Для улучшения радиосвязи
Рой микроспутников CubeSat. Фото: НАСА
Многим радиолюбителям известно, что ночью приём радиосигнала гораздо лучше, чем днём. После захода Солнца можно принять чистый звук от тех радиостанций, которые вообще не принимаются днём. Даже от тех, которые находятся за сотни километров.
Причина феномена в том, что ночью короткие волны способны лучше отражаться от ионосферы — верхнего слоя атмосферы, сильно ионизированного из-за облучения Солнцем. Если дальность устойчивой связи в условиях прямой видимости составляет 70 км, то ионосфера работает как своеобразный усилитель сигнала, значительно увеличивая расстояние.
Ионосфера начинается на высоте примерно 60 км, она состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N2 и кислорода О2) и квазинейтральной плазмы, в которой число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных.
Ночью плотность ионосферы увеличивается, чем и объясняется лучшее качество приёма сигнала радиостанций. Но почему бы не попытаться достигнуть такого эффекта днём, если это необходимо для военных и гражданских целей?
Именно такая идея пришла инженерам из Военно-воздушного сил США. Сейчас они разрабатывают планы плазменной бомбардировки верхних слоёв атмосферы Земли микроспутниками CubeSat.
Спутники должны ионизировать атмосферу, улучшая плотность ионосферы и её отражающие свойства.
Вообще говоря, это уже не первая попытка улучшить отражающие качества ионосферы, чтобы увеличить дальность действия радиолокаторов и радиокоммуникации, пишет New Scientist. Такая попытка предпринималась в рамках программы HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program) — «Программы исследования полярных сияний высокочастотным воздействием». Проект был запущен весной 1997 года на Аляске, где соорудили решётку антенн, радар некогерентного излучения с антенной двадцатиметрового диаметра, лазерные локаторы, магнитометры, компьютеры для обработки сигналов и управления антенным полем. Весь комплекс питала мощная газовая электростанция и шесть дизель-генераторов.
Антенное поле Программы исследования полярных сияний высокочастотным воздействием на Аляске — первой попытки повлиять на ионосферу Земли. Фото: U.S. Air Force/2nd Lt. J. Elaine Hunnicutt
По всей видимости, проект оказался не очень удачным. В мае 2014 года представитель ВВС США Дэвид Уолкер заявил, что командование больше не собирается поддерживать установку. Станцию было решено окончательно закрыть, а инженерам поручили в дальнейшем разрабатывать другие пути стимулирования ионосферы.
Бомбардировка микроспутниками — один из таких новых вариантов.
Крошечные 10-сантиметровые кубические микроспутники CubeSat могут быть разбросаны на высоте 60 км в больших количествах. Они способны выпускать большое количество ионизированного газа (плазмы) прямо в ионосферу.
Такая плазменная заслона, по мнению ВВС США, может быть использована не только для повышения дальности радиосвязи, но и для блокировки сигнала от иностранных спутников (такую возможность предполагается изучить), а также для снижения негативного влияния солнечного ветра (это вообще полуфантастический вариант).
У плана американских инженеров есть как минимум две технологические проблемы. Во-первых, как вместить генератор плазмы в миниатюрный объём спутника размером 10х10х10 см. Во-вторых, как контролировать выброс плазмы.
Для решения этих технических проблем ВВС США выделило гранты трём частным компаниям. Из предложенных вариантов будет выбрано лучшее решение. Его проверят сначала в вакуумной камере, а потом во время исследовательской космической миссии, прежде чем будет принято решение о массовой бомбардировке ионосферы такими спутниками.
Компания General Sciences с исследователями из Дрексельского университета (Филадельфия) работает над методом химической реакции, с помощью которой можно разогреть металл до температуры кипения. Испарения металла будут реагировать с атмосферным кислородом и ионизировать газ.
Компания Enig Associates совместно с физиками из Мэрилендского университета предлагает более радикальный подход, хотя базовая концепция такая же. Но они хотят быстро разогревать металл с помощью детонации маленькой бомбы, превращая энергию взрыва в электрическую энергию. В этом случае можно управлять формой облаков ионизированного газа, управляя направлением взрыва.
Пока что проекты находятся на очень ранней экспериментальной стадии. Фактически, мы делаем только первые шаги в изучении применения рукотворной плазмы для модификации земной ионосферы. Независимые учёные говорят, что будет исключительно сложной задачей уместить достаточно мощный источник энергии в такой маленький объём спутника, чтобы сгенерировать достаточное количество ионизированного газа. Трудности, которые стоят перед исследователями, могут оказаться непреодолимыми.
Учёные также сомневаются, что микроспутники способны как-то снизить влияние солнечного ветра, который обдувает всю Землю целиком. Это можно сравнить с попыткой остановить морской шторм отдельными защитными блоками.
В любом случае, это очень интересная попытка как-то повлиять на природу.
