в режиме реального времени и выдачу команд целеуказания.2) A microprocessor-based computing unit that processes data from a lightning reconnaissance station in real time and issues target designation instructions.
3) Несколько мачт молниеотводов стандартной конструкции, расположенных на безопасном удалении от защищаемого объекта.3) Several masts of lightning rods of standard design, located at a safe distance from the protected object.
4) Одна или несколько скорострельных артиллерийских установок.4) One or more rapid-firing artillery mounts.
Темп стрельбы современной 30 мм автоматической пушки - 6000 выстр./мин (соответственно, частота стрельбы 100 Гц), скорость 30-миллиметрового снаряда при выходе из ствола составляет ν0 ≈ 500…1000 м/с, т.е. снаряды следуют друг за другом на расстоянии 5…10 м. Пушка имеет устройство передачи времени срабатывания взрывателя снаряду внутри ствола индуктивным методом. Пушка снабжена программно-регулируемыми приводами, обеспечивающими перемещение ствола по азимуту и углу возвышения с заданной скоростью.The rate of fire of a modern 30 mm automatic gun is 6000 rds / min (respectively, a firing frequency of 100 Hz), the speed of a 30 mm projectile upon exiting the barrel is ν 0 ≈ 500 ... 1000 m / s, i.e. the shells follow each other at a distance of 5 ... 10 m. The gun has a device for transmitting the fuse response time to the projectile inside the barrel by the inductive method. The gun is equipped with program-controlled drives that provide barrel movement in azimuth and elevation angle at a given speed.
5) Боеприпасы плазменно-оптического действия (БПОД) (такие боеприпасы выполняются, например, на основе взрывного плазменно-вихревого источника излучения, описанного в журнале технической физики (ЖТФ), 2010, т.80, №11, с.87-94).5) Plasma-optical ammunition (AML) (such ammunition is carried out, for example, on the basis of an explosive plasma-vortex radiation source described in the Journal of Technical Physics (ZhTF), 2010, vol. 80, No. 11, p. 87-94) .
Принцип действия БПОД основан на использовании эффектов ударного торможения и вихреобразования при импульсной инжекции высокоэнтальпийных плазменных струй в атмосферный воздух. Плазменные струи с требуемыми термодинамическими параметрами и химическим составом формируются с помощью кумулятивного заряда бризантного взрывчатого вещества (ВВ). При дистанционном подрыве БПОД в атмосферном воздухе формируется долгоживущее плазменно-вихревое образование в виде сфероида с характерным диаметром порядка нескольких метров (в зависимости от массы заряда ВВ) и генерируется мощный высокоэнергетичный импульс широкополосного электромагнитного излучения оптического диапазона спектра (0,19…14 мкм). Яркость такого излучения многократно превышает яркость солнечного излучения и соответствует радиационным температурам 15000…20000 K, фронт нарастания интенсивности излучения приходится на микросекундный диапазон длительностей. В быстрой фазе процесса срабатывания БПОД - фазе ударного торможения высокоскоростной струи в воздухе - более 50% излучаемой энергии приходится на ультрафиолетовую область спектра, коротковолновые кванты которой вызывают фотоионизацию окружающего воздуха. В процессе дальнейшего торможения струи в воздухе (медленная фаза) формируется плазменный тороидальный вихрь с характерными температурами плазмы 3000…5000 K. Время жизни плазменного вихря в воздухе - десятки и сотни миллисекунд (до 0,1 с). В течение этого времени в плазменном вихре сохраняются достаточно высокие концентрации электронов - 1012…1014 в см3. Эффективность преобразования химической энергии конденсированного ВВ во внутреннюю энергию вихря и излучение достигает 20%.The principle of operation of the LARP is based on the use of the effects of shock braking and vortex formation during pulsed injection of highly enthalpy plasma jets into atmospheric air. Plasma jets with the required thermodynamic parameters and chemical composition are formed using the cumulative charge of a blasting explosive (BB). With remote detonation of LARP in atmospheric air, a long-lived plasma-vortex formation is formed in the form of a spheroid with a characteristic diameter of the order of several meters (depending on the mass of the explosive charge) and a powerful high-energy pulse of broadband electromagnetic radiation of the optical spectrum range (0.19 ... 14 μm) is generated. The brightness of such radiation is many times higher than the brightness of solar radiation and corresponds to radiation temperatures of 15,000 ... 20,000 K, the front of increasing radiation intensity falls on the microsecond duration range. In the fast phase of the LARP response process - the phase of shock braking of a high-speed jet in air - more than 50% of the radiated energy falls on the ultraviolet region of the spectrum, whose short-wavelength quanta cause photoionization of the surrounding air. In the process of further deceleration of the jet in the air (slow phase), a plasma toroidal vortex is formed with characteristic plasma temperatures of 3000 ... 5000 K. The lifetime of a plasma vortex in the air is tens and hundreds of milliseconds (up to 0.1 s). During this time, a sufficiently high electron concentration is maintained in the plasma vortex - 10 12 ... 10 14 in cm 3 . The conversion efficiency of the chemical energy of a condensed explosive into the internal energy of a vortex and radiation reaches 20%.
Такие БПОД могут быть адаптированы ко всем типам современных артиллерийских установок, в том числе и к автоматическим пушкам с высоким темпом стрельбы (6000 выстрелов в минуту и более). Время задержки подрыва (или дистанция, на которой осуществляется подрыв) задается встроенным электронно-программируемым или пиротехническим взрывателем-замедлителем.Such AMLs can be adapted to all types of modern artillery mountings, including automatic guns with a high rate of fire (6000 rounds per minute or more). The delay time of detonation (or the distance at which detonation is carried out) is set by the built-in electronically programmed or pyrotechnic fuse-moderator.
Имеются экспериментальные данные по исследованию характеристик макетных образцов БПОД калибра 30 мм, подтверждающие указанные выше сведения (ЖТФ, 2010, т.80, №11, с.87-94).There is experimental data on the study of the characteristics of prototype MPSUs of a caliber of 30 mm, confirming the above information (ZhTF, 2010, vol. 80, No. 11, p. 87-94).
Для инициирования молнии необходимо создать ионизированный (проводящий) канал длиной в несколько десятков метров вблизи грозовой ячейки облака по направлению к земле или близлежащей грозовой ячейке того же или другого облака, чтобы от его концов смогли возбудиться жизнеспособные лидеры. Канал должен быть хорошо проводящим и иметь диаметр, превышающий характерный размер мелкомасштабной турбулентности атмосферы. Плазма сформированного канала быстро (за 10-8-10-9 с) поляризуется в поле грозовой ячейки облака, что способствует формированию лидеров молнии из обоих концов канала.To initiate lightning, it is necessary to create an ionized (conducting) channel several tens of meters long near a thunderstorm cloud cell towards the ground or a nearby thunderstorm cell of the same or another cloud so that viable leaders can be excited from its ends. The channel must be well conductive and have a diameter exceeding the characteristic size of small-scale atmospheric turbulence. The plasma of the formed channel quickly (in 10 -8 -10 -9 s) polarizes in the field of the thundercloud of the cloud, which contributes to the formation of lightning leaders from both ends of the channel.
Реализация предложенного способа инициирования молниевых разрядов будет понятна из следующих примеров, касающихся молниезащиты объектов.The implementation of the proposed method for initiating lightning discharges will be clear from the following examples relating to lightning protection of objects.
Пример 1: перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия осуществляется изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего (фиг.1).Example 1: the overlapping of ionized areas in atmospheric air from the operation of ammunition of plasma-optical action is carried out by changing the direction of flight of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one (Fig. 1).
Станция грозовой разведки 1 отслеживает перемещение грозового облака 2 с грозовой ячейкой в сторону защищаемого объекта 3 и контролирует напряженность электрического поля на уровне поверхности земли. Угловые координаты грозовой ячейки, направление и скорость движения облака, текущее расстояние до него непрерывно поступают в вычислительный блок 4. Эти данные обрабатываются вычислительным блоком 4 с учетом координат места позиционирования скорострельной артиллерийской установки 5 и мачты молниеотвода 6. Результаты вычислений в виде команд целеуказания по азимуту и углу возвышения, по времени срабатывания взрывателя боеприпаса и угловым скоростям поворота ствола поступают на приводы скорострельной артиллерийской установки 5.The
При достижении напряженности приземного электрического поля порогового значения (например, 200 B/см) станция грозовой разведки 1 выдает команду на отстрел серии боеприпасов плазменно-оптического действия. Каждый боеприпас при выходе из ствола индуктивным способом получает информацию о задержке срабатывания встроенного дистанционного взрывателя, рассчитанной вычислительным блоком 4. Во время стрельбы ствол скорострельной артиллерийской установки 5 осуществляет программированное перемещение по азимуту и углу возвышения. В результате каждый последующий боеприпас из серии вылетает из ствола по новому направлению. При подлете боеприпасов к заданной точке пространства (например, нижней кромке грозовой тучи) через расчетное время срабатывает дистанционный взрыватель и боеприпас плазменно-оптического действия подрывается. Поскольку в данном примере время срабатывания всех боеприпасов в серии установлено одно и то же, а ствол скорострельной артиллерийской установки во время стрельбы поворачивается с расчетной угловой скоростью, траектория точек подрыва 7 серии боеприпасов представляет собой дугу окружности.When the surface electric field reaches a threshold value (for example, 200 V / cm), the
Вокруг каждой точки подрыва образуется область ионизации атмосферного воздуха. Начальная ионизация воздуха обеспечивается коротковолновыми ультрафиолетовыми фотонами, генерируемыми высокотемпературной ударно-сжатой плазмой, образующейся при срабатывании боеприпаса; в дальнейшем она поддерживается и усиливается электронными лавинами, развивающимися в сильном электрическом поле грозового облака.Around each point of detonation, an ionization region of atmospheric air is formed. The initial ionization of the air is provided by short-wave ultraviolet photons generated by high-temperature shock-compressed plasma, which is formed when the munition is triggered; it is further supported and amplified by electron avalanches developing in the strong electric field of a thundercloud.
В рассматриваемом примере перекрытие ионизированных областей вокруг точек подрыва 7 обеспечивается угловым перемещением ствола во время стрельбы, а время срабатывания боеприпасов определяет дистанцию (наклонную дальность), на которой формируются зоны подрыва.In this example, the overlap of the ionized regions around the detonation points 7 is ensured by the angular movement of the barrel during firing, and the ammunition response time determines the distance (inclined range) at which the detonation zones are formed.
В результате вблизи мачты молниеотвода 6 создается пространственно-ориентированный протяженный проводящий канал диаметром порядка 2…5 метров. Для формирования канала протяженностью 100 метров требуется примерно 20 боеприпасов. В электрическом поле грозовой ячейки проводящий плазменный канал поляризуется и с его противоположных концов возбуждаются лидеры. Поскольку проводящий плазменный канал формируется вдоль линии, соединяющей грозовую ячейку и мачту молниеотвода 6, в этом же направлении будет прорастать и нисходящий лидер от проводящего канала. Тем самым обеспечивается высокая вероятность ориентированного удара молниевого разряда 8 между грозовой ячейкой грозового облака 1 и молниеотводом 6 через плазменный канал в виде дуги.As a result, a spatially oriented extended conducting channel with a diameter of about 2 ... 5 meters is created near the mast of
Пример 2: перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия осуществляется изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего (фиг.2).Example 2: the overlapping of ionized areas in the air from the operation of ammunition of plasma-optical action is carried out by changing the response time of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one (Fig.2).
В отличие от примера 1 ствол скорострельной артиллерийской установки (автоматической пушки) 5 не изменяет своего углового положения и нацелен на грозовую ячейку в нижней части грозового облака 2. Боеприпасы на выходе из канала ствола пушки 5 получают различные значения времени срабатывания, например, t1>t2>t3>…>tn, где t1 - время срабатывания 1-го боеприпаса в серии, t2 - время срабатывания 2-го боеприпаса и т.д. В результате точки подрыва 7 боеприпасов располагаются на одной линии и при соответствующем выборе значений времени срабатывания каждого боеприпаса в серии ионизированные области воздуха вокруг точек подрыва перекрываются и тем самым формируется проводящий плазменный канал, ориентированный от грозовой ячейки в сторону мачты молниеотвода 6 вблизи артиллерийской установки 5.In contrast to Example 1, the barrel of a rapid-firing artillery installation (automatic gun) 5 does not change its angular position and is aimed at a thunderstorm cell in the lower part of a
Дальнейшее развитие процессов инициирования молнии происходит аналогично примеру 1 и приводит к возникновению молниевого разряда 8.Further development of the processes of initiation of lightning occurs analogously to example 1 and leads to the occurrence of
В примере 2 формируется прямолинейный плазменный проводящий канал вдоль линии прицеливания артиллерийской установки 5.In example 2, a rectilinear plasma conducting channel is formed along the line of sight of the
Пример 3: перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе осуществляется одновременным изменением направления полета и времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего.Example 3: the overlapping of ionized areas in atmospheric air is carried out by simultaneously changing the direction of flight and the response time of each subsequent ammunition in the series relative to the previous one.
В отличие от примеров 1 и 2 имеет место сразу два механизма формирования протяженного проводящего плазменного канала: за счет углового перемещения ствола артиллерийской установки 5 и за счет установки разного времени срабатывания боеприпасов в серии. В результате согласованного использования двух механизмов можно получить любую желаемую ориентацию плазменного проводящего канала, например горизонтальную, как это показано на фиг.3. В этом случае для обеспечения защиты объекта 3 точки подрыва 7 боеприпасов плазменно-оптического действия располагаются вдоль линии, соединяющей разнополярно заряженные облака 2 и 9, что обеспечивает инициализацию молниевого разряда 8 между ними.In contrast to Examples 1 and 2, two mechanisms of the formation of an extended conducting plasma channel take place at once: due to the angular displacement of the barrel of the
Приведенные примеры показывают возможность реализации предложенного способа инициирования молниевых разрядов на современном уровне техники.The above examples show the possibility of implementing the proposed method for initiating lightning discharges at the current level of technology.
Кроме молниезащиты объектов, предложенный способ может быть использован для искусственных воздействий на облачные процессы с целью регулирования их электрической активности.In addition to lightning protection of objects, the proposed method can be used for artificial impacts on cloud processes in order to regulate their electrical activity.
Поставленная задача - в части упрощения способа - решается отработанностью и функциональной простотой используемых технических средств.The task - in terms of simplifying the method - is solved by the sophistication and functional simplicity of the used technical means.
Поставленная задача - в части удешевления способа инициирования молниевых разрядов - решается конструктивной простотой применяемых технических средств и низкой стоимостью расходуемых боеприпасов плазменно-оптического действия.The task - in terms of reducing the cost of the method of initiating lightning discharges - is solved by the structural simplicity of the technical means used and the low cost of consumable plasma-optical ammunition.
Поставленная задача - в части повышения надежности способа - решается тем, что образующийся в результате синхронизированного подрыва серии боеприпасов плазменно-оптического действия проводящий плазменный канал имеет значительное сечение (до 5 м) и время жизни, в силу чего, слабо подвержен влиянию нежелательных факторов, например локальной турбулентности атмосферы.The problem, in terms of increasing the reliability of the method, is solved by the fact that the conducting plasma channel formed as a result of synchronized detonation of a series of ammunition of plasma-optical action has a significant cross-section (up to 5 m) and a lifetime, due to which, it is weakly affected by undesirable factors, for example local turbulence of the atmosphere.
Поставленная задача - в части расширения возможностей способа инициирования молниевых разрядов - решается тем, что согласованным выбором угловой скорости поворота ствола скорострельной артиллерийской установки и времени срабатывания боеприпасов в серии можно реализовать любую оптимальную ориентацию и форму плазменного проводящего канала и тем самым дополнительно повысить надежность искусственного инициирования молниевых разрядов.The problem, in terms of expanding the capabilities of the method of initiating lightning discharges, is solved by the fact that by coordinated choice of the angular velocity of rotation of the barrel of the rapid-firing artillery mount and the response time of the ammunition in the series, any optimal orientation and shape of the plasma conducting channel can be realized and thereby further increase the reliability of the artificial initiation of lightning discharges.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013108963/07A RU2525842C1 (en) | 2013-02-28 | 2013-02-28 | Method of initiating lightning discharges |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013108963/07A RU2525842C1 (en) | 2013-02-28 | 2013-02-28 | Method of initiating lightning discharges |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2525842C1 true RU2525842C1 (en) | 2014-08-20 |
Family
ID=51384644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013108963/07A RU2525842C1 (en) | 2013-02-28 | 2013-02-28 | Method of initiating lightning discharges |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2525842C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619521C1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-05-19 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Method of artificial lightning initiating |
RU2629010C2 (en) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Государственное унитарное предприятие "Высокогорный научно-исследовательский испытательный центр авиационной техники и вооружения" (ГУП "ВНИИЦ АТВ") | Lightning discharges control method |
RU2705287C1 (en) * | 2019-02-08 | 2019-11-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт "ФГБУ "ВГИ" | Method of lightning discharges initiation in thunderstorm clouds |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2673334A1 (en) * | 1991-02-22 | 1992-08-28 | Alcatel Cable | Laser-triggered high-energy spark gap |
RU2124821C1 (en) * | 1996-09-23 | 1999-01-10 | Богданов Игорь Глебович | Device for use of atmospheric electricity - atmospheric power plant of flight vehicles and spaceships |
RU2144747C1 (en) * | 1998-04-20 | 2000-01-20 | Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова" | Method for protection against atmospheric electrical surge |
-
2013
- 2013-02-28 RU RU2013108963/07A patent/RU2525842C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2673334A1 (en) * | 1991-02-22 | 1992-08-28 | Alcatel Cable | Laser-triggered high-energy spark gap |
RU2124821C1 (en) * | 1996-09-23 | 1999-01-10 | Богданов Игорь Глебович | Device for use of atmospheric electricity - atmospheric power plant of flight vehicles and spaceships |
RU2144747C1 (en) * | 1998-04-20 | 2000-01-20 | Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова" | Method for protection against atmospheric electrical surge |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Базелян Э.М., Механизм притяжения молнии и проблема лазерного управления молнией, УФН. 2000, Т. 170. N7, С.753. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629010C2 (en) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Государственное унитарное предприятие "Высокогорный научно-исследовательский испытательный центр авиационной техники и вооружения" (ГУП "ВНИИЦ АТВ") | Lightning discharges control method |
RU2619521C1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-05-19 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Method of artificial lightning initiating |
RU2705287C1 (en) * | 2019-02-08 | 2019-11-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт "ФГБУ "ВГИ" | Method of lightning discharges initiation in thunderstorm clouds |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10415937B2 (en) | Electromagnetic mobile active system | |
US20070285304A1 (en) | Target orbit modification via gas-blast | |
US20160097616A1 (en) | Laser Guided and Laser Powered Energy Discharge Device | |
US8981261B1 (en) | Method and system for shockwave attenuation via electromagnetic arc | |
RU2525842C1 (en) | Method of initiating lightning discharges | |
Bazelyan et al. | The mechanism of lightning attraction and the problem of lightning initiation by lasers | |
RU2502082C2 (en) | Method of protecting object from missile | |
Parmentola et al. | Particle-beam weapons | |
RU2629010C2 (en) | Lightning discharges control method | |
Tsipis | Laser weapons | |
RU2388736C1 (en) | Method of creating aerosol cloud for smoke screen or false target | |
RU2555410C1 (en) | Cloud electricity discharger | |
RU2705287C1 (en) | Method of lightning discharges initiation in thunderstorm clouds | |
RU2586436C1 (en) | Bogdanov method for target destruction and device therefor | |
RU2235454C1 (en) | Method and apparatus for producing of acoustic effect upon atmospheric formations | |
RU2656776C2 (en) | Method for protecting a group object from the impact of means of destruction with a barrier dispersed formation | |
RU2692058C1 (en) | Method of protecting radar stations from small-size unmanned aerial vehicles and device for its implementation | |
RU2680558C1 (en) | Method of increasing the probability of overcoming zones of missile defense | |
KR20210093506A (en) | Nuclear fusion device where nuclear fusion is achieved through the compression of high temperature plasma of D+T fuel with pulsed laser beams and hypervelocity bullet(s) | |
RU222488U1 (en) | A device for combating miniature unmanned vehicles | |
RU2622177C1 (en) | Method of object protection from destruction means with optoelectronic and radar guidance targeting and detonation systems | |
Kochems et al. | The Viability of Directed-Energy Weapons | |
RU2619521C1 (en) | Method of artificial lightning initiating | |
DE102022002219A1 (en) | Lightning arrestor system for military use | |
RU2600136C1 (en) | Method of using heat trap |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160229 |