Для улучшения радиосвязи
Рой микроспутников CubeSat. Фото: НАСА
Многим радиолюбителям известно, что ночью приём радиосигнала гораздо лучше, чем днём. После захода Солнца можно принять чистый звук от тех радиостанций, которые вообще не принимаются днём. Даже от тех, которые находятся за сотни километров.
Причина феномена в том, что ночью короткие волны способны лучше отражаться от ионосферы — верхнего слоя атмосферы, сильно ионизированного из-за облучения Солнцем. Если дальность устойчивой связи в условиях прямой видимости составляет 70 км, то ионосфера работает как своеобразный усилитель сигнала, значительно увеличивая расстояние.
Ионосфера начинается на высоте примерно 60 км, она состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N2 и кислорода О2) и квазинейтральной плазмы, в которой число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных.
Ночью плотность ионосферы увеличивается, чем и объясняется лучшее качество приёма сигнала радиостанций. Но почему бы не попытаться достигнуть такого эффекта днём, если это необходимо для военных и гражданских целей?
Именно такая идея пришла инженерам из Военно-воздушного сил США. Сейчас они разрабатывают планы плазменной бомбардировки верхних слоёв атмосферы Земли микроспутниками CubeSat.
Спутники должны ионизировать атмосферу, улучшая плотность ионосферы и её отражающие свойства.
Вообще говоря, это уже не первая попытка улучшить отражающие качества ионосферы, чтобы увеличить дальность действия радиолокаторов и радиокоммуникации, пишет New Scientist. Такая попытка предпринималась в рамках программы HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program) — «Программы исследования полярных сияний высокочастотным воздействием». Проект был запущен весной 1997 года на Аляске, где соорудили решётку антенн, радар некогерентного излучения с антенной двадцатиметрового диаметра, лазерные локаторы, магнитометры, компьютеры для обработки сигналов и управления антенным полем. Весь комплекс питала мощная газовая электростанция и шесть дизель-генераторов.
Антенное поле Программы исследования полярных сияний высокочастотным воздействием на Аляске — первой попытки повлиять на ионосферу Земли. Фото: U.S. Air Force/2nd Lt. J. Elaine Hunnicutt
По всей видимости, проект оказался не очень удачным. В мае 2014 года представитель ВВС США Дэвид Уолкер заявил, что командование больше не собирается поддерживать установку. Станцию было решено окончательно закрыть, а инженерам поручили в дальнейшем разрабатывать другие пути стимулирования ионосферы.
Бомбардировка микроспутниками — один из таких новых вариантов.
Крошечные 10-сантиметровые кубические микроспутники CubeSat могут быть разбросаны на высоте 60 км в больших количествах. Они способны выпускать большое количество ионизированного газа (плазмы) прямо в ионосферу.
Такая плазменная заслона, по мнению ВВС США, может быть использована не только для повышения дальности радиосвязи, но и для блокировки сигнала от иностранных спутников (такую возможность предполагается изучить), а также для снижения негативного влияния солнечного ветра (это вообще полуфантастический вариант).
У плана американских инженеров есть как минимум две технологические проблемы. Во-первых, как вместить генератор плазмы в миниатюрный объём спутника размером 10х10х10 см. Во-вторых, как контролировать выброс плазмы.
Для решения этих технических проблем ВВС США выделило гранты трём частным компаниям. Из предложенных вариантов будет выбрано лучшее решение. Его проверят сначала в вакуумной камере, а потом во время исследовательской космической миссии, прежде чем будет принято решение о массовой бомбардировке ионосферы такими спутниками.
Компания General Sciences с исследователями из Дрексельского университета (Филадельфия) работает над методом химической реакции, с помощью которой можно разогреть металл до температуры кипения. Испарения металла будут реагировать с атмосферным кислородом и ионизировать газ.
Компания Enig Associates совместно с физиками из Мэрилендского университета предлагает более радикальный подход, хотя базовая концепция такая же. Но они хотят быстро разогревать металл с помощью детонации маленькой бомбы, превращая энергию взрыва в электрическую энергию. В этом случае можно управлять формой облаков ионизированного газа, управляя направлением взрыва.
Пока что проекты находятся на очень ранней экспериментальной стадии. Фактически, мы делаем только первые шаги в изучении применения рукотворной плазмы для модификации земной ионосферы. Независимые учёные говорят, что будет исключительно сложной задачей уместить достаточно мощный источник энергии в такой маленький объём спутника, чтобы сгенерировать достаточное количество ионизированного газа. Трудности, которые стоят перед исследователями, могут оказаться непреодолимыми.
Учёные также сомневаются, что микроспутники способны как-то снизить влияние солнечного ветра, который обдувает всю Землю целиком. Это можно сравнить с попыткой остановить морской шторм отдельными защитными блоками.
В любом случае, это очень интересная попытка как-то повлиять на природу.
Комментарии (28)
azsx
10.08.2016 01:56Не будут ли микроспутники мешать выводу на орбиту других ракет? Логично, что для того, чтобы прекратить космическую войну достаточно раскидать на орбите сотню килограмм шарикоподшипников.
Hayate
10.08.2016 09:55В 2009 полторы тонны раскидали, и никому это не мешает запускать ракеты и спутники.
foxmuldercp
10.08.2016 10:09А почитать можно?
Hayate
10.08.2016 10:11+1https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2_%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81-2251_%D0%B8_Iridium_33
Иридиум 600 кило, Космос 900 кило.azsx
10.08.2016 10:38Как вывод надо сразу давать разгон и менять орбиты.
Да, видимо на орбитах 350 — 850 км 600 обломков это «капля в море».Hayate
10.08.2016 10:41+1Ну 600 это крупных, мелких намного больше. Но при их скоростях и таких хватит.
А про изменение орбиты шариков при разбрасывании — в плане топлива это невероятно накладно будет. В том числе поэтому все проекты сбора космического мусора мне кажутся просто очень далёкими от жизни концептами.
betrachtung
11.08.2016 07:48Поэтому надо не менять орбиты аппарату, разбрасывающему шарики, а попросту стрелять ими из некоего орудия на этом аппарате. Это будет гораздо проще.
Hayate
11.08.2016 08:01Проще, но всё равно не супер. Нужен заряд, чтобы метать шарики, это тоже топливо. Разве что самим кораблём ворочать не надо. Да и скорость тоже не ахти, пушка стоявшая на салюте имела скорость снаряда всего 700 м/с. Кто может посчитать какое облако получится после такого? Да и сильно много шариков так не настрелять.
mtivkov
10.08.2016 14:58Предположим, мы останавливаем запуск спутников, создав облако, летающее на низкой орбите над космодромом. Тогда оно должно иметь форму ленты вокруг планеты, иначе спутник можно будет запустить через "разрыв" в нем.
На высоте 100 км надо брать ширину ленты не менее 50 км, примерно так?
Лента шириной 50 км длиной примерно 40 000 км, т.е. площадью 2 млн квадратных км, и на каждый квадратный метр положить по 0,01 грамм подшипников, то это будет 20 000 тонн.
Я не ошибся в подсчетах?
Ширины 50 км хватит?
0,01 грамм/кв.метр это не слишком жидковато выйдет?
Fenyx_dml
10.08.2016 22:49Не знаю по какому разумению вы выбрали 0.01г. Я бы рассчитывал исходя из того, чтобы в среднем каждую секунду (3-5 как вариант) через каждую элементарную полоску (от 10 до 100 метров думаю, чтобы прорех существенных не было) пролетал достаточно крупный шарик, чтобы пробить корпус бака или полезной нагрузки и вызвать критические повреждения. Получается таких полосок от 500 до 5000. При периоде обращения 86 минут (у МКС 92 минуты) или 5194 секунд, соответственно, в каждой полосе должно быть от 1 тыс до 5 тыс шариков. Перемножаем, получаем минимум от 500 тыс до 25 миллионов шариков. При массе снаряда, допустим, как у пули калибра 5.45 (3,6г) получаем минимальный вес 1800кг, максимальный 90 тонн. Какие 20 тыс тонн? Ну, их, конечно, нужно достаточно равномерно рассеять, но это уже другая задача…
mtivkov
11.08.2016 12:03Пересчитал еще раз.
Для 100% поражения — поперек ленты расстояние между шариками нужно 5 м — по диаметру ракеты, вдоль ленты 100м — такая у меня получилась расчетная величина для гарантии удара по ракете длиной 50м.
Итого 1 шарик на 500 кв.м.
При весе шарика 1 грамм — плотность ленты = 0,002 г/м2 = 2 кг/кв.км.
Для получения ленты такой плотности шириной 50 км на высоте 100 км над космодромом — нужно 4тыс. тонн, запущенных против вращения Земли.
Хотите — можно и меньше — шарики легче, расстояние между ними больше. Но и вероятность поражения будет ниже.
Ок.
Но на этом хорошие новости для злодеев заканчиваются.
Теперь плохие: чтобы так накрыть космодром, надо ракету с шариками запускать по траектории над ним, и некоторое время разбрасывать шарики, распределяя их по орбите. Силы добра будут этим очень недовольны и могут успеть принять меры, может даже запустив несколько небольших ракет из шахтных установок, подводных лодок, машин либо самолетов. И задача у этих ракет будет — на 1-м витке упасть куда надо.
Вторая плохая новость — о достаточности ширины ленты шариков равной 50 км.
А что если вывести ракету на временную орбиту, которая чуть ниже ленты шариков, и при том имеет другое наклонение? Тогда можно выбрать момент, когда "над головой" у ракеты не будет ленты шариков и спокойно перейти на более высокую орбиту.
Чтобы этого не допустить, надо над космодромом запустить несколько широких лент шариков, погуще перекрыв все полезные направления запуска ракет.
Но это можно сделать только запуская ракеты с шариками с этого же космодрома, либо из противоположной точки на поверхности Земли...
Hayate
10.08.2016 09:18+1Новый простор для конспирологов. На харпе они будь здоров развернулись, а тут вообще у бедолаг крыша поедет.
dimonalek
10.08.2016 09:52+3У конспирологов она, по-моему, на место никогда не становилась. Но вы правы, Микроспутники с наноботами, от смены погоды до распыления зомбивеществ.
tormozedison
10.08.2016 10:00+4«ночью приём радиосигнала гораздо лучше, чем днём»
Зависит от диапазона
80 метров — именно так.
40 метров — круглые сутки одинаково.
20 метров — наоборот.
Cobolorum
10.08.2016 10:53+7Цитата "… Если дальность устойчивой связи в условиях прямой видимости составляет 70 км, то ионосфера работает как своеобразный усилитель сигнала, значительно увеличивая расстояние"
Физику что ли в школе не изучали? Ионосфера не усилитель, а зеркало/отражатель электромагнитных волн!
Raegdan
11.08.2016 02:48Да. Дополнительное пояснение для возможно читающих это неспециалистов: длина волны у КВ слишком маленькая, чтобы огибать горизонт. В масштабах планеты движение КВ-излучения можно считать прямолинейным. Однако при наличии ионосферы сигнал прыгает прямолинейными зигзагами «земля-небо-земля-небо-земля-...» и таким образом лихо ускакивает за горизонт. При удачном состоянии ионосферы может и кругосветное пропрыгать.
agzamovr
10.08.2016 12:08+1В 60-е годы в США MIT проводил еще более амбициозный проект «Вестфорд» по созданию искусственной ионосферы земли. С третьего раза у них почти все получилось, но потом проект закрыли. Тут еще немного об этом эксперименте.
jaiprakash
10.08.2016 12:22+1Не знаю, что из этого выйдет, но звучит как заголовок завязки из сценария фильма-катастрофы)
sleeply4cat
Не будет ли это мешать спутниковой связи?
SHVV
Это не баг, это — фича.
grims
Конечно будет, радиоволна от/на ИСЗ должна пройти ионосферу, а не отразиться от нее.