ПРИЛОЖЕНИЕ F

ПРОГРАММА HAARP:
ТРЕБОВАНИЯ К НАГРЕВАТЕЛЬНОМУ КОМПЛЕКСУ

: возможности : : характеристики : : диагностика : : расположение : : стоимость : : комплексы-аналоги :

 

Настоящая публикация является переводом раздела 4 документа «HAARP. Hight Frequecy Auroral Research Program. Joint Services Program Plans and Activities. Air Force Geophisics Laboratory * Navy Office of Naval Research. February 1990». Перевод разделов 1-3 приведен в Приложении Е настоящего обзора.

Перевод c английского © Janto.

Оригинал документа здесь: HAARP Program.

 

 

 

 

Для исследований в рамках описанной выше проблематики требуется новый уникальный ВЧ нагреватель. Перечень функциональных и диагностических возможностей такого нагревателя приведен в таблице 2.

 

Технические/научные задачи	Диагностика	Функции ВЧ нагревателя	Требуемая геофизическая среда
Генерация КНЧ (ELF)	КНЧ приемник КВ/УКВ радары Радар некогерентного рассеяния	КНЧ/СНЧ модуляция Быстрое движение луча (в пределах 40°) Измерение в реальном времени быстрых вариаций ионосферы Обратная связь на нагреватель	По крайне мере слабый электрический ток или электрическое поле не менее 5 мв/м
Ускорение электронов	Радар некогерентного рассеяния ВЧ приемник Оптические регистраторы КВ/УКВ радары ракеты	Максимальная мощность Перестройка частоты 2 частоты	Гладкая Минимальное рэлеевское рассеяние Эффект Платтевилля/Тромсё
Идентификация неустойчивых процессов	Радар некогерентного рассеяния ВЧ приемник КВ/УКВ радары Измерение оптических сцинтилляций	Перестройка частоты Перестройка диаграммы Быстрый мультичастотный режим Широкий частотный диапазон 2.8 - 15 МГц	Стабильная
Управление неустойчивыми процессами (выбор, успокоение, поддержание)	то же	то же	Стабильная при ВЧ индуцировании Устойчивая при естественном успокоении
Осаждение частиц (питч-угловое рассеяние)	КНЧ/СНЧ приемники Оптические регистраторы ВЧ фазовый локатор Отображающий риометр	СНЧ модуляция 2 частоты	Радиационный пояс Частицы (L=4-6; 1.4)
Структурирование F слоя (отражатели, в т.ч. канализация)	Измерение сцинтилляций КВ/УКВ радар Оптические измерения Радар некогерентного рассеяния	Максимальная мощность Перестройка частоты	Гладкая
Наклонный нагрев	Диагностика середины пути: ВЧ локатор Радар некогерентного рассеяния Измерение электрического поля Диагностика конца пути: ВЧ приемник	Перестройка диаграммы Перестройка частоты 8-25 МГц	Гладкая Стабильная

 

4.1. Характеристики нагревателя.

Требования, предъявляемые к ВЧ нагревателю, весьма амбициозны. Для того, чтобы получать пользу от этого инструмента на всех стадиях его разработки, необходимо, чтобы он был реализован по модульному принципу и его эффективная излучаемая мощность могла наращиваться эффективным, экономически выгодным способом по мере доступности ресурсов. Другие требуемые характеристики нагревателя изложены ниже.

 

4.1.1. Эффективная излучаемая мощность (ERP). Один гигаватт (90 dbW) эффективной излучаеой мощности представляет собой важный пороговый уровень, за которым могут быть достигнуты значимая генерация и ускорение электронов, а также другие ожидаемые значимые эффекты. Сегодня Советский Союз уже имеет в своем распоряжении такой мощный нагреватель. Максимальная ERP американских комплексов достигает лишь около четверти данной величины. Нагреватель в Норвегии, эксплуатируемый Институтом Макса Планка в ФРГ, недавно подвергся реконструкции также с целью достижения мощности 1 Гвт ERP на одной частоте. Комплекс HAARP тоже в обязательном порядке должен иметь ERP около 1 Гвт (около 95-100 dbW), т.е. максимальную мощность из достигнутых в мире для исследований по модифицированию ионосферы. В случае достижения данной мощности нагреваемая область в слое F, используемая для измерений и диагностики, могла бы иметь диаметр минимум 50 км.

 

4.1.2. Диапазон рабочих частот. ВЧ нагреватель должен покрывать частотный диапазон ориентировочно от 1 МГц до 15 МГц, что обеспечит возможность исследования широкого спектра ионосферных процессов. Этот диапазон включает гирочастоты электронов и должен обеспечить функционирование комплекса во всех предполагаемых условиях. Также желаемой характеристикой является наличие мультичастотного режима работы с использование различных сегментов антенной решетки. И, наконец, во всем диапазоне желательная скорость изменения частоты должны иметь порядок миллисекунд.

 

4.1.3. Параметры сканирования. Нагреватель, имеющий возможность сканирования, крайне необходим с точки зрения увеличения размера разогреваемого участка ионосферы. Хотя желателен диапазон сканирования от вертикального направления до наклонного с углом к горизонту до 10 градусов, инженерные возможности ограничивают достижимый угол отклонения луча от вертикали на уровне 45 градусов. Весьма желательна также возможность быстрого сканирования (на уровне микросекунд) в любом направлении.

 

4.1.4. Режимы функционирования. Гибкость в выборе режима нагрева, включая режим непрерывного (CW) и импульсного излучения, должна обеспечить возможность реализации широкого спектра ионосферных технологий и решение широкого класса задач.

 

4.1.5. Поляризация излучения. Для исследования ионосферных процессов в широком диапазоне высот нагреватель должен обеспечивать как линейную (Х), так и круговую (О) поляризацию излучения.

 

4.1.6. Возможность оперативного изменения параметров. Возможность оперативного изменения параметров нагревателя, в т.ч. таких, как рабочая частота, угол сканирования, мощность излучения и вид модуляции, очень важна с точки зрения решения таких задач, как увеличение размера модифицируемой области ионосферы и разработки технологий, гарантирующих, что требуемая концентрация энергии в ионосфере может быть обеспечена нагревателем без активации каких-либо эффектов автолимитирования.

 

4.2. Диагностика нагрева.

Для того, чтобы изучать как естественные процессы в ионосфере, так и процессы при ее активном модифицировании, требуются соответствующие инструменты для выполнения измерений широкой номенклатуры ионосферных параметров с заданным временнЫм и пространственным разрешением.

 

4.2.1. Радар некогерентного рассеяния. Радар некогерентного рассеяния является ключевым инструментом мониторинга таких параметров плазмы, как плотность электронов, температура электронов и ионов, а также параметров электрических полей в функции от высоты. Кроме того, радар некорентного рассеяния может использоваться в качестве средства детального исследования таких стимулируемых нагревом ионосферы процессов, как генерация плазменных турбулентностей и ускорение электронов до высоких энергий. Радар данного типа, перспективный для использования в комплекте с планируемым к разработке нагревателем, уже финансируется в рамкам программы МО как компонент апгрейда космодрома Pocker Flat на Аляске.

 

4.2.2. Другие средства диагностики. Возможность прямого контактирования со средой нагреваемой области измерительных приборов, размещаемых на борту геофизических ракет, также необходима. Другие средства, которые могут потребоваться в эксплуатации в зависимости от специфики проводимых с нагревом экспериментов, могут включать:

• ВЧ приемники для обнаружения электромагнитных излучений от турбулентностей, индуцированных нагревом ионосферы;
• КВ/УКВ радары для определения в диапазоне 1 - 10 м размеров расположенных вдоль геомагнитных силовых линий нерегулярностей;
• оптические регистраторы для определения параметров потока и спектра излучения ускоренных электронов и формирования трехмерных изображений искусственного свечения в верхних слоях атмосферы;
• средства наблюдениями за сцинтилляциями, необходимые для изучения влияния нагрева ионосферы на работоспособность спутниковых каналов связи, а также для исследования крупномасштабных ионосферных структур.

 

4.2.3. Дополнительные инструменты для экспериментов с генерацией КНЧ (ELF). Данные инструменты могут включать:

• цепочку КНЧ-радиоприемников для измерения величины КНЧ сигнала на различных расстояниях от нагревателя;
• цифровой ВЧ ионозонд для определения фонового профиля плотности электронов в слоях E и F ионосферы;
• цепочку магнетометров для наблюдения за изменениями геомагнитного поля с целью обнаружения больших ионосферных токов и электрических полей;
• фотометры в качестве вспомогательного средства при измерении ионосферной проводимости и наблюдении за осаждением частиц;
• СНЧ локатор для определения изменений в слое D ионосферы;
• риометр для получения дополнительных данных, в частности, для возмущенной ионосферы.

 

4.3. Расположение нагревателя.

Одной из главнейших целей, преследуемых настоящей программой, является генерация нагревателем в ионосфере КНЧ радиоволн. Это требует размещения нагревателя в области мощных ионосферных токов, т.е. либо в экваториальной области, либо в высокоширотной (авроральной) области.

Дополнительные факторы, которые должны приниматься во внимание при выборе места расположения нагревателя, включают другие научно-технические задачи и требования, вопросы, связанные с окружающей средой, возможность дальнейшего развития проекта в будущем, инфраструктуру, а также доступность и расположение средств диагностики. Кроме того, необходимо, чтобы имелась возможность запускать ракеты с геофизическим оборудованием в модифицируемую нагревателем область ионосферы.

Соответственно данным соображениям расположение нового нагревателя планируется на Аляске, относительно недалеко от места расположения нового радара некогерентного рассеяния для космодрома Pocker Flat, запланированного к разработке в рамках отдельной программы МО. Точные координаты расположения нагревателя пока не определены.

 

4.4. Ожидаемая стоимость нового нагревательного коплекса.

Предполагается, что потребуется от 8 до 10 миллионов долларов, чтобы создать новый нагреватель с ERP, примерно равной ERP уже имеющегося у МО комплекса HIPAS, но c существенными усовершенстовваниями в части перестройки частоты и возможностями управления диаграммой излучения антенны. Новый комплекс должен иметь модульную организацию, что позволит наращивать его мощность эффективным и экономически удобным способом по мере поступления финансирования. Требуемый комплекс мирового уровня, удовлетворящий требованиям по гибкости и возможностям, описанным выше, будет стоить ориентировочно от 25 до 30 миллионов долларов.

 

 

Приложение А. Комплексы вертикального ВЧ нагрева

 

Регион	Комплекс/разработчик	Расположение	Частота, МГц	ERP, МВт
СССР	НИИР	Душанбе	1.35 4-5	1000 80
	СУРА	(Василесурск)	5-10	400
		Горький	4-6	20
		Мончегорск	3.3	10
Запад	Аресибо	Пуэрто-Рико	3-15	80
	(HIPAS)	Фэрбэнкс, Аляска	2.85-4.9	80
		Платтевиль, Колорадо	5-10	250
	(EISCAT)	Тромсё, Норвегия	2.75-8 6	250 1000

 

Примечание 1. Предположительно п. 1 содержит ошибку и следует считать первую строку относящейся к комплексу НИИР, но с на порядок меньшей мощностью, а вторую - относящейся к комплексу ГИССАР.

Примечание 2. Более точные данные по приведенным в таблице нагревателям см. в приложениях H, I и J, где рассматриваются советские, американские и прочие предшественники HAARP.

* * * * * * * * *

 

 

Опубликовано 14.02.2019 Последнее изменение - нет

© Janto 2019 Все права защищены