Способ воздействия на заряженные воздушно-капельные дисперсии с целью модификации метеоусловий
METHOD OF IMPACT ON CHARGED AIRBORNE DISPERSIONS FOR THE WEATHER CONDITIONS MODIFICATION

Изобретение относится к области техники, предназначенной для воздействия на заряженные воздушно-капельные дисперсии с целью модификации метеоусловий.
Известны способы воздействия на заряженные воздушно-капельные дисперсии, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ (реагентов).
Предлагается использование в качестве реагентов такие вещества, как йодистое серебро (патент №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.), смесь из углеродов хлора (патент №2160900, опубликованный 06.06.1939 г.), водный раствор хлористого кальция с загустителем (патент №2934275, опубликованный 26.04.1960 г.) и др. Для доставки реагентов и их распространения в облаке используют самолет (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), или ракеты (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК A01G 15/00), или снаряды (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 A01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.).
Постоянное применение реагентов, в той или иной степени, приводит к ухудшению экологии окружающей среды и требует расхода значительных материальных ресурсов, обусловленного необходимостью производства реагентов, изготовлением и эксплуатацией средств доставки реагентов в атмосферные образования (см., например, Бибилашвили и др. "Руководство по организации и проведению противоградовых работ", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1981 г.).
Известны способы воздействия на облако, при котором в облако доставляются коронирующие проводы, соединенные с источником высокого напряжения (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК A01G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г.). Необходимость подъема коронирующих проводов на высоту расположения облака предопределяет большие затраты на реализацию известного способа и не всегда осуществимо по погодным условиям.
Известен способ, при котором электрические заряды в облаке формируются путем обдува воздушным потоком коронирующих электродов, которые смонтированы у поверхности земли. Данный способ реализован в устройстве вызывания дождя (см. авторское свидетельство СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованное в 1948 г.), в котором ионизированный поток воздуха, т.е. электрически заряженные частиц направляются в облако. Электрически заряженные частицы, по мнению автора, ускоряют процесс конденсации и выпадения осадков из облачности.
Известен способ воздействия на облака, основанный на генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли, (см. "Журнал геофизических исследований", Кембридж, Массачусета, март 1962 г., т. 67, стр. 1073-1082). Сведения об этом способе отражены и в отечественной технической литературе (см. Л.Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г. стр. 287-293). Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором воздействия на облака в известном способе является пространственный заряд.
Известен способ воздействия на облака (см. патент №2080776 Ru), заключающийся в том, что над земной поверхностью создают высоковольтное электрическое поле в виде импульсов длительностью не более 5 сек и следующих один за другим через интервалы времени не более 5 мин. Импульсы электрического поля создают в виде цугов импульсов. В каждом цуге содержится от 2 до 5 импульсов, следующих с периодом от 0,1 до 1 с, а интервал следования цугов составляет от 0,5 до 5 мин. Воздействие рекомендуется начинать осуществлять не ранее, чем за 30 мин до подхода облаков, из которых предполагается выпадение осадков. По мнению автора изобретения, предложенный способ позволяет существенно повысить воспроизводимость эффектов появления осадков из облачности и увеличения их интенсивности за счет воздействий на электрическое состояние облаков. Однако сведения о практическом применении известного способа в литературе отсутствуют.
Известен способ активного воздействия на атмосферные процессы с целью вызывания осадков, в котором воздействуют на атмосферу над заданным районом электромагнитным излучением в виде импульсов в момент времени, когда заданный район оказывается в соответствующем ему центре ночной стороны Земли. См. патент на изобретение №2080776 Ru. По мнению автора, реакция атмосферы на импульсы возмущающего электромагнитного поля, проявляющаяся в виде появления новых либо активизации существующих очагов осадкообразования, происходит во временном интервале от нескольких секунд до 80 ч с момента начала воздействия и зависит от космогеофизического фона, т.е. от уровня возмущения геофизических полей вариациями интенсивности солнечного ветра. Формирование возмущающего электромагнитного поля в виде луча и направление его в область ионосферы над заданным районом приводит к выпадению осадков только над этим районом. Однако, данных о широком применении известного способа в литературе установить не представилось возможным.
Известен способ воздействия на атмосферные процессы, определяющие погоду, представленный в патенте №2252529 Ru. Известный способ предусматривает излучение на отдельные участки атмосферы электромагнитных колебаний с заранее задаваемой полосой частот и амплитуд. В процессе излучения электромагнитных колебаний на те же участки атмосферы излучают акустические колебания, которые модулируют по частоте и амплитуде. Излучение звуковых колебаний и электромагнитных колебаний осуществляется с временными интервалами между ними, обеспечивающими совпадение по времени амплитудных максимумов и минимумов упомянутых излучений. В процессе воздействия осуществляют выбор частоты и амплитуды излучаемых колебаний. Изменение погодных условий согласно заявляемому техническому решению достигается с помощью воздействий узконаправленных звуковых колебаний и электромагнитных волн на отдельные молекулы атмосферного газа в определенных точках атмосферы. По мнению авторов, в результате этих воздействий на молекулы, расположенные в определенных точках пространства атмосферы, происходит перераспределение энергий в молекулах (атомах): изменяются объемы молекул, расстояние между атомами, без изменения их химической связи. В точках воздействия образуются новые молекулярные структуры - "молекулы-зародыши", которые переносят свое строение, энергию на соседние молекулы в атмосфере, по цепной реакции. И чем больше создается с помощью воздействий в атмосферном пространстве "молекул-зародышей", тем быстрее создается та или иная погода, которую мы хотим получить в указанном районе, на определенной площади. В описании патента представлены данные об успешном экспериментальном использовании известно метода для изменения погодных условий в Московской области и Хабаровском крае. Однако данных о широком применении известного метода в литературе не представлено.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому методу воздействия является способ воздействия на вещество, описание которого представлено в патенте №2063678 Ru. Способ заключается в непрерывном облучении облака электромагнитным сигналом с заранее заданными значениями несущей частоты и уровнем мощности. Может быть использована электромагнитная волна с горизонтальной поляризацией. При этом, осуществляют амплитудную модуляцию несущей частоты электромагнитного сигнала спектром частот, определяемым диапазоном линейных размеров капель. Значение несущей частоты электромагнитного сигнала выбирают вблизи значения какой-либо субгармоники частоты поглощения капель. Уровень мощности электромагнитного сигнала выбирают в зависимости от требуемого времени изменения размеров капель. Спектр частот амплитудной модуляции изменяют в соответствии с изменением линейных разрядов капель. Физический механизм осаждения заключается в укрупнении частичек аэрозоля за счет сближения их с последующим выпадением под действием силы тяжести. При облучении капель облака электромагнитной волной, капли, представляющие собой в простейшем случае диэлектрические сферы, поляризуются и между ними возникает сила притяжения Кулона. Капли сближаются, коагулируются и, достигнув больших размеров, под действием сил гравитации выпада из облака. Кроме того, при горизонтальной поляризации подающей волны у частиц в процессе колебаний изменяется лобовое сопротивление, в результате чего под действием силы тяжести они смещаются вниз в течение полупериода колебаний. Колебательные (пульсирующие) движения жидких частиц аэрозоля в отсутствие их столкновений и коагуляции приводят к ускорению испарения вещества с их поверхности, и, как следствие, к уменьшению размера капель, что обеспечивает рассеивание облака.
Известный способ обеспечивает рассеивание облака либо путем выпадения капель, либо путем их испарения. Энергия электромагнитных волн при этом расходуется на колебательные (пульсирующие) движения жидких частиц аэрозоля, что для рассеивания облака требует больших энергетических затрат.
Целью предполагаемого изобретения является воздействие на заряженные воздушно-капельные дисперсии для модификации метеоусловий.
Для достижения заявленной цели в способе воздействия на воздушно-капельные дисперсии, заключающемся в воздействии на облако электромагнитной волной, воздействие осуществляют спиральной электромагнитной волной с угловым моментом в полосе частот поглощения заряженной воздушно-капельной дисперсии облака.
Процесс воздействия на облако предваряют определением скорости и направления перемещения воздушно-капельной дисперсии относительно обслуживаемой территории, воздействие осуществляют электромагнитной волной, излучаемой антенной с изменяемой диаграммой направленности с напряженностью электрического поля в максимуме диаграммы направленности антенны не менее 10 мВ/м по объему воздушно-капельной дисперсии со скоростью перемещения в диапазоне от единиц до сотен км/час в зависимости от мощности облачного фронта, сканирующей по облаку в плоскости его поперечного сечения со скоростью перемещения по нижней кромке облака в диапазоне от единиц до сотен км/час в зависимости от мощности облачного фронта и скорости его перемещения.
Диаграмма направленности создается с помощью активных фазированных антенных решеток (АФАР). АФАР могут излучать радиоволны с орбитальным моментом импульса, сходным по характеристикам со спиральными Лагерр-Гауссовыми лазерными пучками в параксиальной оптике.
Технический эффект в заявляемом решении состоит в особенностях воздействии спиральной электромагнитной волны на содержащиеся в облаке электрически заряженные капли. Спиральная электромагнитная волна является электромагнитной волной с винтовыми дислокациями волнового фронта, обладающими орбитальным угловым моментом импульса. Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain. Phys Rev Lett. 2007 Aug 24; 99(8):087701. Epub 2007 Aug 22; Fabrizio Tamburini at al. Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test. New Journal of Physics 14 (2012) 033001 (http://www.njp.org/). Физический эффект достигается вследствие перехода момента импульса спиральной волны во внешний момент импульса частиц заряженной воздушно-капельные дисперсии, обладающей электрическим дипольным моментом, вследствие чего происходит вовлечение в движение нейтральной компоненты дисперсии. Воздействие на облако осуществляют электромагнитной волной не менее минуты.
В отличие от известного способа воздействия на облако, где энергия электромагнитной волны обеспечивала нагрев капель и их испарение, либо на их коагуляцию и гравитационное выпадение, в предлагаемом способе энергия спиральной электромагнитной волны обеспечивает формирование в облаке вращающихся воздушных потоков, что требует меньших энергетических затрат.
Таким образом, предложенное решение, благодаря новым признакам в сочетании с известными, позволяет сформировать в облаке вращающиеся воздушные потоки, что позволит увеличить эффективность воздействия на воздушно-капельные дисперсии, и достичь цели предлагаемого изобретения.