Способ модификации параметров ионосферной плазмы
Формула | Описание | Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 1702856
Авторы: Агафонов, Владимиров, Курина, Марков
Формула
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)II
,
Описание
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


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




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)



RI - характерный поперечный размер ионосферной токовой струи;

do - невозмущенный размер ИПО;
Wo - величина энерговклада взрыва;

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

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

Бортовой антенной летательного аппарата создается ИПО со следующими параметрами:
плотность электронов N

продольная проводимость плазмы


поперечная проводимость плазмы


продольный разрез ИПО LII 350 м
поперечный размер ИПО do

частота ионизации


В качестве взрывного устройства выбран "пиропатрон" массой 1 г, дающий энерговклад Wo

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

Согласно теории, радиус разбегающейся от места взрыва сферической ударной волны Rуд.в. , достигает значения


Частицы плазмы в момент прохождения фронта ударной волны приобретают радиально направленные скорости Vпл, по величине равные:
Vпл=


В результате размер первоначального ИПО увеличивается за счет взрывного разлета плазмы с do



Поскольку характерное время ионизации плазмы электрическим полем бортовой антенны ЛА






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:











Из условия "вмороженности" легко видеть, что магнитное поле выносится преимущественно в поперечном направлении






Из условия "вмороженности" получим оценку наибольшего размера области возмущения магнитного поля Rн при заданной массе взрывчатки 1 г:
Rн

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

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

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.
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.
Рисунки
Заявка
4772847/25, 25.12.1989
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Марков Г. А, Курина Л. Е, Агафонов Ю. Н, Владимиров П. В
МПК / Метки
МПК: H05H 1/00
Метки: ионосферной, модификации, параметров, плазмы
Опубликовано: 30.04.1994
Код ссылки
<a href="https://patents.su/0-1702856-sposob-modifikacii-parametrov-ionosfernojj-plazmy.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ модификации параметров ионосферной плазмы</a>
Предыдущий патент: Барабан для сборки покрышек пневматических шин
Следующий патент: Термоядерная установка типа торсатрон
Случайный патент: Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стохастических объектов