Способ воздействия на атмосферные явления

 

Изобретение относится к способам активного воздействия на атмосферные явления, связанные с образованием туманов, зарождением переохлажденных облаков, опасных с точки зрения возникновения града, а также смерчей (торнадо) и другими вихревыми явлениями в атмосфере. Способ основан на воздействии на указанные атмосферные процессы с помощью звуковых волн и реагентами засева. Звуковые волны генерируются при вибрационном режиме горения канальных твердотопливных активных элементов, движение которых в заданном направлении и по заданной траектории осуществляется за счет реактивной силы, создаваемой продуктами сгорания, истекающими с одной стороны канала. Кроме того, для усиления воздействия звуковых волн используют распыление реагентов засева при резонансных (для водяных капель) частотах. Изобретение позволяет достичь качественно новый уровень эффективности воздействия на атмосферные явления с целью ослабления их негативного влияния на хозяйственную деятельность человека, среду его обитания. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области активного воздействия на атмосферные явления, связанные с образованием туманов, зарождением переохлажденных облаков, опасных с точки зрения возникновения града, а также смерчей (торнадо) и другими вихревыми явлениями в атмосфере. Во всех перечисленных природных явлениях общим является зарождение и последующее накопление охлажденных водяных капель. При формировании смерча первоначально возникает область низкого давления в центре бури - так называемый "глаз". Здесь царит штиль. Над "глазом" формируется столб поднимающегося теплого, влажного воздуха. По мере того, как влажный воздух, закручиваясь, поднимается вверх и охлаждается, содержащиеся в нем водяные пары конденсируются в виде дождя. Наиболее сильные дожди и ветры возникают в непосредственной близости от "глаза" на расстоянии до нескольких километров (1).

Известны различные способы активного воздействия на рассматриваемые атмосферные явления с целью ослабления их негативного влияния на хозяйственную деятельность человека, среду его обитания.

Например, известны способы рассеивания туманов путем засева их льдообразующими ядрами, например, распылением генераторов реагентов засева с борта легкого самолета или автомобиля (3).

На градообразующие облака воздействуют с помощью противоградовых ракет, которые доставляют в облака генераторы реагентов засева - кристаллов иодистого серебра или частиц сухого льда (2)-(8).

Для ослабления воздействия смерчей используется способ засева облаков большим количеством льдообразующих ядер (9). С этой же целью предпринимались попытки создать в области формирования смерча второй "глаз", вызывая его зарождение путем засева активных реагентов - соли, льда или иодистого серебра (10).

Однако использование противоградовых ракет, распыляющих активные реагенты засева - кристаллы иодистого серебра или частицы сухого льда, для достижения большой эффективности подавления градовых процессов - довольно дорогостоящее мероприятие.

А при использовании противоградовых ракет для обеспечения эффективного воздействия на обширную область формирования смерча затраты многократно возрастают.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ воздействия на туманы звуковыми волнами, генерируемыми с помощью специальных установок, например сиренами, установленными на носу катера, и распыление реагентов (2). Звуки механической сирены усиливаются громкоговорителем и направляются прямо по курсу корабля, рассеивая туман на десятки метров, что помогает кораблям маневрировать и выходить из гавани, избегая столкновений. Однако очищение атмосферы от микрокапель влаги, основанное на резонансных явлениях между движением микрокапель влаги в акустическом поле и падающими на них звуковыми волнами, генерируемыми с помощью наземных установок, возможно только на небольших расстояниях. При этом оказывается достаточно трудным получить необходимую интенсивность звуковых волн.

Задачей изобретения является достижение качественно нового уровня эффективности воздействия на такие атмосферные явления, как туманы, градообразующие облака, грозы, ливневые дожди, смерчи и другие вихревые образования, с целью ослабления их негативного влияния.

Задача решается за счет того, что в известном способе воздействия на атмосферные явления, основанном на воздействии на указанные атмосферные процессы звуковыми волнами и реагентами засева, воздействие производят звуковыми волнами регулируемой частоты, генерируемыми при вибрационном режиме горения канальных твердотопливных активных элементов, движение которых осуществляют за счет реактивной силы, создаваемой продуктами сгорания, истекающими из канала элемента, а заданную траекторию полета и воздействие с максимальной интенсивностью в заданных областях атмосферы обеспечивают прикреплением к боковой поверхности активного элемента параллельно оси элемента вдоль его канала профилированных стабилизаторов. Кроме того, для усиления воздействия волн используют распыление реагентов засева при резонансных (для водяных капель) частотах.

Предлагаемый способ основан на генерировании мощного акустического излучения непосредственно в областях, где процессы, связанные с зарождением охлажденных водяных капель, надо ослабить или устранить. К этим областям относятся, например, воздушные коридоры в аэропортах, где из-за туманов невозможны взлет или посадка самолетов, градообразующие облака над посевами, которые могут быть уничтожены градом, а также участки зарождающегося смерча (торнадо) вне "глаза".

Мощное акустическое излучение, регулируемое по частоте и интенсивности звука и способное вызвать резонансные явления, генерируется в процессе горения цилиндрических твердотопливных активных элементов, имеющих центральный несквозной канал круглого сечения. Указанные активные элементы могут изготавливаться из неметаллизированных баллиститных порохов или смесевых ракетных топлив. Наружная цилиндрическая поверхность и головная часть твердотопливных активных элементов покрыты флегматизирующим составом, препятствующим горению. Причем твердотопливные активные элементы сгорают в вибрационном и/или пульсирующем режиме, в результате чего в полости центрального круглого канала элемента создаются интенсивные высокочастотные колебания давления, соответствующие различным акустическим модам полости канала заряда (продольным, тангенциальным или радиальным). Частоты колебаний могут изменяться в пределах от нескольких сотен герц до нескольких десятков килогерц. Амплитуды колебаний давления могут достигать от нескольких мегапаскалей до десятков мегапаскалей. Возникающие в полости канала активного элемента колебания давления излучаются в окружающее пространство через его открытый торец, генерируя звуковые волны высокой интенсивности. Характеристики генерируемых звуковых волн программируются размерами твердотопливных активных элементов и химическим составом используемого твердого ракетного топлива. В зависимости от поставленной задачи и, соответственно, конструкции активного элемента в полости его канала могут быть реализованы следующие режимы горения: 1 - вибрационный, 2 - пульсирующий, 3 - вибрационный и пульсирующий. Вибрационный режим горения активного элемента характеризуется появлением высокочастотных колебаний давления (порядка нескольких килогерц). Эти колебания имеют амплитуду, достигающую нескольких мегапаскалей, продолжительность колебаний порядка нескольких секунд.

При пульсирующем режиме горения активного элемента возникают колебания низкой частоты (менее герца), причем почти вся энергия (до 90%), выделившаяся при горении заряда, расходуется на эти колебания. Амплитуда колебаний составляет 2-3 МПа, а продолжительность колебаний до 150 и более секунд. Выбирая режим горения активного элемента, можно обеспечить выход акустической энергии как вблизи активного элемента (колебаниями высокой частоты), так и на большом удалении (до сотен метров) колебаниями низкой частоты.

Мощные звуковые волны от горящего активного элемента генерируются во время его полета. Движение активного элемента по заданной траектории происходит за счет тяги, создаваемой продуктами сгорания, истекающими, в основном, только из канала активного элемента.

Совместное использование твердотопливных активных элементов, генерирующих интенсивные звуковые волны, и устройств, генерирующих льдообразующие реагенты в виде аэрозолей, позволяет существенно усилить эффективность акустического воздействия на атмосферные процессы. Генераторы реагентов засева (льдообразующих реагентов), например емкости с порошком реагента, прикрепляются к твердотопливным активным элементам.

В данном случае воздействие реагентов будет происходить при резонансных (для капель) частотах, а не простым их распылением. Предлагаемый способ позволяет использовать те же реагенты и после воздействия звуковых волн. Воздействие реагентами засева при резонансных для водяных капель частотах обеспечивается широким спектром генерируемых активными элементами звуков, сопровождающими вибрационный режим горения. При этом резонансные частоты всегда оказываются внутри этого спектра.

Старт твердотопливных активных элементов может осуществляться как из одного, так и из нескольких пусковых стволов (пусковых труб), установленных на наземной пусковой установке. Причем старт активных элементов из группы пусковых стволов для большей эффективности воздействия может осуществляться синхронно или с заданной последовательностью, а требуемое число пусковых стволов определяется масштабами требуемого активного воздействия на атмосферные явления. Так, например, для подавления смерча число пусковых стволов может превышать 2000-3000. После вылета из пускового ствола твердотопливный активный элемент может лететь в заданном направлении на расстояние до нескольких километров. Для обеспечения требуемой скорости старта твердотопливных активных элементов может быть использован и минометный старт с использованием в качестве стартовой ступени пороховых аккумуляторов давления. Конструктивно активный элемент и пороховой аккумулятор давления могут сочленяться в единую сборку, но после окончания работы порохового аккумулятора давления его корпус будет оставаться в пусковом стволе.

Для воспламенения твердотопливного активного элемента может быть использована навеска дымного пороха, помещенная в переднюю часть канала, или электрическая спираль, соприкасающаяся с поверхностью активного элемента в его канале.

Подбором траектории движения активных элементов можно доставлять льдообразующие аэрозоли в зону наибольшей турбулентности градового облака, обеспечивая наибольшую эффективность воздействия, т.е. нейтрализовать опасность градового облака меньшим количеством аэрозоля. Для борьбы со смерчами активные элементы могут устанавливаться на предполагаемом пути их движения в различных местах. Использовать их надо в момент зарождения и развития смерчей с тем, чтобы появившийся за счет предполагаемого воздействия второй "глаз" соединился с центральным. Это позволит существенно ослабить смерчи.

Для обеспечения эффективной борьбы со смерчами необходимо выпускать десятки и сотни активных элементов весом до нескольких килограммов каждый и направлять их в определенные места в атмосфере. Принимая во внимание коллосальный ущерб от смерчей (торнадо) и многочисленные жертвы среди людей, в целом, применение предлагаемого способа можно считать оправданным.

При рассеивании туманов в аэропортах, морских гаванях и на пути следования судов, когда можно обойтись единичными пусками твердотопливных активных элементов небольшой массы (до 0,2 кг), экономический эффект будет максимальным по сравнению со всеми известными способами активного воздействия на туманы.

В отличие от известных противоградовых ракет предлагаемые движущиеся твердотопливные активные элементы имеют более простую конструкцию и дешевле при изготовлении. У них нет корпусов, сопел, для них не нужны системы посадки, так как они полностью сгорают за время полета. Стабилизация активных элементов в полете достигается с помощью профилированных стабилизаторов, укрепляемых на наружной боковой поверхности параллельно оси твердотопливного активного элемента вдоль его канала. Легкие профилированные стабилизаторы после сгорания активных элементов падают на землю, не нанося ущерба.

За счет большой интенсивности звуковых волн, генерируемых при вибрационном режиме горения активного элемента, обеспечивается более высокая эффективность воздействия на атмосферные процессы по сравнению с известными устройствами, предназначенными для генерации звуковых волн. Причем дальность действия известных устройств, обеспечивающих генерирование звуковых волн, как правило, незначительна. В то же время движущиеся твердотопливные активные элементы, генерирующие звуковые волны, обеспечивают воздействие на атмосферные процессы, связанные с коагуляцией водяных капель, на всей траектории их движения.

Источники информации.

1. Беттен Л.Дж. Погода в нашей жизни: пер. с англ., М., Мир, 1985 г. - 226 с. - (Глава 3. Атмосфера и погода. Грозы и торнадо. с. 41).

2. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. - Л., Гидрометиздат, 1973 г., 1990 г., с. 288.

3. Беттен Л. Дж. Погода в нашей жизни. Пер. с англ., М., Мир, 1985 г. (Глава 7. Изменение погоды. Рассеивание туманов в аэропортах. с. 97).

4. Беттен Л. Дж. Погода в нашей жизни. Пер. с анг., М., Мир, 1985 г. - (Глава 7 Изменение погоды. Борьба с градом. с. 99-100).

5. Силин Н.А., Сидоров А.И., Несмеянов П.А. и др. Пиротехнические составы и технические средства воздействия на облака. Сб. "Взрывчатые материалы и пиротехника", вып. 1-2, 1993 г.

6. Патент РФ N 2034230, МКИ 42 B 10/06, 10/38 "Противоградовая ракета". Заявлено 29.04.1991, опубл. 30.04.95. БИ N 12.

7. Эскизный проект. Автоматизированный ракетный комплекс нового поколения "Алан-Элия" для совершенствования системы противоградовой защиты. Пояснительная записка. Том. 3, ч.I. Ракета "Алан-2 1995 г.

8. Противоградовая ракета комплекса "Алан-Элия". Эскизный проект (дополнение). Пояснительная записка "Конструкция и основные параметры", П95.0000-000 П3. АО НПО "Искра", Пермь, 1995 г.

9. Беттен Л. Дж. Погода в нашей жизни. Пер. с англ., М., Мир, 1985 г. (Глава 7. Изменение погоды. Ослабление ураганов. с. 101.

10. Дорлинг Киндерсли. Наука, Энциклопедия, 1997 г., с. 258.

Формула изобретения

1. Способ воздействия на атмосферные явления, основанный на воздействии на атмосферные процессы звуковыми волнами и реагентами засева, отличающийся тем, что воздействие производят звуковыми волнами регулируемой частоты, генерируемыми при вибрационном режиме горения канальных твердотопливных активных элементов, движение которых осуществляют за счет реактивной силы, создаваемой продуктами сгорания, истекающими из канала элемента, а заданную траекторию полета и воздействие с максимальной интенсивностью в заданных областях атмосферы обеспечивают прикреплением к боковой поверхности активного элемента параллельно оси элемента, вдоль его канала профилированных стабилизаторов.

2. Способ воздействия на атмосферные явления по п.1, отличающийся тем, что для усиления воздействия звуковых волн используют распыление реагентов засева при резонансных (для водяных капель) частотах.