Моделирование особенностей распространения электромагнитного излучения СВЧ диапазона в ионосфере и в ионизированной атмосфере, важных для обеспечения работы радиотехнических систем

Проект посвящен исследованию взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ диапазона с ионизованными зонами в атмосфере Земли (включая ионосферу и грозовые облака).Имеет большое фундаментальное значение для лучшего понимания процессов распространения радиоволн и для таких приложений, как космическая связь, радиолокация, радионавигация, сотовая связь в условиях грозы и т.д. Получение новых данных о процессах взаимодействия СВЧ излучения с ионизированной средой является актуальной задачей, решение которой в конечном итоге, способствует совершенствованию радиотехнических систем. При взаимодействии СВЧ излучения различных источников с указанными средами обычно имеют место ослабление сигнала, хаотические изменения его амплитуды, фазы, частоты, поляризации и направления отражения. Эти явления зачастую нарушают работу приемно-передающих радиосистем разного назначения, включая системы радиосвязи, локации, навигации, вещания и т.д. Ионизированные области атмосферы и ионосферные слои могут ослаблять или искажать СВЧ сигналы, источниками которых являются различные естественные и техногенные события, что создает дополнительные трудности в работе приемных систем, развернутых для мониторинга геофизической обстановки. Сюда же можно отнести проблему оценки величины на поверхности Земли электромагнитного импульса, образующегося при высотном высокоэнергетическом событии. Для установления характера воздействия неоднородной ионизированной среды на распространение радиоволн диапазона СВЧ требуется физическое моделирование, предполагающее численные и, самое главное, лабораторные эксперименты. Для постановки таких исследований, помимо специальной генерирующей и приемной радиоаппаратуры в СВЧ диапазоне, необходимы, прежде всего, экспериментальные установки, обеспечивающие физическое масштабное моделирование ионосферной плазмы и грозовых облаков. При этом исполнителями работы (ФГУП РФЯЦ ВНИИТФ иИПФ РАН) будут использоваться уникальные исследовательские установки (http://vniitf.ru/velk-business), позволяющая осуществлять физическое моделирование грозовой ячейки.Основной акцент ставится на эффекты при распространении СВЧ излучения через структуры, типичные именно для грозовых облаков, то есть содержащие сильно заряженные аэрозольные частицы воды. Значительная часть данного проекта посвящена лабораторному моделированию взаимодействия СВЧ излучения с ионосферой. Проведение таких исследований в лабораторных условиях стало возможным с созданием ИПФ РАН стенда «Крот», входящего в состав УНУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов ИПФ РАН» (http://unu.iapras.ru/). В проекте ИПФ РАН предполагается основным соисполнителем. Стенд «Крот» в большом объеме – до нескольких десятков кубических метров - позволяет создавать плазму, являющуюся моделью ионосферы. Благодаря наличию у исполнителей проекта необходимой радиотехнической аппаратуры, на установке «Крот» будут установлены особенности распространения СВЧ излучения в ионосфере, в том числе – при наличии неоднородных структур ионизации различного масштаба. В рамках проекта впервые в мировой практике, благодаря уникальным научным установкам, позволяющим проводить физическое моделирование таких объектов, как ионосфера и грозовое облако, будут проведены детальные лабораторные исследования влияния параметров этих объектов на процесс распространения излучения в СВЧ диапазоне. Параметры моделей ионизованных зон при исследованиях будут изменяться в широких пределах, соответствующих различным условиям и сценариям эволюции ионизированных областей атмосферы и ионосферы. Полученные при выполнении проекта научные результаты в дальнейшем могут быть использованы для решения задач двойного назначения, включая совершенствование систем связи (в том числе космической), радиолокации, радионавигации, телеуправления, радиоэлектронной борьбы и других радиосистем, в том числе в условиях высокой электрической активности атмосферы – при грозе. Результаты проекта позволят выработать рекомендации по управлению частотой и мощностью радиосистем (в том числе и военного назначения) с целью исключения срывов их работы при грозах, взрывах, возмущениях ионосферы из-за магнитных бурь или высокоэнергетических событий.