Способ инициирования искусственных молний Российский патент 2017 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к способам искусственного инициирования молниевых разрядов, используемых при защите объектов от грозового электричества и при воздействии на облачные процессы для регулирования их электрической активности. Защита от молний обеспечивается при отводе тока молнии от защищаемого объекта. Регулирование электрической активности облака происходит при искусственном разряжении молнии на землю или на летающее устройство с токопроводящей поверхностью.

Известно, что подавление интенсивных грозовых явлений остается чрезвычайно актуальной задачей. Известно также, что интенсивность грозы связана с электричеством в облаке. Но гроза не единственный потенциально возможный объект воздействия.

К настоящему времени проведены и проводятся интенсивные исследования возможности управления электрическим состоянием облаков с целью изменения их способности к осадкообразованию. Это в одних случаях усиление осадкообразующих процессов в облаках, недоразвившихся до стадии дождевых, в других - перестройка структуры укрупняющихся частиц для того, чтобы не допустить их рост до градовых размеров.

Известен способ инициирования молниевых разрядов с помощью металлического молниеотвода, выполненного из стержня, троса или сетки (Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. Москва, изд. МЭИ, 2004 г.).

Недостатками известного способа являются невысокая вероятность попадания разряда молнии в молниеотвод и невысокая степень защиты объектов.

Существуют известные способы инициирования искусственных молний, предусматривающих создание в грозовом облаке плазменного токопроводящего канала.

Канал можно обеспечить с помощью ракет, в состав твердого топлива которых добавляются хлорид кальция и соли цезия. Горящее топливо оставляет позади летящей ракеты след из этих солей, которые, вступая в контакт с влагой воздуха, образуют токопроводящий канал. Молния идет по пути наименьшего электрического сопротивления, т.е. по сформированному каналу [The International Center for Lightning Researchand Testing (ICLRT) at Camp Blanding, Florida].

Известен также способ инициирования молниевых разрядов созданием плазменного токопроводящего канала воздействием на атмосферный воздух излучением лазера [Создание сплошных лазерных искр для решения. В.В. Аполлонов, Л.М. Василяк, С.Ю. Казанцев и др. Интернет приложение. Спецвыпуск «Оборонный заказ». №17, декабрь 2007].

Известны также недостатки лазерных методов: это сложность и энергоемкость оборудования, невозможность формирования проводящих каналов вблизи грозовых облаков, где напряженность электрического поля максимальна и где лучшие условия для зарождения лидерных каналов и др.

Известен способ инициирования молниевых разрядов с помощью ракет, запускаемых с земли и несущих с собой и за собой медный проводник [PREVECTRON®: Полевые испытания в условиях реальных молний, www.indelec.com].

Создавать в грозовом облаке плазменный токопроводящий канал можно и синхронизированным подрывом серии артиллерийских боеприпасов плазменно-оптического действия (патент РФ 2525842). Точки подрыва располагают так, что ионизированные области, возникающие в атмосферном воздухе при срабатывании боеприпасов плазменно-оптического действия, располагаются с перекрытием по цепочке в направлении от грозовой ячейки к поверхности земли или к соседней ячейке.

Недостатками этого способа также являются: громоздкость, дороговизна, связанная со сложностью организации работ.

Общим недостатком как ракетного, так и лазерного способов формирования плазменного проводящего канала для искусственного вызывания молнии является малое поперечное сечение канала. Любая реальная неоднородность атмосферы нарушает целостность канала и его проводимость.

Известен способ предотвращения града, предусматривающий введение в область градового облака с повышенной напряженностью электрического поля протяженного электропроводящего тела для инициирования линейной молнии (заявка №94027960/15(027747) от 25.07.94). Таким телом обычно бывает твердотопливная ракета, покрытая электропроводной краской или лаком.

Известен также способ вызывания искусственного разряда грозового облака на землю, взятый за прототип предлагаемого изобретения, по которому по направлению к грозовому облаку запускается ракета, которая тянет за собой один конец стальной проволоки, сматывающейся с катушки, установленной на борту корабля (Л.Г. Качурин. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Ленинград, Гидрометиоиздат, 1973 г., стр. 284).

При использовании этого известного способа обычно разряд молнии происходит, когда ракета поднимается на высоту порядка 100 м. Этого достаточно для того чтобы грозовое облако с высотой нижней границы около километра разряжалось на землю.

Недостатком известного способа является то обстоятельство, что при полете ракеты факел пламени быстро пережигает токопроводящую проволоку, проволока не успевает развернуться на более значительную длину, чем 100 м, что ограничивает ее способность инициировать молнии из грозовых облаков на землю. Увеличение же толщины проволоки влечет за собой соответствующее увеличение ее веса и повышение требований к энергетике ракеты. Тем более это относится к металлизированному проводнику (электропроводнику).

Недостатком известного способа также остается высокая стоимость ракет, как на жидком, так и на твердом топливе, а также трудности в организации работ, связанные с необходимостью обеспечения безопасности при их эксплуатации и использовании.

Технической задачей предлагаемого способа инициирования молний является как раз исключение разрушения факелом пламени электропроводящей проволоки или металлизированного проводника при их развертывании в полете ракеты и обеспечение максимальной безопасности работ с ракетными двигателями, которая может быть достигнута только при применении ракетных двигателей без корпуса (РДБК). РДБК гальванически соединяют с металлическим или металлизированным проводником, который запускают в направлении облака. При инициировании наземных ИМ используют электропроводник протяженностью около 300 м с заземленным концом, а при инициировании внутриоблачных ИМ используют электропроводник со свободным концом. Причем при запуске летающего устройства используют направляющую трубу, изготовленную из фторопласта, а именно политетрафторэтилена или политрифторхлорэтилена, с необходимой огнестойкостью и минимальным поверхностным трением между стабилизатором полета устройства и стенками трубы.

Раскрытие изобретения

Конструкция летающего устройства с РДБК включает полностью сгорающий на первых секундах полета устройства двигатель и стабилизатор полета с токопроводящей поверхностью и (или) электропроводник, протяженностью около 300 м, с заземленным концом для разряжения искусственной молнии (ИМ) на землю, а при инициировании внутриоблачных ИМ используют электропроводник со свободным концом.

Существенное значение при запуске летающего устройства имеют свойства материала, из которого изготавливают направляющую трубу, изготовленную из фторопласта (политетрафторэтилена или политрифторхлорэтилена) с минимальным поверхностным трением и необходимой огнестойкостью.

Требуемый результат решения поставленной выше технической задачи обеспечивается тем, что РДБК полностью сгорает в полете уже на участке разгона траектории полета летающего устройства. Вследствие этого, после первых секунд полета летающее устройство не представляет серьезной опасности для людей или объектов на земле, чем выгодно отличается от ракетного двигателя с внешним корпусом, продолжающего полет. Кроме того, при использовании РДБК исключается перегорание электропроводящей проволоки или металлизированного проводника, что позволяет значительно увеличить эффективность инициирования искусственных молний.

Преимущество предлагаемого изобретения можно показать на примере запуска стабилизатора полета с металлизированным проводником, отправляемым в полет с помощью бескорпусного ракетного двигателя для инициирования искусственных молний в грозовом облаке.

Известно усиление внешнего электрического поля проводниками (Э.М. Базелян, Ю.П. Райзер. «Искровой Разряд». Из-во МФТИ, 1997 г., стр. 95):

Е_м/Е_о=3+0,56(l/r)^0.92,

где l - длина проводника, r - радиус проводника, Е_м - максимальное поле у концов металлического стержня, ориентированное вдоль однородного внешнего поля Е_о.

В настоящее время для инициирования искусственных молний может быть использована (и используется) ракета Алазань-6, поверхность которой покрывают токопроводящей краской.

Для ракеты Алазань-6: l=140 см, r=4,1 см, усиление поля E_s/E_o=17,4.

Для РДБК используется стабилизатор полета, поверхность которого также покрыта токопроводящей краской: l=150 см, r=0,5 см, усиление поля E_s/E_o=129.

Если же запускать РДБК с металлизированным проводником, длиной в десятки метров (по уже освоенной практике), можно обеспечить усиление напряженности внешнего поля в 1000 и более раз.

Кроме того, в связи с тем, что ракетные двигатели без корпуса в несколько раз дешевле традиционных двигателей при сохранении всех известных преимуществ РДТТ (высокая концентрация энергии в единице объема, работоспособность в арктических и тропических условиях, высокая надежность и длительные гарантийные сроки и пр.), использование РДБК для инициирования молний позволяет при сравнительно небольших затратах перейти на принципиально новый уровень и в объеме исследований природы молний, и новых возможностей влияния перераспределения электричества в облаке на процессы грозоградообразования.

Изобретение относится к способам искусственного инициирования молниевых разрядов, используемых при защите объектов от грозового электричества и при воздействии на облачные процессы для регулирования их электрической активности. Способ включает в себя использование бескорпусного ракетного двигателя (РДБК), гальванически соединенного с металлическим или металлизированным проводником. РДБК запускают в направлении облака. При инициировании наземных искусственных молний (ИМ) используют электропроводник протяженностью около 300 м с заземленным концом, а при инициировании внутриоблачных ИМ – электропроводник со свободным концом. Обеспечивается исключение разрушения факелом пламени электропроводящей проволоки при ее развертывании в полете ракеты и максимальная безопасность работ с ракетными двигателями. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ инициирования внутриоблачных и наземных искусственных молний (ИМ) в грозовых облаках с помощью бескорпусного ракетного двигателя (РДБК), гальванически соединенного с металлическим или металлизированным проводником, который запускают в направлении облака, причем при инициировании наземных ИМ используют электропроводник протяженностью около 300 м с заземленным концом, а при инициировании внутриоблачных ИМ используют электропроводник со свободным концом.

2. Способ по п. 1, в котором при запуске летающего устройства используют направляющую трубу, изготовленную из фторопласта, а именно политетрафторэтилена или политрифторхлорэтилена, с необходимой огнестойкостью и минимальным поверхностным трением между стабилизатором полета устройства и стенками трубы.