Результат интеллектуальной деятельности: Способ инициирования молниевых разрядов в грозовых облаках

Изобретение относится к сфере активных воздействий на грозовые облака с целью регулирования осадкообразования и электрического состояния атмосферы в зонах повышенного риска (космодромы, атомные станции, авиалинии и т.д.), где требуется специальная защита от молниевых разрядов.

Известны различные способы инициирования молниевых разрядов с облаков на землю: с помощью ракет, тянущих за собой заземленные проводники различной длины от 100 м до 1100 м; путем подрыва 100 мм артиллерийских снарядов, для получения проводящих, ионизированных каналов в заданной области облака [1], а также создания плазменных каналов для инициирования молниевых разрядов из грозовых облаков на землю с использованием бескорпусных ракетных двигателей, тянущих за собой токопроводящую длинную нить небольшого диаметра [2].

Известным методам присущи определенные недостатки, заключающиеся в том, что одним из критериев принятия решения об инициировании молнии является значение величины напряженности электрического поля, измеренное у поверхности земли, в точке запуска ракеты, которое только косвенным образом отражает предразрядное состояние переохлажденной части облака на высотах 4-8 км, где выше вероятность инициирования молнии внутри облака и в его окрестностях. Также, за исключением артиллерийского метода, не учитывается и то, что поднимаясь вверх после того, как двигатель отработал, ракета, двигаясь по инерции, замедляется, и вокруг проводящей нити успевает образоваться объемный заряд, который понижает эффективность инициирования молниевого разряда.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ активных воздействий на грозоградовые процессы, включающий засев кристаллическими реагентами области зарождения града, с последующим внесением в эту область с помощью ракет или снарядов молниевых разрядников в виде отдельных, развернутых и ориентировано падающих электрических проводов [3], ПРОТОТИП.

В известном способе при воздействии на грозоградовые облака с помощью ракет типа «Алазань», в зону зарождения градовых осадков вносят реагент (AgI) и одновременно с помощью ракет, либо других средств доставки, над областью засева сбрасывают электрические разрядники, каждый из которых представляет собой токопроводящий шнур, прикрепленный с одной стороны к грузику, а с другой - к парашюту. Под действием грузика и парашюта молниевые разрядники разворачиваются и ориентировано падают вниз.

Недостатки известного способа является то, что при малых скоростях движения молниевых разрядников в грозовом облаке, как и в случаях [1] и [2], вокруг проводника успевает образоваться объемный заряд, который противодействует инициирования молниевого разряда. Данный факт подтвержден экспериментально Юманом М.А., и подробно описан в работе [4]. Экспериментальными исследованиями показано, что искровой разряд может произойти при быстром внесении проводника в электрическое поле, тогда как наличие неподвижного проводника в искровом промежутке к образованию искрового разряда не приводит. Это обусловлено тем, что коронный разряд вокруг неподвижного проводника действует как экран, в результате чего сильные электрические поля, необходимые для инициирования молнии, не формируются.

Указанный недостаток существенно снижает эффективность инициирование молний в грозовых облаках.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение эффективности инициирование молний в грозовых облаках путем скоростного отстрела молниевых разрядников в зону формирования молниевых разрядов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе инициирования молниевых разрядов в грозовых облаках с внесением в нее с помощью летательных аппаратов (ракет или снарядов) молниевых разрядников в виде отдельных, развернутых и ориентировано движущихся в облачной среде электрических проводов, согласно предлагаемому способу предварительно, путем радиолокационного зондирования грозового облака, в нем выделяют зону формирования молниевых разрядов, ограниченную по внешнему контуру радиолокационной отражаемостью 40 dBz, расположенную между температурными уровнями от - 5 до - 30°C, куда затем, в направлении центральной ее части, запускают летательный аппарат, при движении которого по траектории полета с помощью бортовых приборов измеряют напряженность электрического поля и, при вхождении летательного аппарата в зону облачной среды, напряженностью электрического поля 3 кВ/см и выше, из нее осуществляют отстрел молниевых разрядников в облачную среду со скоростью 60 метров в секунду и выше.

При воздействии на грозовое облако предлагаемым способом, вокруг проводника (разрядника) не успевает сформироваться объемный заряда, за счет скоростного отстрела молниевых разрядников в зону формирования молниевых разрядов, что позволяет повысить эффективность инициирования искусственных молний в грозовых облаках.

На рисунке (Фиг. 1) схематично показано вертикальное сечение грозового облака; на рисунке (Фиг. 2) устройство молниевого разрядника.

На рисунках приняты следующие обозначения:

1 - грозовое облако; 2 - зона формирования молниевых разрядов, ограниченная по внешнему контуру радиолокационной отражаемостью 40 dBz; 3 - активная зона электрического поля в грозовом облаке, ограниченная по внешнему контуру пороговым уровнем напряженности 3 кВ/см; 4 - условный центр зоны формирования молниевых разрядов; 5 - метеорадиолокатор; 6 - ракетный пункт воздействия на грозовое облако; 7 - летательный аппарат (ракета); 8 - молниевый разрядник в виде металлического провода; 9 - головная капсула молниевого разрядника; 10 - стабилизатор молниевого разрядника; t₁ и t₂ - соответственно, нижний и верхний температурный пороговый уровень грозового облака. Согласно принятым условиям: t₁=- 5°C; t₂=- 30°C.

Предлагаемый способ реализуется на практике следующим образом:

Путем радиолокационного зондирования грозового облака 1, в нем выделяют зону формирования молниевых разрядов 2, ограниченную по внешнему контуру радиолокационной отражаемостью 40 dBz. Затем определяют расстояние до условного центра зоны формирования молниевых разрядов 4 с помощью метеорадиолокатора 5, и угловые координаты для запуска в эту зону ракет с близлежащего ракетного пункта воздействия 6. После этого, с учетом измеренных параметров, в данную зону 2 с пункта воздействия 6 осуществляют запуск ракеты 7, в головной части которой размещен прибор для измерения напряженности электрического поля, сопряженный с устройством, отстреливающим в атмосферу молниевые разрядники 8 (прибор и отстреливающее устройство на рисунках не показаны). При движении ракеты 7 в зоне формирования молниевых разрядов 2, непрерывно измеряется напряженность электрического поля и, при вхождении ракеты 7 в активную зону грозового облака 3, напряженностью электрического поля 3 кВ/см и выше, срабатывает прибор для измерения напряженности электрического поля, и начинается последовательный отстрел молниевых разрядников 8 в облачную среду из головной части ракеты 7. Для исключения образования объемного заряда вокруг молниевого разрядника 8, противодействующего инициированию молниевого разряда в облаке, отстрел разрядников в атмосферу осуществляется со скоростью 60 метров в секунду и выше.

Для обеспечения ориентированного движения молниевого разрядника в облачной среде он содержит головную капсулу 9, тянущую в полете за собой провод и аэродинамический стабилизатор 10 (Фиг. 2), позволяющий при выстреле удерживать провод в натянутом состоянии по линии движения капсулы 9 в атмосфере. Молниевый разрядник 8 выполнен в виде металлического провода, диаметром 0,5-1,0 мм, и длиной не менее 60 м. Данные параметры разрядника, и принятая скорость его движения в зоне формирования молниевых разрядов, являются эффективными и достаточными для успешного инициирования молниевых разрядов в грозовом облаке.

Предлагаемый способ может быть использован в сфере активных воздействий на грозовые и грозоградовые облака с целью регулирования осадкообразования и электрического состояния атмосферы в зонах повышенного риска (космодромы, атомные станции, авиалинии и т.д.), где требуется специальная защита от молниевых разрядов.

Литература

1. Бейтуганов М.Н. Метод предотвращения града инициированием искусственных молний. V-ая Российская крнференция по атмосферному электричеству. Г. Владимир, 2003, с. 2004-2007.

2. Пивкин А.Н., Бейтуганов М.Н., Чочаев Х.Х., Машуков Х.Х. Использование бескорпусных ракетных двигателей для воздействия на атмосферные процессы. Доклады Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. Г. Нальчик, 2017, часть 1, с. 328-335.

3. Патент РФ №2571349, МПК. A01G 15/00, 2015. ПРОТОТИП.

4. Юман М.А. Естественная и искусственно инициированная молния и стандарты на молниезащиту. Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, перевод с английского, 1988, том 76, №12, с. 5-26.