СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ГРАДОБИТИЙ Российский патент 1997 года по МПК A01G15/00 

Предлагаемое изобретение относится к способам активного воздействия, посредством внесения активного реагента, на атмосферные явления, а именно к способам защиты от градобитий, и предназначено для осуществления поиска и обнаружения градоопасных метеообразований, установления объектов воздействия, доставки активного реагента в зону воздействия пусками противоградных реактивных снарядов, и контроля результатов воздействия.

Объект изобретения представляет собой способ автоматизированной противоградовой борьбы и сможет найти широкое применение при борьбе с градоопасными метеообразованиями и активного воздействия на другие гидрометеорологические процессы.

Из известных к настоящему времени ряда способов борьбы с градовыми процессами наиболее широкое распространение получили способы, основанные на создании в облаке, путем внесения в него активного реагента, искусственных зародышей града, конкурирующих с естественными за переохлажденную капельно-жидкую воду в облаке или на стимулировании коагуляционных процессов в теплой части облака с последующей кристаллизацией крупных облачных капель.

Для реализации указанных способов борьбы с градоопасными метеобразованиями в настоящее время определенное распространение нашел самолетный способ (см. например, книгу Бибилашвили Н.Ш. Бурцева И.И. Серегина Ю.А. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Л. Гидрометеоиздат, 1981, с. 8), принятый за аналог. При использовании этого способа с самолета противоградовой службы (например, ЯК-40), при его пролете над вершиной или под основаниями облака, осуществляют пуски размещенных на нем пиропатронов (например, ПВ-26 или ПВ-50), посредством которых активный реагент вносится в облако. Указанный самолетный способ борьбы с градобитиями решает задачу по внесению активного реагента во вновь образованные и развивающиеся градоопасные ячейки или в область восходящих потоков. Описанный способ (обеспечивающий эффективность противоградных работ на уровне 40% 45%) нашел применение, в основном в ситуациях, когда величина затрат, связанных с проведением противоградовых работ, не является решающим фактором или когда значительно меньше потерь, связанных с приостановкой основной деятельности на защищаемой территории или когда такая приостановка невозможна, преимущественно в зонах интенсивного воздушного движения, например, в районах крупных аэропортов. Достоинством самолетного способа является возможность его применения без остановки воздушного движения над защищаемой территорией, а недостатками невысокая оперативность засева, значительные потери активного реагента в процессе его транспортировки воздушными потоками в зоны, где происходит непосредственное зарождение и рост града, а также высокая стоимость использования авиации (один самолеточас почти $ 500).

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка способа борьбы с градобитиями, используемого преимущественно только в ситуациях, когда величина затрат, связанных с проведением противоградовых работ, не является решающим фактором, например, в зонах интенсивного воздушного движения. Общими признаками с предлагаемым авторами способом является использование в способе аналоге для доставки активного реагента к площадке засева пусков протиградовых пиропатронов (ракет), выделяющих в зоне площадки засева активный реагент.

Гораздо более оптимальным и эффективным для большинства защищаемых территорий являлся бы способ, обеспечивающий наибольшую оперативность засева, засев зон, непосредственно ответственных за зарождение и рост града, а также исключение потерь времени и реагента при его транспортировке. К таким способам относятся способы борьбы с градобитиями, засев активным реагентом в которых осуществляется стрельбой артиллерийскими снарядами или пусками реактивных снарядов (ракет). Такие способы обеспечивают эффективность противоградовых работ на уровне 80 90%
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к заявляемому способу является способ борьбы с градобитиями, описанный в "Методических указаниях по применению противоградового комплекса "Кристалл" для активных воздействий на гидрометеорологические процессы", М. Т. Абшаев, Б.А. Клигер, Л. Гидрометеоиздат, 1989, с. 6, принятый авторами за прототип.

Указанный способ включает операции обнаружения градового облака, определения параметров площадки засева активным реагентом и углов наведения пусковой установки с реактивными снарядами, наведение пусковой установки, доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов и выделение ими в зоне площадки засева активного реагента.

Проведение противоградовых работ по данному способу осуществляется следующим образом. По данным радиолокационной обстановки, получаемым радиолокатором, находящимся на командном пункте противоградового отряда, обнаруживают градовые облака и определяют параметры площадки их засева активным реагентом, по которым вырабатывают углы наведения пусковых установок для каждого из назначенных для проведения данного активного воздействия пунктов воздействия и передают команды на проведение противоградовых стрельб, соответствующим пунктам воздействия. По поступлении команды расчет пункта воздействия выставляет заданные вертикальный и горизонтальный углы наведения направляющих пусковой установки и производит запуск первой ракеты, после чего осуществляет перенаведение пусковой установки по азимуту с постоянным шагом 6^o и производит запуск второй ракеты, после чего цикл повторяется до пуска заданного количества ракет. Пусками ракет осуществляют доставку активного реагента к площадке засева, в зоне которой, по истечении фиксированного времени с момента запуска ракеты, осуществляют выделение реагента.

Многолетний опыт противоградовых работ показал необходимость больших расходов противоградовых ракет на проведение активных воздействий (по данным научно-производственного центра "Антиград" Роскомгидромета, за 1981 1990 годы среднегодовой расход составлял более 187500 противоградовых ракет), что вызвано, помимо действия чисто природных, действием следующих факторов:
1. Невозможностью перемещения стационарной огневой позиции навстречу градоопасному облаку или в иную плоскость относительно направления его движения после обнаружения. За время подхода градоопасного облака к огневой позиции на дистанцию стрельбы, объекты воздействия, обнаруженные в стадиях "потенциально градоопасные" и "градоопасные", могут развиваться (и развиваются) в "градовые" и "сверхмощные градовые" и произвести градобития, в том числе "катастрофические". Невозможность изменения основного направления стрельбы по отношению к направлению движения градоопасного облака приводит, при определенных секторах обстрела, к попаданию активного реагента в такие зоны облака, где его внесение вместо уменьшения градообразования, вызывает увеличение градовой деятельности. Описанные процессы значительно повышают расход ракет на противоградовую борьбу, и, в ряде случаев, снижают эффективность этой борьбы до нуля.

2. Рассчитанный наряд средств превышает физически оптимальный из-за ошибок места введения активного реагента по отношению к рассчитанной зоне засева за счет фиксированных момента начала распыления реагента и угла возвышения пусковой установки, а также постоянства изменения азимутального угла пусковой установки во время воздействия, не учитывающих изменение параметров движения градовых облаков за время реакции (время между моментами обнаружения градового облака и сходом первой ракеты) и воздействия.

Описанные явления значительно снижают эффективность стрельбы противоградовых ракет, что и вызывает необходимость расходования столь больших их количеств, приводящих к значительным материальным затратам на противоградовую защиту.

Способ борьбы с градобитиями, принятый за прототип, решает задачу противоградовой защиты, в основном сельскохозяйственных производств, уменьшая определенным образом потери времени и реагента при его транспортировке, без предъявления требований по повышению оперативности и эффективности засева.

Общими признаками с предлагаемыми авторами способом являются обнаружение метеорологическим радиолокатором градового облака, определение параметров площадки засева активным реагентом и углов наведения пусковой установки с реактивными снарядами, наведение пусковой установки, доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов и выделение ими в зоне площадки засева активного реагента.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами способе борьбы с градобитиями после определения параметров площадки засева устанавливают оптимальный ракурс ее обстрела и пусковую установку преимущественно перемещают в плоскость ракурса оптимального обстрела, составляющую, например, с направлением перемещения градового облака угол 90^o ± 45^o, а углы наведения пусковой установки определяют для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов и дополнительно рассчитывают время начала выделения активного реагента для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов по зависимостям:

после чего время начала внесения активного реагента вводят в бортовую аппаратуру каждого реактивного снаряда, а доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов осуществляют с интервалами, кратными периоду обновления данных по параметрам площадки засева, при этом в промежутках между пусками производят донаведение пусковой установки на угол возвышения (θ_пуi) и азимутальный угол (α_пуi) для пуска следующего реактивного снаряда из числа намеченных к пуску, а выделение активного реагента каждым реактивным снарядом начинают по истечении введенного в его бортовую аппаратуру времени начала выделения активного реагента (Т_рi;
где θ_пуi угол возвышения пусковой установки для пуска i-го реактивного снаряда;
α_пуi азимутальный угол наведения пусковой установки для пуска i-го реактивного снаряда;
T_рi время начала выделения реагента i-ым реактивным снарядом, отсчитываемое с момента его пуска;
θ_i угол места точки входа i-го реактивного снаряда в площадку засева, определяемый по данным метеорологического радиолокатора;
α_i азимутальный угол точки входа i-го реактивного снаряда в площадку засева, определяемый по данным метеорологического радиолокатора;
скорости изменения угла места и азимутального угла (соответственно) точки входа i-го реактивного снаряда в площадку засева, определяемые по данным метеорологического радиолокатора;
Y высота площадки засева;
ΔR_в,ΔR_г расстояние между осями вертикального и горизонтального(cоответственно) наведения пусковой установки и антенны метеорологического радиолокатора;
К_в, К_г коэффициенты чувствительности по углу места и азимутальному углу (соответственно), к смещению точки стояния метеорологического радиолокатора;
F целевая функция перехода, описывающая процесс интегрирования дифференциальных уравнений движения реактивного снаряда при полете до заданной высоты "Y" с учетом метеусловий стрельбы.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом. Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей изобретения является создание способа защиты от градобитий, обеспечивающего за счет выделения активного реагента непосредственно в зону засева более высокую эффективность противоградовых работ при существенном снижении расхода ракет на противоградовую борьбу.

Наличие в предлагаемом способе совокупности действий, порядка их выполнения во времени и условиями (параметрами), обеспечивающими возможность выполнения этих действий, позволяет частности за счет:
установления ракурса оптимального обстрела исключить случаи попадания активного реагента в такие зоны облака, где его внесение вместо уменьшения градообразования вызывает увеличение градовой деятельности;
перемещения пусковой установки в плоскость ракурса оптимального обстрела уменьшить время реакции на проведение воздействия, ограничив тем самым возможности развития градоопасных облаков из "потенциально градоопасных" и "градоопасных" в "градовые" и "сверхмощные градовые".

расчета углов наведения пусковой установки и времени начала выделения активного реагента для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов по приведенным зависимостям определить условия, обеспечивающие выделение активного реагента непосредственно в зоне засева;
ввода времени начала внесения активного реагента в бортовую аппаратуру каждого реактивного снаряда, их пусков с интервалами, кратными периоду обновления данных по углу места площадки засева, до наведения пусковой установки в промежутках между пусками на углы θ_пуi и α_пуi и начала выделения активного реагента каждым реактивным снарядом по истечении введенного в его бортовую аппаратуру времени начала выделения активного реагента Tр_i обеспечить выделение активного реагента непосредственно в зоне засева.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе защиты от градобитий, включающем обнаружение метеорологическим радиолокатором градового облака, определение параметров площадки засева активным реагентом и углов наведения пусковой установки с реактивными снарядами, наведение пусковой установки, доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов и выделение ими в зоне площадки засева активного реагента в отличие от прототипа согласно изобретению после определения параметров площадки засева устанавливают оптимальный ракурс ее обстрела и пусковую установку преимущественно перемещают в плоскость ракурса оптимального обстрела, составляющую, например, с направлением перемещения градового облака угол 90± 45^o, а углы наведения пусковой установки определяют для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов и дополнительно рассчитывают время начала выделения активного реагента для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов по зависимостям:

после чего время начала внесения активного реагента вводят в бортовую аппаратуру каждого реактивного снаряда, а доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов осуществляют с интервалами, кратными периоду обновления данных по параметрам площадки засева, при этом в промежутках между пусками производят донаведениеи пусковой установки на угол возвышения (θ_пуi) и азимутальный угол (α_пуi) для пуска следующего реактивного снаряда из числа намеченных к пуску, а выделение активного реагента каждым реактивным снарядом начинают по истечении введенного в его бортовую аппаратуру времени начала выделения активного реагента (Т_рi); (обозначения приведены выше).

На чертеже изображена схема защиты от градобитий по предлагаемому способу.

На схеме цифрами обозначены:
1 градоопасное облако в момент обнаружения;
1и градоопасное облако в момент начала воздействия по предлагаемому способу;
1п градоопасное облако в момент начала воздействия по способу-прототипу;
2 метеорологический радиолокатор;
3 огневая позиция;
4 градовая ячейка;
4и градовая ячейка в момент начала воздействия по предлагаемому способу;
4п зона выпадения града в момент начала воздействия по способу-прототипу;
5 командный пункт;
6 площадка засева;
7 ракурс оптимального обстрела площадки засева;
8 выносная огневая позиция;
9 направление движения градоопасного облака.

Для проведения работ по предлагаемому способу необходимо наличие радиолокационной станции обнаружения градовых облаков, подвижной пусковой установки с реактивными снарядами, бортовая аппаратура которых снабжена временным устройством.

Пример. Градоопасное облако 1 перемещается с максимальной скоростью до 20 м/с (72 км/час), эффективная дальность стрельбы реактивными снарядами 18 км, дальность обнаружения градоопасного облака метеорологическим радиолокатором 2, например МРЛ 5, с определением параметров площадки засева составляет не менее 110 км, среднее расстояние между местом стояния радиолокатора 2 и огневыми позициями 3 пусковых установок составляет 20 км.

При работе по способу прототипу (без перемещения пусковой установки) воздействие на градоопасное облако 1 может быть начато только через час после его обнаружения, за который оно переместится на 72 км и может развиваться в "градовое" или "сверхмощное градовое" произведя градобитие, возможно "катастрофическое", до наступления возможности борьбы с ним. В случае перемещения градоопасного облака 1 по направлению на огневую позицию 3 пусковой установки возможен перелет реактивных снарядов, выделяющих активный реагент непосредственно в зону выпадения града 4, где его внесение вместо уменьшения градообразования вызывает увеличение градовой деятельности.

Проведение противоградовых работ по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

По результатам обработки локационной информации, поступающих с метеорологического радиолокатора 2, с учетом скорости и направления движения градоопасного облака 1, эффективной дальности стрельбы реактивными снарядами, средней скорости перемещения пусковой установки, на командном пункте 5 определяют параметры площадки засева 6 и устанавливают ракурс ее оптимального обстрела 7 и положение выносной огневой позиции 8 пусковой установки. После этого пусковую установку перемещают с огневой позиции 3 на выносную огневую позицию 8, после чего уточняют параметры площадки засева 6 и устанавливают: порядок ее обстрела, необходимое для этого количество реактивных снарядов, вертикальный (Q _пуi) и азимутальный (α_пуi) углы наведения пусковой установки и времена начала внесения активного реагента (T_рi) для каждого из реактивных снарядов, установленных программой обстрела, после чего по рассчитанным установкам наводят пусковую установку для пуска первого снаряда и выдают команду на пуск, по которой осуществляют ввод значения времени начала внесения активного реагента (Т_р1) в бортовую аппаратуру первого реактивного снаряда и производят ее контроль. При положительных результатах контроля на электровоспламенитель запуска первого из намеченных к пуску реактивных снарядов проходит исполнительная команда. По факту разрыва электроцепей в момент начала движения реактивного снаряда начинается отсчет времени начала внесения активного реагента (Т_р1), по истечении которого начинается выделение активного реагента. После схода первого снаряда производят донаведение пусковой установки на угол возвышения (θ_пу2) и азимутальный угол (α_пу2), установку времени Т_р2 для следующего реактивного снаряда после чего цикл повторяется до завершения программы обстрела.

Время, затрачиваемое на поиск, обнаружение и сопровождение градоопасного облака метеорологическим радиолокатором 2; анализ получаемой информации и принятие решения о воздействии; уточнение параметров площадки засева 6, необходимого количества реактивных снарядов, углов горизонтального и вертикального наведения, данных полетного задания составит не более 3 мин, а время между окончанием расчетов и наведением пусковой установки не более 1 мин.

Принимая, что время совершения пусковой установкой марша от огневой позиции 3 до выносной огневой позиции 8 на расстояние до 25 км со средней скоростью 60 км/час составит 25 мин, а время перевода пусковой установки из походного положения в рабочее 3 мин. суммарное время от обнаружения градоопасного облака 1 до начала воздействия составит только 32 мин, что соответствует перемещению градоопасного облака на расстояние 38,4 км.

Таким образом, при защите от градобитий по предлагаемому способу время от момента обнаружения градоопасного облака до начала воздействия сокращается в самом худшем случае примерно в два раза.

Применение предлагаемого способа борьбы с градобитиями позволит:
за счет выбора оптимального ракурса обстрела исключить случаи попадания активного реагента в такие зоны облака, где его внесение вызывает увеличение градовой деятельности;
за счет перемещения пусковой установки в плоскость оптимального ракурса обстрела уменьшить время реакции на проведение воздействия не менее чем в два раза, ограничив тем самым возможности развития градоопасных облаков из "потенциально градоопасных" и "градоопасных" в "градовые" и "сверхмощные градовые".

за счет расчета углов наведения пусковой установки и времени начала выделения активного реагента для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов, ввода времени начала внесения активного реагента в бортовую аппаратуру каждого реактивного снаряда, их пуски с интервалами, кратными периоду обновления данных по параметрам площадки засева, до наведения в промежутках между пусками пусковой установки на угол возвышения (θ_пуi) и азимутальный угол (α_пуi) для пуска следующего реактивного снаряда из числа намеченных к пуску и выделения активного реагента каждым реактивным снаpядом по истечении введенного в его бортовую аппаратуру времени начала выделения активного реагента T_рi, обеспечить выделение активного реагента непосредственно в зоне засева.

Предлагаемый способ борьбы с градобитиями мобилен и позволяет за счет применения более рациональных схем воздействия, регулирования момента начала внесения активного реагента и совершенствования баллистической подготовки значительно, в 1,9 2,2 раза, снизить расход противоградовых снарядов и повысить эффективность проведения противоградовых работ.

Указанные преимущества предлагаемого способа борьбы с градобитиями подтверждены научно-производственным центром "Антиград" (исх. от 24.10.94 N 87 и 09.02.95 N 12), и Центральной аэрологической обсерваторией (исх. от 21.02.95 N 131/16-288) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающий среды.

В настоящее время в соответствии с изобретением ведутся работы по разработке технической документации, а сам способ предполагается использовать при создании перспективных противоградовых ракетных комплексов.

Использование: сельскохозяйственная метеорология, а именно способы защиты от градобитий. Сущность изобретения заключается в том, что в способе защиты от градобитий, включающем обнаружение метеорологическим радиолокатором градового облака, определение параметров площадки засева реагентом и углов наведения пусковой установки с реактивными снарядами, наведение пусковой установки, доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов и выделение ими в зоне площадки засева реагента, в отличие от прототипа согласно изобретению после определения параметров площадки засева устанавливают оптимальный ракурс ее обстрела и пусковую установку перемещают в плоскость ракурса оптимального обстрела, составляющую, например, с направлением перемещения градового облака угол 90 ± 45^o, а углы наведения пусковой установки определяют для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов и дополнительно рассчитывают время начала выделения реагента для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов по заданным зависимостям. После чего время начала внесения реагента вводят в бортовую аппаратуру каждого реактивного снаряда, а доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов осуществляют с интервалами, кратными периоду обновления данных по параметрам площадки засева, при этом в промежутках между пусками производят донаведение пусковой установки на угол возвышения и азимутальный угол для пуска следующего реактивного снаряда из числа намеченных к пуску, а выделение реагента каждым реактивным снарядом начинают по истечении введенного в его бортовую аппаратуру времени начала выделения активного реагента. 1 ил.

Способ защиты от градобитий, включающий обнаружение метеорологическим радиолокатором градового облака, определение параметров площадки засева реагентом и углов наведения пусковой установки с реактивными снарядами, наведение пусковой установки, доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов и выделение ими в зоне площадки засева реагента, отличающийся тем, что после определения параметров площадки засева устанавливают ракурс ее оптимального обстрела и пусковую установку перемещают в плоскость ракурса оптимального обстрела, составляющую, например, с направлением перемещения градового облака угол 90 ± 45^o, а углы наведения пусковой установки определяют для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов и дополнительно рассчитывают время начала выделения реагента для каждого из намеченных к пуску реактивных снарядов по зависимостям

где θ_пуi угол возвышения пусковой установки для пуска i-го реактивного снаряда;
α_пуi азимутальный угол наведения пусковой установки для пуска i-го реактивного снаряда;
Т_р i время начала выделения реагента i-м реактивным снарядом, отсчитываемое с момента его пуска;
θ_i угол места точки входа i-го реактивного снаряда в площадку засева, определяемый по данным метеорологического радиолокатора;
α_i азимутальный угол точки входа i-го реактивного снаряда в площадку засева, определяемый по данным метеорологического радиолокатора;
скорости изменения угла места и азимутального угла соответственно точки входа i-го реактивного снаряда в площадку засева, определяемые по данным метеорологического радиолокатора;
Y высота площадки засева;
ΔR_в,ΔR_г расстояние между осями вертикального и горизонтального соответственно наведения пусковой установки и антенны метеорологического радиолокатора;
К_в, К_г коээфициенты чувствительности по углу места и азимутальному углу соответственно к смещению точки стояния метеорологического радиолокатора;
F целевая функция перехода, описывающая процесс интегрирования дифференциальных уравнений движения реактивного снаряда при полете до заданной высоты Y с учетом метеоусловий стрельбы,
после чего время начала внесения реагента вводят в бортовую аппаратуру каждого реактивного снаряда, а доставку реагента к площадке засева пусками реактивных снарядов осуществляют с интервалами, кратными периоду обновления данных по параметрам площадки засева, при этом в промежутках между пусками производят донаведение пусковой установки на угол возвышения и азимутальный угол для пуска следующего реактивного снаряда из числа намеченных к пуску, а выделение реагента каждым реактивным снарядом начинают по истечении введенного в его бортовую аппаратуру времени начала выделения реагента.