Чтение онлайн

«Исследования искусственно модифицированной ионо сферы на комплексе загоризонтной радиолокации в г. Нико лаеве».

В. А. Алебастров, д.ф.-м.н., директор Украинского радиофизического института

A.M. Куликов, руководитель группы Украинского

радиофизического института

Ю.А. Романовский, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник,

зав. отд. Института прикладной геофизики

имени академика Е.К. Федорова

«В настоящее время для исследований и мониторинга ионосферы используется широкий круг радиофизических методов, основанных на взаимодействии КВ-УКВ излучений с ионосферной плазмой. К наиболее распространенным методам относятся методы вертикального и наклонного КВ-зондирования, реализованные в аппаратурных комплексах ионосферных станций, с помощью которых получен основной объем имеющихся данных о состоянии и регулярных вариациях ионосферы. Возможности этих исследований существенно ограничиваются невысокими техническими характеристиками этих средств.

В то же время, в последние годы возникла необходимость изучения нестационарных процессов в ионосфере, тонкой структуры ионосферной плазмы, локальных неоднородных образований и других явлений и процессов, которые не могут быть исследованы в полной мере с помощью указанных комплексов. Это, в частности, относится к исследованиям искусственно модифицированной ионосферы, свойства и характеристики которой могут существенно изменяться при воздействии мощного радиоизлучения, запусков изделий ракетно-космической техники, при проведении в ионосфере экспериментов активного типа и др.

Эффективным средством для осуществления исследований нестационарных локальных явлений и образований в естественной и искусственно модифицированной ионосфере могут быть станции загоризонтной радиолокации (ЗГРЛС), обладающие мощным потенциалом и высокими характеристиками системы приема и обработки сигнала. Это, в частности, было убедительно продемонстрировано при проведении с помощью ЗГРЛС в г. Николаеве исследований ионосферы в естественных условиях, а также при воздействии мощного КВ-радиоизлучения и мощных наземных взрывов.

Авторами и их коллегами в период 1987-90г.г. с использованием указанной ЗГРЛС была выполнена программа исследований модифицированной ионосферы при создании искусственных плазменных образований (ИПО). Метод ИПО широко используется для изучения динамических и плазменных процессов в ионосфере. В основном ИПО применяются в качестве трассеров процессов в ионосфере при наблюдениях оптическими методами. При этом теряется значительная часть информации об особенностях изменений ионосферы, вызванных созданием ИПО, и процессах в ионосфере и в самом ИПО, не наблюдаемых оптическими методами. Зондирование ионосферы и ИПО с помощью ЗГРЛС позволяло получать дополнительную информацию о модификации ионосферы.

Основные задачи программы исследований состояли в следующем:

– анализ спектрально-энергетических характеристик сигналов обратного рассеяния (СОР) и сигналов возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ);

– изучение по измерениям СОР и ВНЗ структуры и динамики ИПО на разных высотах и при различных способах их создания;

– исследования взаимодействия ИПО с ионосферой;

– изучение особенностей взаимодействия мощного КВ-излучения с «сильными» плазменными неоднородностями;

– анализ эффективности диагностики и контроля методами КВ-зондирования искусственной модификации ионосферы.

В программе экспериментов осуществлялись комплексные исследования ИПО, которые проводились с использованием бортовых измерительных средств, обеспечивающих прямые измерения параметров ИПО, а также с привлечением наземных оптических и радиофизических измерительных комплексов. В экспериментах ИПО создавались с помощью пиротехнических генераторов и плазменных ускорителей стационарного и импульсного типа, которые устанавливались на метеорологических ракетах MP-12 и МР-20, запускавшихся с полигона Капустин Яр и с борта научно-исследовательского судна в Норвежском море.

В активных экспериментах, образование ИПО производилось на высотах 130-180 км. При применении пиротехнических генераторов создавались крупномасштабные ИПО — т.н. искусственные ионные облака — с размерами от сотен метров на начальной стадии до десятка километров на заключительной фазе их образования. При использовании стационарных плазменных ускорителей при инжекции плазмы с борта ракеты образовывалось протяженное ИПО вдоль траектории ракеты. В ряде экспериментов для изучения особенностей взаимодействия мощного КВ-радиоизлучения с ИПО на ракете устанавливалось радиоприемное устройство, которое регистрировало излучение станции. В этом случае предусматривалось непрерывное излучение станции на одной из частот.

Особенности характеристик СОР при зондировании искусственных облаков на расстоянии — 1100 км от РЛС в зоне прямой видимости иллюстрируются данными эксперимента с созданием с помощью пиротехнического генератора одного ионного облака, в котором было создано 5 облаков вдоль траектории ракеты. Как следует из этих данных, о возникновении ИПО свидетельствует значительное на 40-50 дб возрастание амплитуды сигнала СОР, причем увеличенные значения СОР регистрируются в течение более 30 минут. Верхнюю временную границу регистрации ИПО определить не удалось из-за преждевременного прекращения зондирования на станции. Амплитудные вариации СОР характеризуются регулярными периодическими замираниями на 10-20 дб, свидетельствующими об изменениях структуры ИПО. Распад облака на множество мелких неоднородностей и его расслоение, обычно хорошо наблюдаемое по данным оптических наблюдений при локации ИПО, на ЗГРЛС проявляется в возникновении квазишумового характера СОР. При образовании в эксперименте нескольких ионных облаков создание каждого облака сопровождается возрастанием амплитуды СОР. Затем происходит уменьшение СОР на ~ 20 дб и этот уровень сигнала поддерживается в течение нескольких десятков минут.

Данные по локации ИПО свидетельствуют также о значительном увеличении СОР при создании ИПО, но и несколько отличающемся характере их изменений по сравнению с экспериментами с искусственными облаками. Важная особенность рассматриваемого эксперимента состоит в том, что наблюдения СОР существенно меньше по времени и СОР исчезает через 10-100 секунд после прекращения инжекции.

Отмеченные особенности СОР регистрировались не только в области «прямой» видимости ИПО, но и на дальностях около 3000 км (Норвежское море) при создании ИПО на нисходящем участке первого скачка КВ-радиоволн. В этом случае амплитуда СОР на 20-30 дб ниже, чем при локации ИПО на полигоне Капустин Яр, однако общий характер изменения сигналов подобен.