Спосіб передачі інформації через плазму з літальних апаратів, що спускаються з космосу

Реферат: Спосіб передачі інформації через плазму з літальних апаратів, що спускаються з космосу, включає створення в плазмі зовнішніх електромагнітних полів і випромінювання в цю область плазми радіосигналу. В плазмі створюють поздовжнє електричне поле, наприклад, шляхом зміни в часі напруженості магнітного поля, випромінювання радіосигналу проводять на поздовжніх хвилях, а як антену використовують плоский зонд. UA 90257 U (54) СПОСІБ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ЧЕРЕЗ ПЛАЗМУ З ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ, ЩО СПУСКАЮТЬСЯ З КОСМОСУ UA 90257 U UA 90257 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до радіотехніки і може бути використана в системах зв'язку літальних апаратів, що спускаються з космосу на землю з гіперзвуковою швидкістю, особливо на малих висотах польоту. Відомі пристрої для забезпечення радіозв'язку через плазму ударної хвилі, які використовують модульовані рентгенівські випромінювання [1], нейтронні та електронні потоки [2]. Недоліками цих пристроїв є використання спеціальних складних елементів для захисту від випромінювань, велика вага захисного пристрою. Відомі способи, які змінюють електродинамічні властивості плазми зовнішнім магнітним полем великої магнітної індукції. Це створює передумови для проходження радіохвиль через плазму [3]. В патенті США розглядається зміна параметрів плазми за рахунок створення в ній сильних електростатичних полів [4]. Недоліками цих пристроїв є великі енерговитрати, використання громіздких елементів з великою масою. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого технічного рішення є спосіб для забезпечення радіозв'язку через плазму ударної хвилі, який опублікований в роботі [5]. Основними операціями даного способу є безперервне випромінювання НВЧ хвилі з борта літального апарата по напрямку до обмеженої області плазми ударної хвилі, яка дорівнює по порядку величини довжини хвилі радіосигналу, що випромінює, і безперервне випромінювання радіосигналу в область НВЧ впливу. Недоліками відомого способу є сильна залежність ефективності передачі інформації від висоти польоту, припинення передачі інформації на висоті польоту менше 40 кілометрів, порівняно великі енергетичні витрати. Ці недоліки обумовлені наступними причинами. Операція випромінювання НВЧ хвилі з борта літального апарата по напрямку до обмеженої області плазми ударної хвилі приводить до нагріву електронної компоненти плазми [6]. При цьому збільшується швидкість електронів у плазмі, зростає частота зіткнень електронів з іншими компонентами плазми (іонами, атомами). При зіткненнями електронів з атомами, які мають електронегативну спорідненість до електрона (наприклад, кисень, хлор, фтор і ін.) відбувається захоплення цих електронів атомами й утворюються негативні іони за рахунок так називаного ефекту "прилипання" [7]. При цьому концентрація вільних електронів в плазмі зменшується, що дає радіосигналу проходити через плазму [8]. Однак енергія нагрівання електронів не повинна перевершувати якогось критичного значення. Коли вона стане порівнянною з енергією іонізації, то за рахунок зіткнень концентрація вільних електронів навіть буде зростати [9]. Тому потужність НВЧ випромінювання повинна бути обмежена зверху. Але це приводить до зменшення ефективності способу. При зменшенні висоти польоту щільність плазми сильно зростає, що приводить до зменшення глибини проникнення НВЧ поля в плазму, а отже, зменшується товщина області нейтралізації плазми за рахунок ефекту прилипання. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб передачі інформації через плазму з літальних апаратів, що спускаються з космосу, шляхом збудження поздовжніх ленгмюрівських хвиль, що дозволяє зменшити залежність ефективності передачі інформації від висоти польоту, забезпечити можливість передачі інформації на висоті польоту менше 40 кілометрів, знизити енергетичні витрати. Поставлена задача вирішується тим, що в способі передачі інформації через плазму з літальних апаратів, що спускаються з космосу, що включає створення в плазмі зовнішніх електромагнітних полів і випромінювання в цю область плазми радіосигналу, в плазмі створюють поздовжнє електричне поле, наприклад, шляхом зміни в часі напруженості магнітного поля, випромінювання радіосигналу проводять на поздовжніх хвилях, а як антену використовують плоский зонд. Таким чином, створення у плазмі поздовжнього електричного поля, наприклад, шляхом зміни в часі напруженості магнітного поля, проведення випромінювання радіосигналу на поздовжніх хвилях, використовування як антени плоского зонда, дозволяє зменшити залежність ефективності передачі інформації від висоти польоту, забезпечити можливість передачі інформації на висоті польоту менше 40 кілометрів, знизити енергетичні витрати. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де показана структурна схема пристрою, що реалізує запропонований спосіб. Пристрій складається з плазми 1 ударної хвилі 2, приладу 3, який створює поздовжнє електричне поле, силові лінії якого позначені цифрою 4, передавач 5, з'єднаний з випромінювачем 6 (електричний зонд) і літальний апарат 7. Запропонований спосіб здійснюється в такий спосіб. В плазмі 1 ударної хвилі 2 створюють поздовжнє електричне поле за допомогою приладу 3, наприклад, шляхом зміни в часі напруженості магнітного поля, силові лінії якого позначені цифрою 4. При цьому здійснюють 1 UA 90257 U 5 збудження поздовжніх ленгмюрівських хвиль, для чого служить передавач 5, з'єднаний з випромінювачем 6 у вигляді електричного зонда, розміщеного на літальному апараті 7. Сигнали, які утворюються при цьому (поперечні плазмові хвилі), поширюються уздовж плазми від літального апарата 7 і на границі ударної хвилі 2 трансформуються в поперечне електромагнітне випромінювання, яке може бути зареєстровано наземними приймачами. Для виводу випромінювання в вільний простір довжина хвилі коливань, що збуджуються, повинна  10 15 20 25  задовольняти умові 10 8 10 9 / d , де d - товщина плазмового шару з щільністю, більш критичною, а амплітуда поздовжній електричної хвилі не повинна бути менше 10 В. В основу запропонованого способу покладений ефект регенерації випромінювання в обмеженій плазмі [10]. Суть цього ефекту полягає в наступному. Якщо на плазмовий утвір падає поперечна електромагнітна хвиля, то вона відбивається в тій точці, де показник переломлення рівний нулю [11]. При цьому хвиля проникає у щільну плазму на глибину порядку дебаївського радіуса плазми  Д [12]. Однак з падаючій на область непрозорості хвилею зв'язаний і струм, який можна розділити на струм теплових і резонансних часток [13]. Ці струми проникають углиб області непрозорості на відстані більш дебаївського шару. При цьому теплові струми внаслідок розфокусування загасають швидше, Основна причина їх порівняно швидкого загасання є зіткнення з частками плазми [14]. Для резонансних часток, які мають швидкості руху, близькі до фазової швидкості, поширення хвилі загасання значно слабкіше. Тому ці струми будуть проходити далі в плазмовий шар, а на границі цього шару, яка звернена до вільного простору, вони будуть випромінювати за рахунок черенковського механізму [15]. Основна задача полягає в тому, щоб забезпечити умови, при яких характерна довжина поширення цих струмів (часток) була не меншою товщини плазмового шару великої щільності. Якщо в плазмі спеціально не створювати зовнішнє повздовжнє електричне поле, то умова регенерації хвилі, яка пройшла через плазму, має вигляд   d  V / V 2 ф  1, де  - частота коливань в плазмі; V 2 ф фазова швидкість поширення хвилі в плазмі; V розкид часток по швидкостях. Так як V  Vф   / ,   Vгр , де Vгр - групова швидкість хвилі;   Imk - уявна частина хвилевого числа, то, наприклад, для ленгмюрівських коливань з законом дисперсії виду 30        pe exp  1/ 2k 2 Д 2 /k 2 Д 2 , 8   pe 1  3k 2 Д 2 / 2 ,   де pe плазмова  частота  коливань. Вважаючи, що плазмовий фронт великої щільності досить товстий k  Д  1 , отримуємо умову для вибору несучій частоти роботи передавача d    1. Для типових  35 40  параметрів плазми [16] ця умова виконується при   10 9 10 10 Гц (при d~10 см). Таким чином, аналіз можливості використання резонансних часток показав, що без зовнішнього впливу на плазму забезпечити передачу інформації можливо тільки порівняно на великих частотах. Характерно, що ці частоти по своєї величині близькі до значення частот, які забезпечують проходження хвиль через плазмовий бар'єр. Це зв'язане з існуванням розфазування резонансних часток. Для зменшення інтенсивності цього процесу запропоноване використовувати прискорення часток перепадом потенціалу U . В цьому випадку для несучої частоти повинна виконуватися умова d    1  2U / mV 2ф      3/2 . 2 Для плазми ударної хвилі mV ф / 2 ~ 1 еВ, тому при U ~ 10 еВ  45 50     ~ 10 8 10 9 / d  10 7 10 8 Гц (при d  10 см). Для створення електричних полів в плазмі доцільне використовувати індукційні методи (наприклад, шляхом змінення в часу магнітного поля) [17]. На відміну від відомих способів у запропонованому способі збільшення ступеня іонізації плазми ударної хвилі тільки поліпшує умову поширення резонансних часток, полегшує перенос резонансних часток на більші відстані, підвищує інтенсивність черенковського випромінювання. Створення у плазмі поздовжнього електричного поля шляхом зміни в часі напруженості магнітного поля, проведення випромінювання радіосигналу на поздовжніх хвилях дозволяє зменшити залежність ефективності передачі інформації від висоти польоту, забезпечити 2 UA 90257 U 5 10 15 20 25 можливість передачі інформації на висоті польоту менше 40 кілометрів, знизити енергетичні витрати. Джерела інформації: 1. Патент США № 3404278, кл. 255-199 от 1.10.1965. 2. Тейлор Д. Зарубежная электроника, 1962. - № 2. - С. 76-89. 3. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. - М.: ФМ, 1960. - С. 3032. 4. США, №3296531, 1961, кл. 325-65. 5. Радиотехнические системы в ракетной технике. - Под ред. В.И. Галкина. - М.: Воениздат, 1974. - С. 280-287 - прототип. 6. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. - М.: ФМ, 1960. - С. 503505. 7. Энгель А. Ионизованные газы. - М.: ФМ. 1960. 8. Андреев Д.Н. Органический синтез в электрических разрядах. - М.: АН СССР, 1958. 9. Мак-Таггарт Плазмохимические реакции в электрических разрядах. - М.: Атомиздат. 1972. 10. Ландау Л.Д. /ЖЭТФ, 1946. - Т. 16. - С. 574. 11. Уортон Ч. Микроволновая диагностика./Сб. Диагностика плазмы/ под. ред. Р. Хаддлстоуна и С. Леонарда. - М.: Мир, 1967. - С. 400-403. 12. Голант В.Е. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы. - М.: Наука, 1968. - С. 34. 13. Власов А.А. - М.: ГИТТЛ, 1950. - Глава 4. 14. Ерохин Н.С., Моисеев С.С. /Сб. Вопросы теории плазмы. - М.: Атомиздат, 1971. - Вып. 7. 15. Ерохин Н.С. и др. /ЖЭТФ, 1971. - Т. 61. - № 2(8). 16. Мартин Д. Bxoд в атмосферу. - М.: ИЛ, 1959. - С. 131-132. 17. Яворский Б. Справочник по фишке. - М.: Атомиздат, 1964. - С. 418. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб передачі інформації через плазму з літальних апаратів, що спускаються з космосу, що включає створення в плазмі зовнішніх електромагнітних полів і випромінювання в цю область плазми радіосигналу, який відрізняється тим, що в плазмі створюють поздовжнє електричне поле, наприклад, шляхом зміни в часі напруженості магнітного поля, випромінювання радіосигналу проводять на поздовжніх хвилях, як антену використовують плоский зонд. 3 UA 90257 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4