Patente para Criação de nuvens de ionização artificiais acima da terra
Autor: Ditador Nicastro | Publicado: 2012-05-25T13:31:00-03:00





Fonte: United States Patent and Trademark Office&nbsp;




http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&amp;Sect2=HITOFF&amp;u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&amp;r=13&amp;p=1&amp;f=G&amp;l=50&amp;d=PTXT&amp;S1=4%2C686%2C605&amp;OS=4%2C686%2C605&amp;RS=4%2C686%2C605






 

  
United
  States Patent 

  
4,999,637

 

  
Bass 

  
March 12, 1991 

 











 

  
Patente dos Estados Unidos 

  
4,999,637

 

  
Baixo 

  
12 De Março de 1991 

 











Criação de nuvens artificiais de ionização acima da terra 

Resumo

Um método para formar uma
nuvem de ionização artificial acima da terra aquecendo inicialmente o plasma
residente em uma altitude desejada com radiação eletromagnética com uma
frequência aproximadamente o mesmo que o plasma do ambiente. À medida que a
frequência de plasma aumenta devido ao aquecimento, a freqüência de radiação
também é aumentada até que a freqüência de manutenção final é atingida. 










 

  
Inventores: 

  
Baixo; Ronald M. (Houston, TX)

 

  
Cessionário:

  
APTI, Inc.
  (Washington, DC)

 

  
Appl. n. º: 

  
07/049,881

 

  
Arquivado: 

  
14 De Maio de 1987

 











 

  
Classe atual dos EUA:

  
342/367 ; 342/5

 

  
Classe internacional atual: 

  
H04B 7/145 (20060101); H04B
  (007/00)

 

  
Campo de pesquisa: 

  
361/231 342/352,5,367 376/123,124 

 











 References Cited [Referenced By]










U.S. Patent Documents

 

 3133250May 1964Molmud
3174150January 1965Sferrazza et al.
3189901June 1965Cutolo
3300721January 1967Seaton
3445844May 1969Grossi et al.
3518670June 1970Miller
3882393May 1975Epstein
4035726July 1977Brice et al.
4686605August 1987Eastlund
4712155December 1987Eastlund et al.





Other References
   

Radio Science, vol. 15, No. 2, pp. 213-223, (4/80), "MST Radar at Poker Flat, Alaska", Balsley et al.. 


Primary Examiner:  Cangialosi; Salvatore

Attorney, Agent or Firm: Faulconer; Drude












Reclamações












O que é reivindicado é:

1. Um método de formar uma nuvem de ionização artificial numa altitude
acima da terra, dito Método compreendendo: 

iniciar o aquecimento do plasma residente a referida altitude
transmitindo radiação eletromagnética da terra à disse altitude em uma
freqüência inicial que é aproximadamente o mesmo que a frequência original do
referido plasma residente; e 

aumentando disse freqüência da radiação eletromagnética referida como
disse frequência dos aumentos de plasma residente disse, até que uma freqüência
de manutenção final é atingida, disse a freqüência de manutenção sendo t ou
acima da frequência de plasma necessária para fornecer um plasma com uma
densidade de elétrons susceptível de reflectir de comunicação ou como sinais
que entram em contacto com o plasma, disse. 

2. O método da reivindicação 1, incluindo: 

defocusing radiação eletromagnética disse isso apenas que a área central
do referido nuvem é inicialmente aquecido; e 

contratante o foco de radiação eletromagnética referido como a
frequência de radiação disse é ajustado até que toda a área do referido nuvem é
aquecida. 

3. O método da reivindicação 1, onde essa radiação eletromagnética é
transmitida por um sistema de antena única. 

4. O método da reivindicação 1 onde disse radiação eletromagnética é
transmitida por dois sistemas de antena espaçados de cada um do outro e
inclinado segundo o qual os feixes de radiação eletromagnética disse
transmitidos do referido sistemas irão interceptar mutuamente a referida
altitude. 

5. Uma frequência variável aquecimento método para formar uma nuvem de
ionização artificial numa altitude acima da terra, dito Método compreendendo: 

transmitir a forma de radiação eletromagnética da terra para disse
altitude em uma freqüência inicial que é aproximadamente o mesmo que a
freqüência original de plasma naturalmente presente a referida altitude; 

focando disse radiação eletromagnética para aquecer plasma disse, assim,
acelerar os elétrons livres aí, aumentando a frequência do referido plasma; 

Monitorando a frequência de plasma disse como ela aumenta; 

aumento da frequência de radiação eletromagnética referida como disse
frequência de plasma disse aumenta; 

continua a aumentar a referida freqüência da radiação eletromagnética
disse até um final desejada freqüência de manutenção é atingido; frequência
desejada final sendo igual ou superior a frequência de plasma necessária para
fornecer um plasma com uma densidade de elétrons susceptível de reflectir de
sinais de comunicação ou semelhantes, disse que entrar em contacto com o
referido plasma; 

e continuando a transmitir disse radiação electromagnética com
frequência final disse para manter a integridade da nuvem disse. 

6. O método da reivindicação 5 em que referida freqüência final é maior
que a freqüência de qualquer comunicação e/ou sinais de radar deverá ser
refletida por disse nuvem. 

7. O método da reivindicação 6 onde essa radiação eletromagnética é
inicialmente concentrou-se segundo a qual apenas a área central do referido
plasma é inicialmente aquecida. 

8. O método da reivindicação 7, incluindo: 

contratante o foco de radiação eletromagnética referido como a
frequência referida das radiações referida é aumentada através do qual toda a
área do referido nuvem é aquecida. 

9. O método da reivindicação 8, onde essa frequência de disse radiação
electromagnética é aumentado para corresponder aproximadamente disse frequência
cada vez maior de plasma disse. 

10. O método da reivindicação 9 onde essa radiação eletromagnética é
transmitida por um sistema de antena única. 

11. O método da reivindicação 9 onde disse radiação eletromagnética é
transmitida por dois sistemas de antena espaçados de cada um do outro e
inclinado segundo o qual os feixes de radiação eletromagnética disse
transmitidos do referido sistemas irão interceptar mutuamente a referida
altitude.










Descrição












DESCRIÇÃO 

1. Técnico campo 

A presente invenção se refere a um método para o estabelecimento de um
patch ou nuvem de ionização artificial acima da terra e, mais particularmente,
diz respeito a um método de formação de uma nuvem de ionização artificial por
aquecimento plasma com energia eletromagnética que é transmitida da superfície
da terra em uma variável, aumentando a frequência de ocorrência natural. 

2. Antecedentes Act 

Certos sistemas de radar e de comunicação operam por
"saltando" sinais transmitidos e/ou refletidos fora de ocorrência
natural camadas de ionização na ionosfera. Um conhecido sistema usando esta
técnica é "over-the-horizon" (OTH) radar. Saltando ou refletindo os
sinais fora de uma camada ionizada, os sinais podem realmente viajar
"over-the-horizon", melhorando substancialmente a aumentar o alcance
do sistema. 

No entanto, enquanto os sistemas OTH presentes são capazes de detectar
objetos a longa distância (por exemplo, ameaças estratégicas), eles não são
adequados para detectar "fechar-nos" objetos (por exemplo, mísseis a
1000 km ou menos). Um problema reside no facto de que, como o ângulo de feixe
do radar é aumentado de horizontal, a freqüência do feixe deve ser reduzida
para atingir a refração em uma incidência quase normal mais. Como essa
freqüência é reduzida, o ganho de sistema de antena é reduzido e o radar cross
seção diminui para pequeno fechar no objeto. Estes efeitos agem para definir um
intervalo mínimo para o sistema OTH. 

Um outro problema grave com os actuais sistemas OTH está relacionado com
o radar baixo secção transversal de pequenos alvos em OTH típico freqüências
operacionais. Esses objetos tendo pequenas seções cruzadas produzem um sinal
fraco retorno mesmo quando o objeto está dentro do intervalo do radar OTH desde
o sistema OTH normalmente é projetado para objetos tendo muito maiores seções
cruzadas, por exemplo, grandes aeronaves. 

Ainda outro problema encontrado por radares OTH presentes está
diretamente relacionado às condições instáveis na ionosfera que variam
amplamente dependendo da sazonal, diurno e/ou ciclos de manchas solares. Assim,
a frequência operacional dos actuais sistemas de radar OTH tem constantemente
ajustado para permitir diferentes condições ionosféricos que podem variar tanto
às vezes que o sistema OTH é processado inoperante. 

Várias técnicas têm sido propostas para superar algumas das deficiências
dos sistemas de radar OTH presentes. Uma técnica conhecida é divulgada no US
Pat. N. º 3.445.844 em que uma nuvem de ionização artificial é formada acima da
terra para servir como uma camada para redirecionamento de sinais de
comunicação. A nuvem é formada por "discriminação", ou seja, a
criação de um fluxo de elétrons livres (ou seja, plasma) em uma altitude
desejada concentrando energia eletromagnética para aquecer uma região
localizada ou área de alto nível. A energia eletromagnética aquece e acelerar
os elétrons no plasma residente num grau tal que a sua energia cinética atinge
o nível necessário para a ocorrência de radiação ionizante colisões. Dispersão
de uma nuvem assim formada tem lugar devido a descontinuidade entre esta zona
de ionização reforçada e o meio circundante. 

Uma nuvem formada de acordo com o método divulgado em US Pat. N. º
3.445.844 irá fornecer uma camada de boa reflexão para radares OTH e como
sistemas. No entanto, quando uma nuvem é formada pela desagregação como na
patente mencionada, a frequência de plasma da nuvem ajusta rapidamente a
freqüência odeia e desagregação é iniciada ao longo de toda a área da nuvem.
Por iniciar e formando a nuvem com radiação tendo a mesma frequência alta que
necessário para a manutenção contínua da nuvem uma vez formado, uma quantidade
substancial de energia é necessária, muito do que é refletido ou passa através
da nuvem, enquanto ele está sendo formado e, por conseguinte, é desperdiçado. 

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 

A própria construção, operação e vantagens aparentes desta invenção
serão melhor compreendidas, referindo-se aos desenhos em que como numerais
identificam como partes e em que: 

Fig. 1 é uma visão esquemática simplificada de um sistema para formar
uma nuvem de ionização artificial acima da terra para saltando sinais
over-the-horizon em conformidade com a presente invenção; e 

Fig. 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de transmissão de
radiação do feixe de cruzamento para formar uma nuvem de ionização artificial
em conformidade com a presente invenção. 

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO 

A presente invenção fornece um método para formar um patch ou nuvem de
ionização artificial numa altitude acima da terra em que não há quantidades
substanciais de energia são desperdiçadas em formar e manter a nuvem. 

Mais especificamente, a presente invenção fornece um método em que
aquecimento de freqüência variável é usado para formar uma nuvem de ionização
artificial. Isso é feito pelo aquecimento inicialmente o plasma residente a
altitude selecionada transmitindo radiação eletromagnética da terra com uma
frequência inicial que é aproximadamente a mesma freqüência que a frequência de
plasma ambient. Esta radiação, sendo a mesma freqüência que o plasma, vai ser
eficientemente absorvida com relativamente pouco sendo refletida do ou
atravessou o plasma do ambiente. A radiação aquece o plasma e acelera os
elétrons livres do plasma, aumentando a frequência de plasma. 

A freqüência do plasma é monitorada por radar ou similares e, à medida
que ela aumenta, a freqüência da radiação sendo transmitidos também aumentos,
preferencialmente de forma onde a freqüência de radiação continua a
corresponder substancialmente a freqüência cada vez maior de plasma. A
frequência de radiação é continuamente aumentada até que a freqüência de
manutenção final for atingida, momento em que, a transmissão da radiação
eletromagnética é continuou na freqüência final para manter a integridade da
nuvem. A frequência de plasma final (ou seja, a freqüência de manutenção) está
selecionada para que seja sempre maior que a freqüência de quaisquer sinais
(por exemplo, comunicações, radar) que se espera ser "saltado" fora
da nuvem depois que a nuvem é usada para sua finalidade. 

Para conservar a energia e reduzir a potência necessária para levar a
cabo esta invenção, a radiação inicial é fracamente focada para que apenas a
área central do plasma em dentro da nuvem são irá sofrer aquecimento inicial. O
foco da radiação é contratado como a frequência de radiação é aumentada até que
a nuvem de toda é aquecido pela radiação. A radiação pode ser transmitida por
um sistema de antena única ou por dois sistemas de antena espaçados
posicionados de modo que seus feixes se cruzam a referida altitude para, assim,
formar a nuvem. 

DESCRIÇÃO DE ENCARNAÇÕES PREFERIDAS 

Fig. 1 se refere mais especialmente os desenhos, é uma ilustração de
como a presente invenção é utilizada com um sistema de radar do
over-the-horizon (OTH). Uma nuvem 10 de ionização artificial é formada a uma
altitude acima da superfície da terra 11 transmitindo energia eletromagnética
12 de um sistema de antena 13. Um sistema de radar OTH 14 transmite e recebe
sinais 15 que reflectem-se fora nuvem 10 para detectar um alvo 16 que é
"over-the-horizon" como será entendido na arte. 

Em conformidade com a presente invenção, nuvem 10 é formado pelo
aquecimento de freqüência variável. O grau de ionização na ionosfera depende da
temperatura do elétron da energia média de elétrons livres; ou seja, plasma, a
uma altitude particular. A energia do elétron pode ser aumentada pela absorção
de radiação electromagnética incidente. Isso, por sua vez, aumenta o grau de
ionização (ou seja, o número de elétrons livres e íons por unidade de volume).
Quanto maior a densidade de elétrons de uma camada ionizada, quanto maior a
freqüência de ondas de rádio ou radar que pode ser refletida dessa camada de
comunicações ou de aplicações de radar. 

Para elevar a temperatura do elétron com eficiência, é necessário
irradiar a ionosfera ou próximo a freqüência do plasma que está naturalmente
presente à altitude de interesse. "Frequência de plasma" é definida
aproximadamente como a freqüência mais alta que será refletida de uma determinada
altura na ionosfera e esta frequência vai aumentar como os aumentos de
densidade de elétrons. No entanto, se a freqüência da radiação incidente usado
ao calor o plasma é muito maior ou menor do que a frequência de plasma uma
grande parte da radiação não será absorvida, mas será refletida ou passada
através do aquecimento de zona e será desperdiçado. 

No presente método, uma altitude de destino em que cloud 10 está a ser
formado é seleccionada e a freqüência do plasma natural é determinada pelo
controle radar ou similares. Aquecimento é iniciado por transmissão de radiação
electromagnética 12 do sistema de antena 13 com substancialmente a mesma
freqüência que a do plasma residente a altitude de destino. Radiação 12 é
absorvida eficientemente por plasma a altitude de destino que aumentar a
densidade de elétrons. o que, por sua vez, aumenta a freqüência da frequência
de plasma. À medida que aumenta a frequência de plasma, a frequência da
radiação 12 é aumentada para corresponder aproximadamente a freqüência cada vez
maior de plasma. Constantemente a freqüência cada vez maior de plasma de
controle e ajustando a frequência da radiação de aquecimento nesse sentido,
quase todos, se não todos, do poder sendo usado para aquecer os elétrons
ionosféricos é absorvido eficientemente para o plasma durante o ciclo de
aquecimento toda. Desta forma, a densidade de elétrons (grau de ionização) pode
ser aumentada para o nível desejado sem quaisquer resíduos substancial do poder
que, de outra forma, seria considerável. 

No presente método, o aquecimento inicial é realizado com a radiação 13
sendo amplamente focado para que a área central na nuvem 10 está sendo
aquecida. Como a frequência de plasma dentro da área de menor é aumentada, a
área foco de radiação 13 é contraída até que toda a área final da nuvem 10 está
sendo aquecida pela radiação 13. Isso minimiza o aquecimento inicial de
alimentação requisitos e resultados em uma nova redução substancial em geral
requisitos para formar nuvem 10 de potência. 

O sistema de antena 13 necessária para transmitir radiação 12 na
presente invenção pode ser de qualquer construção conhecida, com capacidades de
alta incapacidade directa; por exemplo, Multielementos, feixe espalhar ver tipo
de ângulo (O) US Pat. N. º 3.445.844 e o "RADAR MST no Poker Flat,
Ak.," Radio Science, Vol. 15, n. º 2, Março-Abril, 1980; PPS. 213-223,
ambos os quais são incorporados a adendo por referência. Uma antena phased
array gerando um feixe concentrado "orientável" pode ser montada em
um único site ou sistemas antena dois phased array 20, 21 (Fig. 2) podem ser
espaçados de cada um dos outros para gerar duas vigas coerentes 23, 24 da
radiação que cruzam entre si a altitude selecionada a forma nuvem 10a. 

Os parâmetros geométricos do feixe chave de um sistema de duas antenas
estão indicados na Figura 2. O feixe de radiação de cada antena é assumido a
divergir no plano azimutal (b) e a ser colimado no plano elevational (a). Esta
suposição é apropriada para uma nuvem de retrodifusão deve estar inclinada
cerca de 45 graus da horizontal. Para dispersão de frente, com nuvem 10a
diretamente sobrecarga ou ponto de uma antena, o feixe vai divergir em dois
planos e "b" seria usado para ambos antena. As seguintes relações
podem ser usadas para calcular os vários parâmetros do sistema da Fig. 2: EQU1
# # # # aprove: 

a = comprimento do lado da matriz de antena no plano elevational. 

. lambda.p=Wavelength de freqüência de radiação 

R = distância real da matriz para a nuvem 10a. # # EQU2 # # aprove: 

b = comprimento do lado da matriz de antena no plano azimutal 

W = largura da nuvem 10. oA # # EQU3 # 

S = distância entre matrizes. 

D = profundidade da nuvem 10a. 

Enquanto o tamanho e as características de uma nuvem particular 10 irão
variar dependendo de sua aplicação e as condições reais em que ela é formada, o
exemplo a seguir irá servir para melhor ilustrar a presente invenção. Uma nuvem
10 (Fig. 1) é formada a uma altitude de 90 quilômetros (km) e deve ter uma área
final de 1 km quadrados ou maiores com espessura de 3 a 10 metros. A densidade
de plasma residente a 90 km é normalmente da ordem de /cubic de 10.sup.6 cm. Um
quadrado, Multielementos antena sistema 13 de 100 metros de um lado, vigas
radiação eletromagnética 12 (ou seja, alimentação) em uma inicial ou iniciar
frequência dar início ao aquecimento do plasma residente. Antena 13 é focada
para que somente o plasma no centro da nuvem 10 inicialmente ser aquecida,
assim que requerem consideravelmente menos energia do que se a área inteira de
1 km quadrados da nuvem originalmente era aquecida. 

Uma vez que a frequência de plasma do plasma ambiente é aproximadamente
9 megahertz (MH.sub.z), cerca de 70 MW de potência será necessária. Como o
plasma aquece, a frequência o seu aumentado e é controlada por radar
groundbased. Como a freqüência do plasma aumenta, a freqüência de radiação 12 é
aumentada em conformidade até que uma freqüência de 15 MHz é atingida. O
requisito de energia neste momento será caíram para aproximadamente 27 MW. 

Neste momento, o foco da antena é contratado para cobrir um maior, se
não todos, a área da nuvem 10 e radiação 12 (ou seja, aquecimento) é aplicada
sobre toda a área. Devido à área de maior aquecimento, o requisito de energia
temporariamente aumenta para cerca de 33 MW mas rapidamente irá diminuir à medida
que a frequência de radiação continua a aumentar até que a freqüência de
manutenção final do MH.sub.z 300 é atingida. O requisito de energia para a
freqüência de manutenção final é aproximadamente 7 MW e densidade de elétrons e
plasma final será sobre 10.sup.9 /cubic cm. 

A integridade da nuvem 10 será mantida enquanto radiação 12 é
transmitida mesmo com a frequência de manutenção final. A freqüência de
manutenção final para qualquer nuvem particular é inter-relacionados para a
frequência do radar ou outro sinal de comunicação que é ser saltado fora dessa
nuvem. Ou seja, ele é geralmente preferencialmente ter a frequência de plasma
da nuvem substancialmente maior que a freqüência de radar. Isso garantirá um
elevado grau de reflexão para o radar. Além disso, irregularidades na densidade
de plasma podem formar na nuvem. Estes serão geralmente onda de cerca de um
aquecedor espaçados distante. Este espaçamento deve ser relativamente pequeno
em comparação com um comprimento de onda de radar para evitar a dispersão
excessiva do sinal de radar em direcções indesejáveis.