Способ инициирования грозовых разрядов


 


Владельцы патента RU 2541661:

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова "ФГБУ ГГО" (RU)

Изобретение относится к способам воздействия на метеорологические процессы, а именно к способам инициации грозовых разрядов в атмосфере при активных воздействиях на конвективные облака. Способ заключается в том, что на конвективные облака воздействуют потоком заряженных частиц. Поток заряженных частиц для инициирования электрического разряда облака создают пиротехническим путем в виде термоионизационного канала. Обеспечивается повышение эффективности инициации грозового разряда.

 

Изобретение относится к области активных воздействий на метеорологические процессы и предназначено для предупредительного разряда электрических зарядов при мощных кучевых и кучево-дождевых облаках. При благоприятных условиях способ можно использовать для защиты объектов топливно-энергетического комплекса, пусковых установок ракет, летательных аппаратов и др. объектов от поражения молнией, а также для борьбы с опасными природными явлениями, такими как смерчи, град, сильные ливни, лесные пожары, вызываемые грозами, и др. явления.

Заряженные частицы в атмосфере (электроны, генерируемые космическими лучами, радиоактивностью и другими факторами) являются основными источниками возникновения ионизации воздуха и играют существенную роль в процессе осадкообразования и возникновения грозового электричества в естественных условиях. Влияние заряженных частиц на интенсивность осадков в атмосфере рассматривалось в ряде работ [1, 2, 3]. Первые лабораторные опыты в СССР с целью исследования процесса коагуляции заряженным песком провел в 1921 г. В.И. Виткевич. Теоретические основы этого метода пытались объяснить в 40-х годах 20 века П. Вайнберг и Н.А. Булгаков. В 30-х годах В.Н. Оболенский испытывал методы воздействия на облака, включая высокочастотные разряды и ионные потоки. Первое изобретение по регулированию зарядов в облаке было сделано в СССР в 1931 г. (А.с. №30033). Теоретически вопросы влияния конденсационно-коагуляционных процессов на развитие грозового электричества в разные годы рассматривались И. Ленгмюром, Б.Дж. Мейсоном, И.М. Имянитовым, В.М. Мучником, Л.М. Левиным, Н.С. Шишкиным, Н.В. Красногорской и другими исследователями [1].

Имеется несколько способов искусственного воздействия на конвективные облака с целью предотвращения гроз. Исследования по искусственному вызыванию молний с помощью металлических нитей, поднимаемых к облаку ракетой, проводились в США, Франции, Японии, Китае и др. странах. Способ осуществляют путем запуска к грозовому облаку ракеты с прикрепленной к ней тонкой металлической проволокой с заземлением [2]. Запуск производят, когда измерения электростатического поля достигают критических значений от 4 до 7 кВ/м. Таким способом грозовое электричество разряжается на землю. Недостатком этого способа является использование металлической проволоки, засоряющей окружающую среду и необходимость заземления.

В работе [4] описан способ воздействия на электрическое состояние конвективных облаков посредством внесения в них электрических зарядов, генерируемых коронированием с тонкой проволоки, находящейся под высоким напряжением. Подача ионизированного воздуха в облако осуществлялась через полиэтиленовую трубу длиной 350 м, находящуюся под напором воздуха, нагнетаемого мощным вентилятором. Недостатком этого способа является неустойчивость конструкции для реализации при ветре, усиливающемся при конвективной облачности.

Другим способом для уменьшения зарядов в облаке является засев кучево-дождевых облаков «мякиной» - волокнами из диэлектрического материала. Такие волокна сбрасываются с самолета при напряженности электрического поля 50 кВ/м в количестве 4 кг/км [1]. Недостатком способа является необходимость проводить полеты в кучево-дождевом облаке, что небезопасно для воздушных судов.

Электростатический метод, обеспечивающий защиту от молнии, предложен во Франции с использованием устройства для рассеяния радиационных туманов посредством ионизации воздуха высоким напряжением по патенту Франции №2650938. Воздействие на электрические заряды в атмосфере предлагается осуществлять путем запуска привязанного аэростата с металлизированной оболочкой на высоту от 0,1 до 1 км. Металлизированный слой соединяют с тросом, намотанным на барабан лебедки. Нижний конец троса заземляют. В результате протекания тока по тросу уменьшается объемный электрический заряд в атмосфере, снижается вероятность молниевых разрядов. Недостатком метода является незащищенность от ветров, отсутствие мобильности, необходимость заземления.

Способ воздействия на облака электронными пучками из генераторов сильноточных релятивистских электронных пучков, как средство борьбы с грозами путем снижения напряженности электрического поля облаков до безопасных значений, рассмотрен в монографии [2]. Недостатком способа является большое рассеяние пучка электронов с потерей их энергии при прохождении через облачную атмосферу.

Теоретическое обоснование предотвращения града инициированием искусственных молний отрицательно заряженными частицами предложил М.Н. Бейуганов. Градовые явления происходят преимущественно в условиях сильной грозы. Из 2000 случаев градобитий молнии не отмечались только в 4% из них. Искусственное инициирование грозовых разрядов препятствует зарождению града в грозовых облаках [5].

Наиболее близким прототипом заявляемому способу является способ искусственного вызывания осадков по патенту РФ №2112360 [6]. Авторами этого изобретения было изучено влияние естественных потоков заряженных частиц в атмосфере на интенсивность осадков. Эти результаты показали, что потоки заряженных частиц играют существенную роль в процессе образования осадков. В нижней атмосфере естественный поток заряженных частиц преимущественно вторичного космического излучения состоит в основном из электронов. Авторами способа предложено проводить вызывание осадков путем воздействия на облака потоками ионизирующего излучения. Поток заряженных частиц, направляемых в облако, генерируется ускорителем элементарных частиц, устанавливаемым на борту самолета, облетающего облако. Недостатком данного способа является необходимость установки на самолете линейного ускорителя весом 10 т, большая вероятность электрического разряда из облака в самолет по ионизированному каналу, создаваемому самим самолетом.

Согласно современным представлениям о строении грозовых облаков, концентрация заряженных частиц со значениями напряженности 105-106 В/м происходит в небольших объемах, формируемых восходящими и нисходящими струями [7]. Чтобы вызвать грозовой разряд на землю или между внутриоблачными образованиями, необходимо достижение критических значений напряженности поля и создание электропроводящего канала для прохождения электрического заряда. Критические значения напряженности для искусственно инициируемого разряда могут составлять 4-7 кВ/м, минимальная длина искусственно создаваемого канала должна быть 100-200 м, а минимальная концентрация электронов в нем 107-108/см3 [2].

Предлагаемый способ для инициирования грозовых разрядов отличается тем, что для инициирования грозовых разрядов в атмосфере создают ионизированный канал в виде потока заряженных частиц термоионизационным методом. Известно, что молниевому разряду в естественных условиях предшествует образование быстро протекающего процесса формирования длинного, с малым поперечным сечением ионизированного канала, состоящего из электронов, называемого лидером [7]. Разработка искусственных источников ионизации для создания искусственного ионизированного канала основывается на пиротехническом способе диспергирования реагента. Пиротехнический состав (ПС) для генерации заряженного аэрозоля получают из смеси порошкообразного металлического горючего (магний или его сплавы), окислителя (селитра калиевая или других щелочных металлов) и небольших добавок органического вещества (карбомид и др.) по патенту РФ №2090548 [8]. Эффективным источником искусственной ионизации являются твердые аэрозольные частицы, образующиеся при температурах горения металлического горючего 3500-4000 К и испускающие электроны за счет термоэлектронной эмиссии.

Схематично происходящие реакции горения ПС при температуре порядка 3500-4000 К можно представить следующим образом:

Mg+KNO3→K++MgO+N2+O2+e→K2O+MgO+N2→KOH+MgO→K2CO3+MgO→K2CO3×2H2O+MgO.

ПС для использования с воздушных судов применяют в макетах модернизированных пиропатронов ПВ-26 ФХС в количестве 40 г с капсюлем центрального боя или с электровоспламенителем. Горение ПС в атмосфере при таком количестве реагента длится 16-18 с, образующийся термоионизационный канал по траектории движения горящей ПС составляет 800-900 м [3]. Основным механизмом ионизации в термоионизационном канале является термоэлектронная эмиссия с горячих аэрозольных частиц по траектории движения их источника - горящей ПС. Общее количество электронов эмиссии определяется продолжительностью сохранения высокой температуры образовавшихся частиц и достигает количества 1018 на 1 г реагента. Потеря электронов горячими частицами обуславливает их положительный заряд. Электроны, сталкиваясь с окружающими молекулами воздуха (в основном кислорода), образуют отрицательные ионы. Прилипание электронов к молекулам кислорода происходит в тройных столкновениях:

e+O2+M→O2+M,

где M - молекула H2O или др. газов.

Расчетным методом получено количество положительных ионов размером 10-7-10-5 см порядка 1013 г-1, количество отрицательных ионов до 1018 г-1[3].

Методика применения пиропатронов ПВ-26 ФХС с легкомоторных самолетов для борьбы с лесными пожарами изложена в руководящем документе [9]. Высота запуска изделия ПВ-26 ФХС с пиротехническим составом для образования термоионизационного канала составляет 1200 м.

Пример реализации способа состоялся 18 августа 2008 г. над Финским заливом. Над акваторией залива во второй половине дня (15-16 ч) располагалась гряда конвективной облачности с нижней границей на высоте 600 м и верхней границей 3000 м. Вдоль гряды с северной стороны у боковой границы облаков с легкомоторного самолета на высоте 2900 м с интервалом 7 км были выпущены 5 изделий ПВ-26 ФХС. В результате в 4-х случаях наблюдался молниевый разряд с верхней границы облаков к нижней границе в течение горения ПС, под облаками наблюдался слабый ливневый дождь, естественных молниевых разрядов не наблюдалось.

Перспективными устройствами ввода в атмосферу могут служить устройства для отстрела пиропатронов АСО-2И с воздушного судна, противоградовые ракеты типа «Ас», «Алан-3», «Алазань-9»[10], предназначенные для запуска с противоградовых установок «Элия МР-60» и «Элия-2-60», а также изделия фейерверочного типа с пусковыми одноствольными и многоствольными установками [11] и др. изделия, снабженные пиротехническим составом по патенту РФ 2090548, описанному выше.

Термоионизационный способ для создания ионизированного канала является оперативным и безопасным для окружающей среды.

Использованные источники информации

1. Мучник В.М. Физика грозы. Л.: ГМИ. - 1974. - 352 с.

2. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Л.: ГМИ. - 1990. - 464 с.

3. Клинго В.В., Козлов В.Н., Щукин Г.Г. Физические основы образования заряженных гигроскопических частиц для искусственного регулирования осадков.//Тр. НИЦ ДЗА (Филиал ГГО). - 2002. - Вып.4 (552). - С.76-86.

4. Tilson S. Electricity and weather modification. I. A survey of scientific relationships/-IEEE Spectrum.- 1969. - V. 6 - No. 4. - P. 25-46.

5. Бейтуганов M.H. Метод предотвращения града инициированием искусственных молний.//Труды ВГИ. - 1999. - Вып.90. - С.56-58.

6. Покровский П.Е., Стожков Ю.И. Способ искусственного вызывания осадков.// Патент №2112360 - Россия. - МПК A01G 15/00. - № заявки 97105415/13. - Опубл. 10.06.1998.

7. Бекряев В.И. Молнии, спрайты и джеты. - Санкт-Петербург. - РГГМУ. - 2009. - 98 с.

8. Козлов В.Н., Лихачев А.В., Окунев С.М., Фомин В.А. Пиротехнический состав для вызывания осадков.//Патент №2090548. - Россия. - МПК C06D 3/00, C06B 31/02, A01G 15/00. - №заявки 94004563/02. - Опубл. 20.09.1997 г.

9. Козлов В.Н., Клинго В.В., Лихачев А.В., Окунев СМ., Щербаков А.П. Щукин Г.Г. РД 52.04.628-2001. Инструкция. Порядок проведения работ по искусственному вызыванию осадков из конвективных облаков при борьбе с лесными пожарами с борта легкомоторных воздушных судов // - СПб.: ГМИ. - 2002.- 24 с.

10. Абшаев М.Т. Состояние и перспективы развития работ по активному воздействию на гидрометеорологические процессы в странах СНГ// «Метеоспектр» - 2013. - №1. - С.124-138.

11. Колосков Б.П., Корнеев В.П., Щукин Г.Г. Методы и средства модификации облаков, осадков и туманов. - Санкт-Петербург.- РГГМУ.- 2012. - 342 с.

Способ инициирования грозовых разрядов при активных воздействиях на конвективные облака, заключающийся в том, что на конвективные облака воздействуют потоком заряженных частиц, отличающийся тем, что поток заряженных частиц для инициирования электрического разряда облака создают пиротехническим путем в виде термоионизационного канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области воздействия на атмосферные явления, в частности к способам ослабления тропических циклонов. По предлагаемому способу на поверхности океана с аномально высокой температурой воды 26-28°C замеряют частоту колебаний теплоприхода, вызванного суммарным нагревом воды.

Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития.

Изобретение относится к области управления атмосферными явлениями, а именно к рассеиванию тумана на контролируемой территории. Способ состоит в том, что определяют направление распространения тумана относительно защищаемого объекта.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для мониторинга загрязнения природной среды от техногенного точечного источника аэрозольно-пылевых загрязнений.

Изобретение относится к области управления атмосферными явлениями, в частности к устройствам для борьбы с ураганами. Противоураганное техническое устройство изменяет атмосферное давление спереди и сзади зарождающегося урагана.

Система регулирования микроклимата сельскохозяйственного поля включает размещенные по границе поля ветрозащитные и снегозадерживающие элементы, водоем, устраиваемый вдоль границы поля со стороны наиболее вероятного проникновения суховея.

Применение в качестве дождевальной установки, создающей облака, газотурбинного двигателя, содержащего турбокомпрессор, форсажную камеру, установленную вертикально относительно поверхности земли, внутри которой за зоной горения расположен водяной коллектор с форсунками, направленными по потоку газа, водяной насос, выходное устройство в виде сопла Лаваля.

Изобретение относится к области воздействия на климатические условия и предназначено для рассеивания тумана. Устройство содержит заземленную решетчатую конструкцию.
Изобретение относится к метеорологии. Способ принудительного разгона атмосферных облаков предусматривает конденсацию парообразной влаги верхнего слоя облаков путем соприкосновение парообразной влаги верхнего слоя атмосферных облаков, разогретой независимым паром температурой +100÷120°C с холодной атмосферой над верхним слоем облаков.

Изобретение относится к области регулирования климата и предназначено для рассеивания тумана на контролируемой территории. Устройство содержит соединенный с источником электропитания электрод.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для разгона облаков и инициирования дождя. Устройство для доставки оборудования, производящего горячий пар, и его распыления в верхнем слое атмосферных облаков, основным элементом которого является дирижабль, содержит парогенератор с электрокипятильниками. Они размещены в заполняемой на земле предварительно разогретой водой емкости и получают электроэнергию по электросети от генератора тока через накопитель-стабилизатор электроэнергии. Вал генератора тока получает вращающий момент от двигателя внутреннего сгорания силовой установки дирижабля через мультипликатор скорости вращения с одновременным вращением вала его приводного винта. Пар, полученный в парогенераторе, оснащенном предохранительным клапаном, распыляется внутри верхнего слоя облаков через распылители гребенки. Обеспечивается стимуляция экологически чистого дождя. 1 ил.

Изобретение относится к экологии. Изобретение представляет способ определения качества окружающей среды методом ЭПР-спектроскопии лишайников, включающий сбор образцов талломов лишайников со стволов деревьев, произрастающих в индустриальной и фоновой зоне, не загрязненной антропогенными выбросами в окружающую среду, очистку, сушку, измельчение, отличающийся тем, что сушку проводят при температуре 85-95°C до постоянного веса и измельчают, снимают ЭПР-спектры, по которым определяют концентрацию парамагнитных центров, при превышении концентрации парамагнитных центров в образцах лишайников, собранных в индустриальной зоне, над концентрацией парамагнитных центров образцов лишайников из фоновой зоны судят о низком качестве окружающей среды в индустриальной зоне, а при равенстве концентраций парамагнитных центров - о допустимом качестве окружающей среды, причем в исследованиях используют образцы одного и того же вида лишайника. Изобретение обеспечивает усовершенствование способа лихеноиндикации, повышение качества оценки исследуемых объектов, получение объективного результата. 2 пр., 2 табл., 3 ил.

Изобретение относится к пиротехническим аэрозолеобразующим составам для активного воздействия на переохлажденные облака и туманы. Пиротехнический состав содержит перхлорат аммония, горючее-связующее, пламегаситель и регулятор скорости горения, Ag3CuJ4 в качестве льдообразующего реагента, йодирующую добавку в виде йодистого калия или йодистого аммония и технологическую добавку. В качестве горючего-связующего состав содержит полибутадиеновый каучук с изоцианатной системой отверждения, в качестве пламегасителя - (NH4)2C2O4, а в качестве регулятора скорости горения - CuO. Обеспечивается повышение стабильности, увеличение гарантийного срока пиротехнического состава при сохранении порога кристаллизирующего действия и выхода активных ядер кристаллизации при температурах от минус 2°C и ниже. 1 табл., 1 пр.
Устройство может быть использовано вблизи аэродромов, на аэрокосмических и ракетных комплексах, на нефтехранилищах, в местах работ с опасным топливом или материалами, на складах пиротехнических изделий, для защиты лесов от пожаров и других объектах при угрозе поражения грозовым разрядом. Устройство содержит генератор фейерверочного типа. Снабжено измерителем грозового импульса и пиротехническим составом. Пиротехнический состав образует ионизированный канал в атмосфере в результате термоионизации щелочных металлов. Измеритель грозового импульса управляет устройством запуска пиротехнического заряда из одноствольной или многоствольной пусковой установки при приближении грозового облака. Обеспечивается безопасность для окружающей среды и оперативность воздействия.

Устройство коррекции погодных условий может быть использовано для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях. Устройство содержит линейный ускоритель (1) для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости в составе секции инжекции электронов (2) и выходной секции (3). Выходная секция работает в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора. Торец (5) выходной секции охвачен витками соленоида (6) для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости. Соленоид электрически включен в цепь заземлителя (7) источника питания (8) ускорителя. Ударная ионизация молекул воздуха пучком высокоэнергетичных электронов от ускорителя позволяет ускорить коагуляцию молекул водяного пара на ионах и увеличить мощность и турбулентность восходящего конвективного потока ионов. Устройство обеспечивает большую скорость ионообразования и, как следствие, сокращение интервала времени до выпадения осадков после включения установки. 5 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в системе городского экологического мониторинга. Способ оперативного контроля атмосферных загрязнений локальных территорий включает использование специализированной передвижной экологической лаборатории с прицепом для осуществления одновременного отбора и экспресс-анализа как проб атмосферного воздуха, воды и почвы в подфакельной зоне предполагаемого i-гo источника сверхнормативного загрязнения с учетом метеорологических характеристик, так и проб промышленных выбросов, а также замеры аэродинамических параметров непосредственно на предполагаемом i-м источнике сверхнормативного загрязнения в трубе для определения мощности выброса вредных веществ (г/с). Далее идет автоматическая передача результатов исследования посредством мобильного интернета в ЭВМ, установленного в специализированной передвижной экологической лаборатории, непрерывное сопоставление с помощью ЭВМ данных компонентно-концентрационного состава проб промышленных выбросов и атмосферного воздуха, воды и почвы, получаемых в режиме реального времени, и одновременный расчет точного процентного вклада выбросов i-гo источника в общий уровень загрязнения локальной территории и выдача специалистами группы оперативного контроля результатов проведенных исследований. Предлагаемый способ контроля атмосферных загрязнений локальных территорий обеспечивает экспресс-анализ проб атмосферного воздуха, воды и почвы как в подфакельной зоне предполагаемого i-гo источника сверхнормативного загрязнения с учетом метеорологических характеристик, так и промышленных выбросов, точный расчет вклада источника промышленных выбросов в общий уровень загрязнения воздуха и оперативное выявление на локальных территориях источников возможного загрязнения атмосферного воздуха. 1 табл., 3 ил.

Устройство предназначено для рассеивания тумана на контролируемой территории, где требуется обеспечение дальности видимости, а именно на аэродромах, скоростных автодорогах, морских портах, открытых площадках для проведения мероприятий и т.п., и может быть использовано для формирования воздушных потоков с большим значением поперечного сечения сформированной струи при вентиляции воздушного пространства на большой территории, в карьерах, а также в устройствах очистки газовых потоков от аэрозольных частиц. Устройство содержит заземленную электропроводную сетку (3). Сетка установлена на раме. Вдоль поверхности сетки установлены коронирующие электроды (5). Электроды соединены с высоковольтным источником питания (6). Рама изготовлена из электроизоляционного материала и выполнена в виде сотовой панели. Торцы ребер (2) сотовых ячеек (1) рамы совпадают и соединены с контурами ячеек электропроводной сетки. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области активных воздействий на метеорологические процессы для предотвращения сильных снегопадов и ливневых дождей, борьбы с лесными пожарами, градобитиями, засухой и другими опасными погодными явлениями. Для искусственного регулирования осадков интенсифицируют искусственное облакообразование путем доставки количества воды в виде капель водяного аэрозоля различного радиуса. Капли аэрозоля вводят в зону атмосферы с относительной влажностью воздуха, близкой к насыщающей над поверхностью льда. Устройство для реализации способа содержит на борту воздушного судна измерительные приборы метеорологических величин в атмосфере, струйные форсунки, емкости с реагентом и управляющее устройство. Управляющее устройство включает наземный управляющий комплекс в составе вычислительного устройства, наземного контроллера, аппаратуры приема-передачи информации. Аппаратура передачи информации соединена между собой каналами связи. Изобретение обеспечивает повышение эффективности засева облачности водой. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Оросительная система включает водоисточник, энергетическую установку (ЭУ), насос, распределительный трубопровод и подключенные к нему поливные трубопроводы (ПТ) с мелкодисперсными распылителями. Распылители выполнены в виде генераторов аэрозоля (ГА), каждый из которых оборудован системой дистанционного управления и состоит из корпуса с установленным в нем электродвигателем с вентилятором, двух групп форсунок. Первая группа подключена через клапан, снабженный управляющим контроллером (УК), к ПТ. Вторая группа - к насосу высокого давления. Насос подключен к ПТ через аналогичный клапан. Корпус ГА оборудован механизмами поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 180°, снабженными электроприводами с УК. Электрооборудование ГА подключено к кабелю, проложенному вдоль ПТ от ЭУ. УК объединены беспроводной связью с центральным компьютером, получающим информацию в режиме реального времени от автоматизированного измерительного комплекса, включающего датчики влажности и температуры почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления движения приземного ветра. Технический результат - предотвращение ущерба от засухи. 4 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и сельского хозяйства. Способ включает длительное воздействие на локальную область атмосферы тепловым лучом сфокусированного солнечного потока. Луч получают с помощью оптической линзы многокилометровых размеров. Линзу создают в ионосфере при воздействии на нее направленным лучом СВЧ излучения с изменяемой длиной волны и мощностью излучения, для регулирования диэлектрической проницаемости ионосферы. Частота излучения должна быть ниже критической. Фокальная плоскость создаваемой линзы располагается у поверхности Земли. Обеспечивается сдвиг и эффективное разрушение циклонов. 5 ил.
Наверх