Исследование искусственной ионосферной турбулентности с помощью искусственного радиоизлучения ионосферы и эффекта стрикционного самовоздействия волны накачки

• Автор: Котов, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Введение

1. Вводная глава. Постановка проблемы

1.1. Искусственная турбулентность F-области ионосферы

1.1.1. Общие свойства

1.1.2. Начальная стадия воздействия - сгрикциоиная параметрическая неустойчивость

1.1.3. Промежуточная стадия воздействия

1.1.4. Генерация всрхнегибрндной турбулентности и мелкомасштабных неоднородностей

1.2. Искусственное радиоизлучение ионосферы

1.3. Ускорение электронов, оптическое свечение

1.3.1. Физические представления

1.4. Постановка проблемы

1.5. Приемно-передающая система стенда «Сура» '
2. Исследования условий возбуждения и характеристик ионосферной плазменной турбулентности на стадии развития стрикционной параметрической неустойчивости.

2.1. Основы теории стрикционной параметрической неустойчивости
2.2. Проведение эксперимента и обработка данных
2.3. Экспериментальные результаты
2.4. Обсуждение результатов
2.5. Заключение
3. Свойства стационарных спектров ИРИ при различных частотах воздействия..
3.1. Свойства основных спектральных компонент ИРИ
3.2. Морфология стационарных суектров ИРИ в широком диапазоне частот волны накачки
3.2.1. Главный спектральный максимум и его сателиты (“downshifted maximum”,

3.2.2. Положительный максимум (upshifted maximum, UM)
3.2.3. Широкополосная компонента (broad continuum, ВС)
3.2.4. Узкополосная компонента (narrow continuum, NC)
3.2.5. Широкий положительный максимум (broad upshifted maximum, BUM)
3.2.6. Широкая положительная структура (broad upshifted structure, BUS)
3.2.7. Выводы
3.3. Исследование спектров искусственного радиоизлучения ионосферы в экспериментах по свипированию частоты мощной радиоволны в области гармоник электронного циклотронного резонанса
3.3.1. Постановка эксперимента
3.3.2. Результаты экспериментов при вертикальном воздействии
3.3.3. Результаты экспериментов при наклонном воздействии
3.4. Обсуждение результатов
3.4.2. Поведение NC(, DM, 2DM и UM при проходе гирогармоники
3.4.3.Поведение компоненты BUM
3.4.4. Поведение ПРИ при наклонном воздействии
3.5. Выводы
4. Восстановление СПН после длительного нагрева ионосферы мощным КВ радиоизлучением
4.1. Методика и условия эксперимента
4.2. Результаз ы эксперимента
4.3. Обсуждение результатов
4.4. Заключение
Заключение
Введение.
Околоземная плазма, в частности ионосфера, представляет собой удобный объект для изучения турбулентности магнитоактивной плазмы, как в естественных условиях, так и при различных искусственных воздействиях (излучение радиоволн с Земли и космических аппаратов, инжекция пучков заряженных частиц и различных химических реагентов). Систематические исследования процессов нелинейного взаимодействия мощного коротковолнового радиоизлучения с ионосферной плазмой начали проводиться с 70-х гг. в СССР и США. В настоящее время экспериментальные исследования искусственной турбулентности ионосферы, возникающей в поле мощных КВ радиоволн, проводятся на нагревных стендах (радиокомплексах) «Сура» (ФГНУ НИРФИ, Россия), EISCAT (Тромсе, Норвегия), HAARP и HIP AS (Аляска, США), SPEAR на о. Шпицберген. Диагностика возмущенной области ионосферы осуществляется различными радиофизическими методами: с помощью ее зондирования и просвечивания радиоволнами КВ, УКВ и СВЧ диапазонов (пробные волны, ракурсное рассеяние, резонансное рассеяние, радары когерентного и некогерентного рассеяния), а также при измерениях излучения из возмущенной области в оптическом и радио диапазонах; ряд исследований был проведен при запусках геофизических ракет через возмущенную область. В экспериментах изучаются различные искусственные возмущения F-области ионосферы: структура пространственного и частотного спектра квазипотенциальных волн; пространственные спектры и динамика искусственных неоднородностей электронной концентрации различных масштабов; дополнительная ионизация и оптическое свечение, вызываемые электронами, ускоренными плазменными волнами; искусственное радиоизлучение ионосферы; проникновение искусственной турбулентности плазмы во внешнюю ионосферу и др. Теоретический анализ полученных данных позволяет развивать современные представления о физике плазмы, находящейся в высокочастотном электрическом поле, инициировал развитие теории тепловых параметрических явлений в столкновительной магнитоактивной плазме. Активно исследуются возможности и эффективность захвата верхнегибридных волн в мелкомасштабные неоднородности, вытянутые вдоль геомагнитного поля, различные режимы ускорения электронов ленгмюровскими и верхнегибридными волнами и т. д. Актуальность проблемы исследований определяется необходимостью более глубокого понимания природы естественных и антропогенных возмущений параметров околоземной среды, их влияния на
На эксперименте СПН проявляется, в первую очередь, в виде эффекта стрикционного самовоздействия ВН (ССВ ВН) - как быстрое (за несколько миллисекунд) уменьшение амплитуды отраженного от ионосферы сигнала ВН, - и сопровождается значительным увеличением интенсивности плазменных шумов вблизи уровня отражения мощного радиоизлучения.
Одни из первых измерений характеристик эффекта ССВ ВН выполненные в 1981 г. на нагревных стендах в Тромсе (Норвегия) [10] и "Зименки" (Горький) [27] показали хорошее соответствие экспериментальных данных и результатов теоретических расчетов [70-72]. Далее экспериментальные исследования эффекта ССВ были продолжены на стендах "Гиссар" [28] и "Сура" [74,75]. Развитие эффекта ССВ сопровождается значительным увеличением интенсивности ленгмюровских волн вблизи уровня отражения мощного радиоизлучения, регистрируемых с помощью радаров некогерентного рассеяния [3,33,76]. Ленгмюровские волны, в свою очередь, ответственны за генерацию электромагнитных волн — узкополосной компоненты искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ) [34,35,78]. Основная доля энергии этого излучения сосредоточена в узкой (до ~ 50 кГц) полосе отрицательных отстроек от частоты ВН. Измерения характерных времен развития и релаксации этой компоненты позволяют оценивать инкременты развития и декременты затухания ленгмюровских плазменных волн [34,35].
2.2. Проведение эксперимента и обработка данных.
Цикл измерений был проведён в мае 2001 г. на нагревном стенде «Сура» (Васильсурск, Нижегородская область) были проведены детальные экспериментальные исследования характеристик эффекта ССВ ВН в широком диапазоне частоту^ к 4.5-9 МГц в дневное и вечернее время суток (14 ч - 21 ч мск.), когда мощное радиоизлучение отражалось на высотах F - слоя ионосферы (А = 180 - 320 км). Высотные профили плотности ионосферной плазмы определялось с помощью ионограмм, которые снимались в автоматическом 15 минутном режиме с помощью импульсной ионосферной станции “Базис”. Максимальная мощность излучения передатчика стенда составляла 200 кВт, что с учетом коэффициента усиления антенно-фидерной системы соответствовало максимальной эффективной мощности излучения Рэфф и 15-30 МВт для используемых частот ВН. Длительность импульсов воздействия на ионосферную плазму варьировалась в пределах т„ = 20; 50 и 100 мс с большим периодом повторения 7j, = 2 с для исключения