Влияние СВЧ пучков на атмосферу Земли

     Запуск спутников и космических станций в космос - не единственный путь вмешательства человека в космические процессы. Есть и более сильные, так называемые, активные эксперименты: создание бариевых облаков, зажигание пучково-плазменных разрядов, имитирующих вторжение в ионосферу потоков быстрых частиц, нагрев электронов и возбуждение различного рода неустойкивостей пусками мощного радиоизлучения в F - и D-областях ионосферы. Однако разрабатываться новые идеи активного воздействия на стратосферу и мезосферу нашей планеты. Речь пойдет о создании на высотах 30-60 км искусственных ионизированных облаков - областей (ИИО) с помощью пучков мощных импульсов ВЧ- и СВЧ-волн.

     Еще в начале века гений радио- и электротехники Никола Тесла исследовал свойства ВЧ-разрядов и предполагал их использовать для передачи энергии на дальние расстояния через верхние слои атмосферы. В тридцатые годы В.Бейли предлагая создавать ИИО с помощью разряда на гирорезонансе. В сороковые-пятидесятый годы советский изобретатель Г.И.Вайат предложил освещать города с помощью искусственного солнца - ВЧ разряда, зажигаемого на пересечении двух пучков мощных радиоволн.

     В настоящее время можно представить две схемы создания ИИО. В первой (рис. 1) два когерентных пучка мощных СВЧ волн, интенсивностью в каждом ниже порога пробоя атмосферы, пересекаются на высоте 30-60 км. В месте их пересечения поле выбирается выше пробойного, в результате чего возникает электронная лавина и образуется плазменное облако с электронной концентрацией, достаточно высокой для того, чтобы можно было отражать волны более низких частот, чем частота излучения, создающего ИИО. Предполагалось, что такое ИИО может быть использовано для длительной ретрансляции радио и телевизионных передач и для связи на длинах волн вплоть до СВЧ-диапазона, если только поддерживать в ИИО достаточно высокую среднюю концентрацию электронов с помощью последовательности мощных импульсов излучения.

Рис 1. Схема создания ИИО. 1,2 – антенны формирующие СВЧ пучки, 3 - пучки СВЧ излучения, 4 - ИИ0, 5 -отраженное от ИИО радиоизлучение, 6 - передающая антенна ретранслятора. 

     Другая схема создания ИИО предполагает моделирование искусственной D-области ионосферы на высотах 65-85 км. В этом случае предлагается использовать один импульсный пучок радиоизлучения в метровом диапазоне волн, При сфокусированном пучке излучения в области фокуса, поле превысит пороговое поле для пробоя воздуха, также возникнет протяженная ионизированная область, захватывающая часть каустики пучка.

     Необходимо  задуматься об экологической стороне вопроса, т.к. 30-60 км - это те высоты, на которых располагается озоновый слой Земли. Озон образуется в стратосфере в тройных столкновениях молекулярного и атомарного кислорода, возникающего в результате фотодиссоциации кислорода под действием ультрафиолета Солнца с длиной волн квантов, короче 240 нм:

     Баланс озона в стратосфере на 75% определяется его потерями в каталитической реакции с оксидом азота природного происхождения:

     Оказывается, что свободно локализованный СВЧ разряд является эффективным источником образования окислов рота, которые многократно вступают в реакцию, уничтожая 10⁴ - 10⁵ молекул озона. Кроме того, он должен быть эффективен и для образования озона, т.к. в разряде идет диссоциация кислорода электронным ударом:

     Казалось бы, достаточно обеспечить природное соотношение озона и оксидов а разряде, и изменения стационарной концентрации озона в стратосфере не произойдет. Но природа устроена значительно сложнее. Оказалось, что время установления стационарной концентрации озона после выключения разряда - несколько суток, тогда как оксиды жийуг десятки лет, поэтому любое повышение концентрации оксидов ведет к длительному (на десятки лет) стационарному понижению концентрации озона.

     В лабораторных экспериментах показано, что образование оксидов регистрируется и визуально по возникновению бурого непрозрачного газа (NO₂) сильно поглощающего свет. Эта светоиндуцированная непрозрачность атмосферы должна уменьшить приход солнечного света к поверхности Земли ("ослепление неба") и вызвать понижение температуры ее поверхности. Явление названо СВЧ зимой по аналогии с "ядерной зимой", связанной с перехватом солнечного излучения облаками пыли, дыма и т.д. от пожаров и разрушений.

     Однако есть и некоторые возможности использовать мощнее радиоизлучение для очистки атмосферы. Недавно предложена схема удаления фреонов из атмосферы. Смысл этих предложений в следующем. Если подогреть мощным радиолучом электроны D-слоя, то эффективно пойдет реакция диссоциативного прилипания электронов к фреонам, например:

      .

     Отрицательные ионы хлора уже не вступают в реакции с озоном и могут быть выведены за пределы атмосферы в результате их дрейфа в электрическом поле Земли и соединения с атомарным водородом или радикалами воды. При этом реакция диссоциативного прилипания эффективно идет также в результате увеличения электронной концентрации в D-слое при увеличении радиоизлучением температуры электронов.

     Человечество имеет сейчас в своих руках мощное средство воздействия на стратосферу и мезосферу. Печальный опыт человеческой деятельности показывает, что было бы опаснейшей авантюрой пускаться в настоящее время в активные эксперименты с использованием этих мощных радиосредств.