СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ Российский патент 1997 года по МПК A01G15/00 E01H13/00 

Предлагаемое изобретение относится к области метеорологии и предназначенного для устранения атмосферных образований, а именно туманов и облачности, например, над аэродромами, шоссейными дорогами, защиты сельскохозяйственных угодий от избыточных осадков или града.

Актуальность рассматриваемого направления, разработок по назначению определяется с одной стороны обеспечения максимальной безопасности эксплуатации транспортных средств путем предотвращения аварийных ситуаций из-за погодных условий, а с другой стороны созданием благоприятных условий достижения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

В настоящее время существует несколько способов воздействия на атмосферу, к основным из которых относятся способы, основанные на использовании электричества и способы, заключающиеся во внесении в атмосферу в месте сосредоточения облачности реагентов. Однако последний из способов воздействия на атмосферу (см. например, Н. Ш. Бибилашвили и др. "Руководство по организации проведению противоградовых работ". Гидрометеоиздат. Ленинград. 1981 г.) требует применения различных средств для доставки реагентов в зону облачности (например, ракет, воздушного транспорта), что неизбежно влечет за собой значительные материальные затраты, включающие в себя дорогостоящее оборудование установки для пуска средств доставки реагентов к облачности, сами реагенты, системы управления установками, транспорт для подвоза средств доставки реагентов, системы безопасности работы на установках. К этому следует добавить и необходимость затрат на дорогостоящее топливо для транспорта (см. например, М. Т. Абшаев, В. А. Кличер "Методические указания по применению противоградового комплекса "Кристалл" для активных воздействий на гидрометеорологические процессы". Госкомметеоиздат. Ленинград. 1989 г. Госкомгидромет).

К существенному недостатку данного способа следует также отнести и ухудшение экологии окружающей среды, связанное с применением различных вредных реагентов, выпадающих в зоне их применения.

На основании изложенного следует считать наиболее перспективным исследование в качестве средств воздействия на атмосферу электричества.

В этой области имеются предложения, основанные на применении электрически заряженных частиц, источником генерации которых служат коронирующие провода.

На ранних этапах развития этого направления воздействия на атмосферу, предлагаемые методы были основаны на введении в облачности коронирующих проводов с подачей на них электрического напряжения (см. например, авторское свидетельство N 71260, кл. 45 а, 10, 24.02.1947 г. или патент США N 3456880, кл. A 01 G 15/00 от 22.07.1969 г.).

Самым существенным недостатком рассматриваемых таких технических решений является большие экономические затраты на топливо энергетические ресурсы для транспортных средств, обеспечивающих введение в облачность коронирующих проводов, из-за чего собственно разработчикам пришлось отказаться от их реализации.

В связи с этим было обращено внимание на возможность размещения коронирующих проводов непосредственно на земле, в зонах постоянной защиты от воздействия атмосферных образований на те или иные объекты (см. например, Л. Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные процессы". Гидрометеоиздат. Л. 1978 г. стр. 361).

В данном источнике информации сообщается о том, что для управления электрическим полем атмосферы, а также из изменения знака и величины объемного заряда облаков использовался коронный разряд. Схема одного из экспериментов, выполненного в США, показана на рис. 6.4.1. Коронирующий провод длиной в несколько километров укреплялся на высоте 9 м над землей на столбах и выполнял роль антенны. На него подавалось высокое напряжение, достаточное для создания коронного разряда. А опытах, о которых идет речь, переменный ток выпрямлялся, но сглаживался затем не полностью, поэтому коронный разряд имел лишь место тогда, когда амплитуда напряжения достигала и превышала напряжение, соответствующее началу коронирования, но эффективность воздействия на атмосферные образования оказалось низкой (см. тот же источник, стр. 361, рис. 6.4.1. рис. 6.4.2.).

Известен способ воздействия на атмосферу (см. а. с. N 29675, кл. A 0 G 15/00, 1933). Суть данного способа заключается в генерации потока электрически заряженных частиц путем обдува ионизирующего электрода с помощью воздуходувки. Направление в атмосферу и управление ориентацией потока электрически заряженных частиц осуществляется с помощью специальной трубы, внутрь которой помещен ионизирующий электрод, а управление интенсивностью потока осуществляют регулированием скорости движения воздуха внутри трубы путем открытия закрытия заслонки воздушной магистрали, соединяющей специальную трубу с ионизирующим электродом и воздуходувку.

Движущийся в атмосфере поток заряженных частиц захватывает молекулы воды, в результате чего происходит процесс конденсации влаги (см. например, Д. Хирс, Г. Пунд "Испарение и конденсация" перевод с англ. М. 1966). Тепловая энергия, выделяемая в результате конденсации влаги при обводнении электрически заряженных частиц, а также и в результате их с частицами воздуха, расходуется на расширение паровоздушной среды во все объеме зоны движения заряженных частиц. Расширение происходит во все стороны, и в результате формируются как восходящие, так и горизонтальные от линии тока заряженных частиц потока паровоздушной среды, уносящие влагу из прилегающей к зоне воздействия области атмосферы.

Управления направлением потока, обеспечивает доставку заряженных частиц непосредственно в требуемую зону, а управляя интенсивностью потока, обеспечивает движение требуемых границ обрабатываемой зоны и оперативного воздействия. Таким образом, направляя поток заряженных частиц вверх достигают удаления влаги из обрабатываемой зоны (рассеивание тумана и облачности, предотвращение избыточных осадков и защита сельскохозяйственных угодий от града).

К недостатку известного способа воздействия на атмосферу относится относительно большая затрата электроэнергии, особенно при значительной плотности атмосферных образований, что определяется повышением подачи напряжения на коронирующие провода с целью увеличения ионизированного потока заряженных частиц.

Направление этого потока непосредственно в атмосферные образования потребует и большего времени для достижения положительного результата в связи с затратой времени для формирования потребного потока заряженных частиц и, кроме того полностью не исключается выпадение осадков до начала использования устройства, основанного на рассматриваемом способе воздействия на атмосферу.

Указанные недостатки несомненно приводят к снижению эффективности получаемого конечного результата и сам способ требует дальнейшего совершенствования.

Следует особо подчеркнуть, что все без исключения способы воздействия на атмосферу основаны на непосредственном внесении реагентов или подачи потоков электрически заряженных частиц в атмосферные образования, а следовательно, и им присущи отмеченные недостатки.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности воздействия на атмосферные образования путем предотвращения нежелательных случаев выпадения осадков, сокращения времени рассеивания туманов и облачности, а также сокращения неоправданных затрат электрической энергии.

Поставленная цель достигается следующей совокупностью последовательности действий, в отличии от принятого за прототип способа воздействия на атмосферу (а. с. N 29675, кл. A 01 G, 15/00, 1933).

До начала генерации потока электрически заряженных частиц производят радиолокационное исследование атмосферы и одновременно устанавливают связь с метеорологическими станциями. Затем в момент обнаружения надвигающего фронта облачности или условий для образования тумана, коронирующими проводами осуществляют управляемую по знаку и величине электрического поля генерацию основного потока электрически заряженных частиц, направляя его в зону, свободную от атмосферных образований для предохранения расположенной под этой зоной территории от воздействия последних. Одновременно формируют дополнительные потоки электрически заряженных частиц, направляя их в зоны атмосферы, смежные с указанной и свободные от атмосферных образований.

Предлагаемый способ воздействия на атмосферу в совокупности его существенных признаков дает возможность:
заранее, до подхода атмосферных образований к охраняемой зоне произвести генерацию коронирующими проводами потока электрически заряженных частиц, ускорив тем самым их воздействие на облачность или туман за пределами охраняемой зоны;
ориентация потока в свободную от атмосферных образований зону обеспечивает свободу проникновения максимально возможного количества электрически заряженных частиц в слои атмосферы, усиливая тем самым эффективность воздействия на атмосферные образования;
формирование дополнительных потоков электрически заряженных частиц, которые направляют в смежные зоны атмосферы свободные от атмосферных образований позволяет полностью охраняемую зону, повысив тем самым надежность и эффективность достижения конечного положительного результата.

Определяющим фактором, в наибольшей степени влияющим на достижение поставленной цели, является ориентация потока заряженных частиц в свободную от атмосферных образований зону. В этом случае, в отличие от прототипа, происходит не столько рассеивание тумана, а предупреждение его появления, благодаря созданию таких условий состояния атмосферы, при которых он не сможет возникнуть.

Поток заряженных частиц, пронизывают и внедряясь в атмосферу, захватывает находящиеся в ней и определяемые влажностью воздуха частицы воды, удаляя их из зоны, благодаря расширению паровоздушной среды во всем объеме движения заряженных частиц, при этом происходит из-за конденсации влаги при обводнении электрически заряженных частиц выделение тепловой энергии, приводящее к увеличению температуры участка атмосферы над охраняемой зоной и, следовательно, предотвращается возможность достижения точки росы, определяемой, например, конденсационным гигрометром, обуславливающей основную причину появления тумана, происходит как бы осушение воздуха атмосферы на заданном участке и изменение ее электрических параметров. Напряжение, подаваемое на коронирующие провода в этом случае будет значительно ниже, чем в прототипе, а следовательно, уменьшается и расход электроэнергии, так как она тратится только на удаление влаги из воздуха без наличия в нем тумана.

Значительно проще и менее электроемко предупредить возникновение тумана, чем производить его рассеивание, так как в последнем случае, туман не позволяет широко распространиться электрически заряженным частицам в атмосфере, происходит постепенное, как бы послойное его рассеивание, слоя за слоем, каждый из которых создает преграду проникновения частицам, затягивая процесс рассеивания тумана, причем, для продолжения рассеивания всего объема тумана требуется больше энергии, чем при предупреждении его возникновения.

В случае предупреждения выпадения осадков процесса, происходящие в атмосфере, при организации подачи электрически заряженных частиц в свободную от атмосферных образований зону в момент обнаружения надвигающего фронта облачности к охраняемой зоне, практически аналогичны предупреждению появления туманов.

Значительным преимуществом предложенного способа над указанным известным (см. прототип) является создание потока электрически заряженных частиц, приводящего к расширению части атмосферы над охраняемой зоной с формированием как восходящих так и горизонтальных потоков паровоздушной среды, разрушающих надвигающий фронт облачности вне охраняемой зоны, являясь как бы преградой для его дальнейшего продвижения. Причем, как и в предыдущем случае не требуется подачи сверхнапряжения на коронирующие провода, так как отсутствие в свободной зоне атмосферных образований не препятствует проникновению электрически заряженных частиц в слои атмосферы.

Реализация предложенного способа воздействия на атмосферу осуществима с использованием устройства для воздействия на атмосферу, которое может включать в себя коронирующие провода, закрепленные над поверхностью земли через изоляторы на опорах и соединенные с источником питания, а также соединенную через регулятор напряжения с источником питания электропроводную конструкцию, установленную с зазором относительно коронирующих проводов.

Для выполнения заявленной последовательности действий в полном объеме потребуется несколько таких установок, которые должны работать во взаимосвязи друг с другом.

Таким образом, предложенный способ в совокупности существенных признаков, отраженных в формуле изобретения, является новым, перспективным направлением в развитии воздействия на атмосферу и предоставляет возможность обеспечить более высокую эффективность по получаемому результату с сохранением экологической чистоты окружающей среды.

Использование: метеорология, в частности, агрометеорология, например, для рассеивания туманов и облачности над аэродромами и шоссейными дорогами, а также для защиты сельскохозяйственных угодий от избыточных осадков или града. Сущность изобретения: в момент появления надвигающегося фронта облачности или тумана над охраняемой территорией направляют поток электрически заряженных частиц. Поток заряженных частиц генерируется коронирующими проводами, причем регулируется по знаку и величине. Дополнительно направляют аналогичные потоки заряженных частиц в зоны, смежные с указанной и также свободные от атмосферных образований.

Способ воздействия на атмосферу, включающий генерацию потока электрически заряженных частиц, направление его в атмосферу и управление ориентацией этого потока и его интенсивностью, отличающийся тем, что до начала генерации потока электрически заряженных частиц производят радиолокационное исследование атмосферы и одновременно устанавливают связь с метеорологическими станциями, после чего в момент обнаружения надвигающегося фронта облачности или условий для образования тумана коронирующими проводами осуществляют управляемую по знаку и величине электрического поля генерацию основного потока электрически заряженных частиц, направляя его в зону, свободную от атмосферных образований для предохранения расположенной под этой зоной территории от воздействия последних, при этом одновременно формируют дополнительные потоки электрически заряженных частиц, направляя их в зоны атмосферы, смежные с указанной и свободные от атмосферных образований.