Исследование искусственной ионосферной турбулентности с помощью искусственного радиоизлучения ионосферы и эффекта стрикционного самовоздействия волны накачки тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

КОТОВ Павел Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ИОНОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ИОНОСФЕРЫ И ЭФФЕКТА СТРИКЦИОННОГО САМОВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЛНЫ НАКАЧКИ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 1 лП?

Нижний Новгород - 2011

4844217

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник С.М. Грач

доктор физико-математических наук, профессор Г.А. Марков кандидат физико-математических наук М.В. Стародубцев

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова (г. Троицк)

/

Защита состоится « У » 2011 г. в /5 на

заседании диссертационного совета Д 212.166.07 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. /. ауд.

Чго.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного Университета им. Н.И. Лобачевского. Автореферат разослан « / » Л^ьО-Р 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф.-м.н., доцент

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы.

Околоземная плазма, в частности ионосфера, представляет собой удобный объект для изучения турбулентности магнитоактивной плазмы, как в естественных условиях, так и при различных искусственных воздействиях (излучение радиоволн с Земли и космических аппаратов, инжекция пучков заряженных частиц и различных химических реагентов). Систематические исследования процессов нелинейного взаимодействия мощного коротковолнового радиоизлучения с ионосферной плазмой начали проводиться с 70-х гг. в СССР и США. В настоящее время экспериментальные исследования искусственной турбулентности ионосферы, возникающей в поле мощных KB радиоволн, проводятся на нагревных стендах (радиокомплексах) «Сура» (ФГНУ НИРФИ, Россия), EISCAT (Тромсе, Норвегия), HAARP и HIPAS (Аляска, США), SPEAR на о. Шпицберген. Диагностика возмущенной области ионосферы осуществляется различными радиофизическими методами: с помощью ее зондирования и просвечивания радиоволнами KB, УКВ и СВЧ диапазонов (пробные волны, ракурсное рассеяние, резонансное рассеяние, радары когерентного и некогерентного рассеяния), а также при измерениях излучения из возмущенной области в оптическом и радио диапазонах; ряд исследований был проведен при запусках геофизических ракет через возмущенную область. В экспериментах изучаются различные искусственные возмущения F-области ионосферы: структура пространственного и частотного спектра квазипотенциальных волн; пространственные спектры и динамика искусственных неоднородностей электронной концентрации различных масштабов; дополнительная ионизация и оптическое свечение, вызываемые электронами, ускоренными плазменными волнами; искусственное радиоизлучение ионосферы; проникновение искусственной турбулентности плазмы во внешнюю ионосферу и др. Теоретический анализ полученных данных позволяет развивать современные представления о физике плазмы, находящейся в высокочастотном электрическом поле, инициировал развитие теории тепловых параметрических явлений в столкновительной магнитоактивной плазме. Активно исследуются возможности и эффективность захвата верхнегибридных волн в мелкомасштабные неоднородности, вытянутые вдоль геомагнитного поля, различные режимы ускорения электронов ленгмюровскими / и верхнегибридными волнами и, т. д. Актуальность проблемы исследований '' определяется необходимостью более глубокого понимания природы естест-% венных и антропогенных возмущений параметров околоземной среды, их \ влияния на работу телекоммуникационных систем наземного и космического базирования, а также поисками возможностей контроля системы «ионосфера-магнитосфера».

Необходимость изучения закономерностей поведения плазменной турбулентности в реальных средах ставит серьезные задачи получения из эксперимента как можно более полной информации о процессах, протекающих в магнитоактивной неоднородной плазме. В последнее время с быстрым развитием цифровой техники значительно выросли возможности получения информации об окружающей среде с помощью радиофизических методов. В диссертации с помощью комбинации традиционных (вертикальное зондирование ионосферы, измерение стационарных спектров принимаемого излучения с помощью последовательного приема в исследуемой полосе частот) и современных (регистрация сигналов в широкой полосе частот с высоким временным разрешением с помощью быстродействующих АЦП с высоким динамическим диапазоном и их последующим спектральным анализом) методов удалось получить существенно новую информацию о поведении ионосферной плазмы в поле мощных радиоволн и заметно продвинуться в понимании физической картины происходящих явлений. Это и определило актуальность темы диссертационной работы.

Цель работы.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование характеристик искусственной ионосферной турбулентности (ИИТ) при различных условиях ее возбуждения с помощью анализа самовоздействия мощной радиоволны (волны накачки, ВН) и свойств искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ).

Это, во-первых, исследования свойств ИИТ на начальной стадии ее развития (стадии стрикционной параметрической неустойчивости, (СПН)) в зависимости от частоты ВН jo, ее мощности Рй и времени суток. Во-вторых, анализ свойств ИРИ на стационарной стадии воздействия (стадии тепловой параметрической неустойчивости, ТПН) во всём диапазоне рабочих частот стенда «Сура» 4.3</о<9.5 МГц. В-третьих, это детальное исследование поведения спектров ИРИ в зависимости от частоты воздействия f0 вблизи электронных гирогармоник, fo~nfc. В соответствии с геофизическими условиями эти исследования проводились при и=4,5. В четвёртых, это анализ конкуренции ленгмюровской турбулентности, возникающей в результате развития СПН, и верхнегибридной турбулентности, возникающей в результате развития ТПН, при переходе от непрерывного режима нагрева ионосферы мощным KB радиоизлучением к импульсному режиму с малой скважностью.

Методы исследования.

Исследования искусственной турбулентности ионосферной плазмы проводились в ФГНУ НИРФИ на специализированном стенде «Сура», расположенном в 140 км к востоку от Нижнего Новгорода в р/п Васильсурск (географические координаты 56.1°с.ш. и 46.1°в.д.). Приемо-передающий комплекс стенда оснащен тремя независимыми передающими секциями с общей эффективной мощностью излучения 150 - 300 МВт и автоматизированной системой управления. Диапазон рабочих стенда «Сура» составляет

4.3 - 9.5МГц, мощность передатчиков Р=250 кВтхЗ = 750 кВт, коэффициент усиления антенной системы стенда составляет G = 200 380. Стенд «Сура» оснащен цифровым ионозондом «Базис», регистраторами искусственного радиоизлучения ионосферы. Для регистрации ИРИ и отраженного от ионосферы сигнала волны накачки использовались программируемый спектрнализатор НР3585А, несколько профессиональных KB приемников «Катран», многофункциональные платы АЦП AT-MI016-E2 и L1450-32, персональные компьютеры типа «Pentium» и оригинальное программное обеспечение, созданное на основе языка графического программирования «LabVIEW»; многофункциональное трехканальное KB радиоприемное устройство (РПУ) с диапазоном частот 1-30 МГц и динамическим диапазоном 90 дБ, сопряженное с системой цифровой обработки сигнала промежуточной частоты 2500 кГц в полосе до 500 кГц, позволяющее проводить регистрацию, фильтрацию и спектральную обработку радиосигналов в реальном времени.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований характеристик эффекта стрикционного самовоздействия ВН и динамики ИРИ на начальной стадии воздействия ВН на ионосферу, а также сопоставление данных эксперимента с существующими теоретическими представлениями о стрикционной параметрической неустойчивости в ионосферной плазме.

2. Результаты анализа поведения стационарных спектров ИРИ в зависимости от частоты накачки во всем диапазоне рабочих частот стенда «Сура».

3. Результаты экспериментальных исследований зависимости стационарных спектров ИРИ от частоты волны накачки в узких областях частот вблизи 4-й и 5-й гармоник электронной циклотронной частоты, выводы о свойствах ИРИ и ИИТ при таких частотах волны накачки.

4. Результаты анализа экспериментальных исследований динамики ИРИ на стадии перехода режима излучения волны накачки из непрерывного в импульсный с большой скважностью.

Научная новизна.

1. На основе экспериментальных исследований эффекта ССВ и теоретических представлений об СПН определены пороговые поля и инкременты СПН в ионосфере в зависимости от частоты ВН и высоты её отражения, а также времени суток.

2. Детально изучены морфологические характеристики (форма спектра, интенсивность) ИРИ во всем диапазоне частот стенда «Сура» при стационарном (длительном) воздействии на ионосферу.

3. По оригинально разработанной методике детально исследованы основные характеристики различных спектральных компонент ИРИ в узких областях частот ВН вблизи 4-й и 5-й электронных гирогармоник; сделаны выводы о физических механизмах генерации различных компонент ИРИ,

уточнен метод определения электронной циклотронной частоты и плотности плазмы в области взаимодействия мощной радиоволны с ионосферой.

4. Исследован процесс конкуренции различных механизмов возбуждения турбулентности на стадии релаксации искусственных мелкомасштабных неоднородностей.

Практическая значимость работы.

Результаты работы являются основой для развития новых методов дистанционной диагностики искусственных и естественных ионосферных возмущений, построения наиболее полной физической картины явлений, происходящих при взаимодействии мощных высокочастотных электромагнитных волн в магнитоактивной плазмой, в частности, КВ радиоволн с ионосферой Земли. Методика проведения экспериментов планируется к использованию при проведении исследований на стенде НАДИР. Полученные результаты представляют несомненный интерес для сообщества исследователей, ведущих работы на нагревных стендах «Сура», Е18САТ, НААШ\ АгеаЬо, а также для следующих организаций и учреждений РФ: ФИАН им. П.Н. Лебедева, ФГНУ НИРФИ, ИПФ РАН, ИКИ РАН, ИЗМИР АН, КПФУ, МарГТУ, ААНИИ, СибИЗМИР.

Апробация результатов работы.

Результаты работы неоднократно докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах. Были сделаны доклады на;

• (Седьмой) Научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения В.С.Троицкого, Нижний Новгород, 7 мая 2003 г.; (Восьмой) научной конференции по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б.Н.Гершмана, Нижний Новгород, 7 мая 2004 г. и (Девятой) Научной конференции по радиофизике «Факультет - ровесник Победы»,Нижний Новгород, 7 мая 2005 г.

• У1-ой и УИ-ой Международных Суздальских симпозиумах ШШ. Москва, 2004, 2007 г.

• 35-ой научной ассамблее СОБРАН, Париж, Франция 2004 и 36-ой научной ассамблее СОвРАЛ Пекин, Китай 2006,

• XXI Всероссийской научной конференции по распространению радиоволн, Йошкар-Ола, 2005,

• 8-ой и 9-ой Нижегородской сессии молодых учёных, 2003,2004 г.

По результатам исследований, составивших основу диссертации,

опубликовано 31 научная работа, включая 6 статей в реферируемых журналах.

Работы, результаты которых вошли в диссертацию, были поддержаны проектами РФФИ и ЮТАБ.

Личный вклад автора.

Диссертант принимал непосредственное участие в обсуждении постановки задачи, экспериментальных работах на стенде «Сура», обработке и анализе полученных данных, обсуждении и физической интерпретации результатов. В процессе анализа полученных данных им, в частности, были обнаружены эффект асимметрии в поведении спектров ИРИ при/о<п/и и/о> п/а для наклонного воздействия и восстановление «ленгмюровских» компонент ИРИ при переводе режима излучения волны накачки от непрерывного к импульсному; установлено значение частот ВН и компонент ИРИ вблизи электронных гирогармоник, при которых имеет место максимальное подавление ИРИ.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения четырёх глав и заключения. Общий объём работы - ИЗ, включая 109 страниц основного текста, включая 30 рисунков, а также список литературы из 106 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются ее цели, научная новизна и практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации.

В первой вводной главе дан краткий обзор существующих к настоящему времени представлений о процессах, протекающих в ионосфере под действием мощных радиоволн и приводящих к возбуждению ИИТ, а также современного состояния исследований, проводится постановка проблемы, решаемой в диссертации. Приводятся сведения о начальной стадии воздействия, на которой основную роль играет стрикционная параметрическая неустойчивость (СПИ); описание промежуточной стадии воздействия - генерация «пичков» в спектре отраженного сигнала ВН, - а также генерации верхнегибридной турбулентности и мелкомасштабных неоднородностей, вытянутых вдоль геомагнитного поля, в результате развития тепловой параметрической неустойчивости (ТПН) при длительном (стационарном) воздействии. Приводятся основные сведения об искусственном радиоизлучении ионосферы (ИРИ), ускорении электронов плазменными волнами, оптическом свечении ионосферы. Приводится также описание приемно-передающей системы стенда «Сура».

Вторая глава посвящена результатам исследования характеристик развития нелинейных эффектов на начальной стадии взаимодействия мощного КВ радиоизлучения с плазмой Р-области ионосферы. Экспериментальные измерения были выполнены на нагрев ном стенде «Сура» в широком диапазоне частот волны накачки (4.5 - 9.0 МГц) в различное время суток при различной длительности (0.3 - 100 мс) и мощности воздействующего излучения (1 - 30 МВт). Проведенные измерения позволили исследовать зависимость порогов возбуждения и амплитудно-временных характеристик эффекта

стрикционного самовоздействия волны накачки, а также характеристик релаксации искусственного радиоизлучения ионосферы от параметров воздействия и ионосферных условий. Проведено сопоставление результатов измерений и характеристик развития стрикционной параметрической неустойчивости в ионосферной плазме.

В разделе 2.1 приведены основы теории стрикционной параметрической неустойчивости. Стрикционная параметрическая неустойчивость (СПН) является наиболее быстрым процессом, возникающим вблизи точки отражения мощного радиоизлучения обыкновенной поляризации в первые несколько миллисекунд после его включения. Она развивается вследствие стрикционного выдавливания плазмы из областей с повышенной интенсивностью электрического поля под действием стрикционной силы (силы Миллера).

В ионосфере в результате развития СПН вблизи уровня отражения волны накачки, где - /о2 возбуждаются плазменные волны с частотами ниже ВН, волновыми векторами к) || Н0, и длиной волны порядка нескольких десятков сантиметров, а также низкочастотные возмущения типа ионно-звуковых колебаний с частотой порядка нескольких килогерц. Поскольку в изотермической плазме (где Те ~ Т\, Тс , - температура электронов и ионов, соответственно) ионный звук сильно затухает, то в ионосфере имеет место не столько распадный процесс электромагнитной волны г в плазменную / и ионно-звуковую 5 I + з), сколько индуцированное рассеяние волны накачки в ленгмюровские волны на тепловых ионах.

В неоднородной ионосфере существенным становится разбухание поля вблизи точки отражения ВН, и при увеличении мощности ВН порог СПН достигается сначала в первых максимумах функции Эйри вблизи точки отражения. На эксперименте СПН проявляется, в первую очередь, в виде эффекта стрикционного самовоздействия ВН (ССВ ВН) - как быстрое (за несколько миллисекунд) уменьшение амплитуды отраженного от ионосферы сигнала ВН, - и сопровождается значительным увеличением интенсивности плазменных шумов вблизи уровня отражения мощного радиоизлучения.

Раздел 2.2 описывает методику проведения эксперимента и обработки данных. В мае 2001 г. на нагревном стенде «Сура» были проведены детальные экспериментальные исследования характеристик эффекта ССВ ВН в широком диапазоне частот/ен к 4.5 - 9 МГц в дневное и вечернее время суток (14 ч - 21 ч мск.), когда мощное радиоизлучение отражалось на высотах Б -слоя ионосферы (Ь = 180 - 320 км). Высотные профили плотности ионосферной плазмы определялось с помощью ионограмм, которые снимались в автоматическом 15 минутном режиме с помощью импульсной ионосферной станции «Базис». Максимальная мощность излучения передатчика стенда составляла 200 кВт, что с учетом коэффициента усиления антенно-фидерной системы соответствовало максимальной эффективной мощности излучения РЭфф « 15-30 МВт для используемых частот ВН. Длительность импульсов воздействия на ионосферную плазму варьировалась в пределах ти = 20; 50 и 100 мс с большим периодом повторения Ти = 2 с для исключения эффектов

возбуждения теплового расслоения плазмы, наблюдающихся при длительном нагреве либо большой (>1-2 МВт) средней мощности ВН в результате развития ТПН. Приведено описание определения декремента затухания плазменных волн по измерениям ИРИ, определения пороговой мощности ВН и инкрементов развития СПН по данным измерения ССВ ВН. Приводится также методика расчёта пороговых полей СПН по данным измерений декрементов затухания . плазменных волн и эффекта. ССВ ВН, а также расчёта структуры электрического поля ВН в области отражения с учётом линейного поглощения и данных вертикального зондирования ионосферы.

Далее в разделе 2.3 приводятся экспериментальные результаты, полученные в результате исследования эффекта стрикционного самовоздействия. Показаны зависимости доли теряемой энергии ВН при развитии эффекта стрикционного самовоздействия от максимальной величины электрического поля. Приводятся расчетные значения пороговых полей эффекта ССВ ВН и декрементов затухания плазменных волн для различных сеансов измерений и зависимость Еп от {у/й) Для всего цикла наблюдений. Показана зависимость характерных времен развития эффекта ССВ ВН от величины надпороговости эффекта 5 = ЕЦЕгп.

Раздел 2.4 посвящен обсуждению результатов. Полученные в измерениях зависимости порогового поля эффекта стрикционного самовоздействия (Еп), декрементов затухания ИРИ (у,) и амлитудно-временных характеристик развития эффекта стрикционного самовоздействия от мощности, частоты ВН и ионосферных условий позволяют провести их сопоставление с существующими теоретическими представлениями. Согласно теории СПН, интенсивность порогового поля возбуждения неустойчивости удовлетворяет зависимости вида (Еп)2 ос уЛгс7У(/^т). Поскольку на уровне отражения ВН О-поляризации А^ к /02, для амплитуды порогового поля окончательно имеем £п « Экспериментально наблюдаемая зависимость, полученная для полного цикла измерений, Еп «. {у/о) °'48±0,03 практически совпадает с теоретической.

В общем случае декремент затухания интенсивности плазменных волн определяется выражением V » у, + 2ул + 2уФЭ ~ у, + 2уфэ. Здесь у, я у„ + V,,

частота соударений электронов с ионами и нейтральными частицами, 2ул + 2уФЭ - декременты затухания Ландау на тепловых электронах и фотоэлектронах для интенсивности плазменных волн. В данном случае под фотоэлектронами подразумевается весь спектр сверхтепловых электронов, в том числе и ускоряемых плазменной турбулентностью.

В разделе 2.5 обсуждаются результаты и даются выводы проведенных исследований характеристик эффекта стрикционного самовоздействия ВН и динамики ИРИ которые позволили изучить зависимость пороговых полей возбуждения СПН и декрементов затухания излучения от частоты ВН, высоты её отражения и времени суток.

В третьей главе представлены результаты анализа стационарных спектров ИРИ во всём рабочем диапазоне стенда «Сура» (4.3 </0 < 9.5 МГц), основанные на данных, накопленных в течение 1996 - 2004 г. Основное внимание уделено экспериментальным исследованиям спектров искусственного радиоизлучения ионосферы при быстром свипировании частоты ВН в узкой окрестности четвёртой (и = 4) и пятой 0ч = 5) гармоник электронной циклотронной частоты «/«■ Свипирование частоты^проводилось при длительном (непрерывном) вертикальном и наклонном (14° и 18° к югу от вертикали) воздействии.

В разделе 3.1 описываются свойства основных спектральных компонент ИРИ. Искусственное радиоизлучение ионосферы, наблюдается в экспериментах как слабая (- (50 - 90) дБ) широкополосная (до 200 кГц) шумовая компонента в спектре отраженного от ионосферы сигнала волны накачки (ВН). ИРИ было достаточно подробно изучено ранее. К настоящему времени, установлена классификация различных спектральных компонент ИРИ на основе длительных многолетних исследований стационарных и динамических характеристик ИРИ, выполненных на действующих нагревных стендах (EISCAT, «Сура», HAARP, Arecibo) в частотном диапазоне накачки 2.8 МГц <f0 <10 МГц при различных ионосферных и геофизических условиях (критических частотах ионосферы, наклона магнитного поля Земли к вертикали). В спектре ИРИ присутствуют следующие основные компоненты (см. рис. 1): главный спектральный максимум (downshifted maximum, DM) и его сателлиты 2DM и 3DM; положительный максимум (upshifted maximum, UM), широкий положительный максимум (broad upshifted maximum, BUM), узкополосная и широкополосная компоненты (narrow continuum, NC, broad continuum, ВС), а также широкая положительная структура (broad upshifted structure, BUS), и др.

Рис. 1. Примеры спектров ИРИ в областях над гармоникой (II)/а - 5455 кГц и в области сильного излучения (III)/ц = 5745 кГц

В разделе 3.2 представлены результаты систематического исследования зависимости стационарных (при длительном нагреве) спектров искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ) от частоты волны накачки /о. Исследования были выполнены на стенде «Сура» в частотном диапазоне 4.3 </о < 9.5 МГц с различным шагом частот накачки от 1 кГц вблизи гиро-гармоник п/се от п = 4 до п = 7 (здесь спектры ИРИ существенно изменяются при малых изменениях Уо). До 20 - 50 кГц между гирогармониками. Результаты основаны на данных, накопленных в течение 1996 - 2004 гг. Установлены и подробно изучены основные тенденции в поведении самых интенсивных спектральных компонент ИРИ (их максимальные и полные интенсивности, и позиции в спектре) в зависимости от /0. Основное внимание обращено на сравнительный анализ поведения всех компонент ИРИ во всем частотном диапазоне ВН. Полученные результаты подтвердили цикличность спектров ИРИ, то есть подобная зависимость спектральной формы ИРИ (и всех компонент ИРИ) на частоте накачки /а между последовательными гирогармониками и/се <Л<(п+ 1)/« для всех номеров гармоники, 3 < п < 7. Такая цикличность сопровождается, однако, рядом особенностей в зависимости спектров и интенсивностей ИРИ от /0 (и для общих характеристик (раздел 3.2) и для отдельных компонент (подразделы 3.2.1 - 3.2.6 (ОМ, ЦМ, ВС, НС, В1Ж и ВиБ соответственно)) во всем частотном диапазоне стенда «Сура».

Установлено следующее:

1. Интенсивность всех компонент ИРИ в стационарном состоянии максимальны для 4/ёе < /о < 5/с. и уменьшаются с ростом п. Сильный оуегзЬосЛ-эффект в развитие ВС и БМ после включения ВН обеспечивает основное снижение стационарной интенсивности ИРИ для 3/се </а< 4/се. В этом диапазоне максимум интенсивности БМ и ВС за время после включения ВН, сопоставим, и даже превышает ее для 4/се </о < 5/се. Между последовательными гирогармониками существуют пять отличительных частотных диапазонов: (I) "Резонансная область", /0 » Здесь ИРИ подавлено почти полностью, за исключением ВЦМ так же как ЦМ и ЫСР в некоторых случаях (В стационарных спектрах ЫС может быть классифицирован как МСР или РИС. Во всех других диапазонах ЫС - "тепловой КС" или БЫС. (II) "Область выше гармоники", /0 £ я/сс. Здесь ЫС, семейство БМ и ВЦМ присутствуют в спектре, и интенсивность МС и БМ и сателлитов растет с /о, но интенсивность ВЦМ начинает уменьшаться. (III) "Область сильного излучения", /а > и/се. Здесь интенсивны семейство БМ, ЫС, ВС и ВШ присутствует в спектре ИРИ. (IV) "Область слабого излучения",/о < (п+1)/к. Здесь только семейство БМ, КС и ВС наблюдаются в спектре ИРИ, и они намного более слабы, чем в области III. (V) " Область ниже гармоники ",/о < (,п+1)/„. Здесь снова семья БМ и ВС усиливается в спектрах, но ВЦМ еще отсутствует.

2. Для всего частотного диапазона ВН между гирогармониками относительный вклад спектров "каскадного типа" (семейство БМ) по сравнению со спектрами "типа континуума" (ВС первого типа) увеличения с/0, и семейство БМ преобладает над ВС для п> 5. Для узкой Области ниже гармоники (V), наоборот, ВС второго типа преобладает над семейством БМ для и £ 5.

3. Максимальная интенсивность ИМ и ее отстройка частоты Д/им зависят от/о подобно БМ, за исключением узкой резонансной области около гирогармоник. В этой области максимальная интенсивность ЦМ И подавление БМ происходят приблизительно на той же частоте накачки/0 я /0,См, в то время как минимальная интенсивность ЦМ (подавление) и максимальная интенсивность БМ имеет место при меньшей частоте /0 а /о,им-

4. При проходе частоты волны накачки через резонансную область снизу ВЦМ появляется в спектре ИРИ при /о > .Дим, но ниже чем /о,см ■ Наиболее интенсивное излучение в области ВЦМ наблюдается на частоте накачки несколько выше чем Другие компоненты ИРИ в области положительных отстроек (ЦМ и ВиЭ) достигают максимальной интенсивности при частотах ВН значительно выше гирогармоник вместе с компонентами в области отрицательных отстроек (БМ и ВС первого типа).

5. Острый излом наклона спектра ИРИ между /о и частотой высокочастотного края БМ, показывает, что ВС начинается в спектре ИРИ при меньших | Д/|, чем это считалось ранее. Этот излом отделяет компоненты N01 и ВС, и приближается к частоте накачки в диапазонах III и V с хорошо развитым ВС, приближается к высокочастотному краю БМ во II и IV областях. В области I N0 должен быть классифицирован как 1ЧСР.

Для определения значений частот ВН, при которой «начинается» генерация ВЦМ при проходе гирогармоники снизу, а также более точного определения значений частот минимальной интенсивности БМ и ЦМ /о см и /о,им требуются измерения в стабильных ионосферных условиях (постоянная высота области взаимодействия ВН с ионосферной плазмой), результаты которых приводятся в разделе 3.3.

В разделе 3.3 представлены результаты экспериментальных исследований стационарных спектров искусственного радиоизлучения ионосферы при быстром свипировании частоты волны накачки /0 и диагностической волны /ю в окрестности четвертой (п = 4) и пятой (п = 5) гармоник электронной циклотронной частоты п/се. Свипирование частоты проводилось при длительном (непрерывном) вертикальном и наклонном (14° и 18° к югу от вертикали) воздействии.

В подразделе 3.3.1 приводится описание постановки серии экспериментов по исследованию характеристик спектральных компонент ИРИ при быстром свипировании частоты ВН в области четвертой и пятой гармоник электронного циклотронного резонанса. Время всего сеанса свипирования варьировалось в пределах 5-10 мин. в зависимости от шага дискретизации частоты. В более ранних исследованиях время, необходимое для регистрации сигнала на одной частоте ВН, и, следовательно, для детального исследования спектров ИРИ в непосредственной близости гирогармоники, оказывалось существенно большим, и движения в ионосфере могли заметно влиять на результаты экспериментов.

Рис. 2. Поведение интегральной интенсивности основных верхнегибридных компонент ИРИ при проходе частоты волны накачки через 4foe и 5fcc.

В подразделе 3.3.2 представлены результаты экспериментов при вертикальном воздействии. Показана последовательность спектров ИРИ при свипировании частоты ВН /0 через четвертую и пятую гирогармоники. Представлены зависимости максимальной (пиковой) интенсивности компонент DM, UM и BUM, а также отстройки пика BUM-компоненты Д/Вим от частоты ВН соответственно для /0 ~ 4/се и /0 ~ 5f„. Также приведены зависимости интегральной интенсивности этих компонент и компонент ВС, NC и 2DM от /о (см. рис. 2).

Результаты экспериментов при наклонном воздействии представлены в подразделе 3.3.3. Показаны зависимости интенсивности спектральных максимумов ИРИ - DM, UM и BUM и отстройки BUM d/BUM от частоты ВН/0 при свипировании f0 в области 4 fa при наклоне диаграммы направленности стенда СУРЛ на юг на 14° и 18° к югу от вертикали.

В разделе 3.4 приводятся результаты исследований стационарных спектров ИРИ, выполненных при быстром изменении частоты волны накачки в области 4-й и 5-й электронных гирогармоник, обеспечивающем стабильность ионосферных условий и высокую интенсивность мелкомасштабных неоднородностей концентрации плазмы, а также при воздействии на ионосферу короткими импульсами, в том числе при дополнительном нагреве ионосферы на частотах вдали от гирогармоник, установлено, в частности, следующее.

1. Формирование интенсивных мелкомасштабных неоднородностей концентрации плазмы при длительном воздействии на ионосферу обеспечивает сам факт генерации искусственного радиоизлучения в области верхнего гибридного резонанса волны накачки и существенно влияет на интенсивность ИРИ. В свою очередь, форма спектра «верхнегибридных» компонент ИРИ и факт практически полного их подавления при прохождении частоты волны накачки /0 через гирогармоники nfa определяются дисперсионными свойствами и характером взаимодействия высокочастотных плазменных мод, а также близостью их частот к гирогармонике. Зависимость вида спектра ИРИ от соотношения /0 и л/се исчезает при воздействии короткими импульса-

ми, когда мелкомасштабные неоднородности не успевают формироваться и возбуждение ИРИ определяется взаимодействием волны накачки с легмю-ровскими волнами, распространяющимися почти вдоль геомагнитного поля.

2. При прохождении частоты волны накачки f0 через гирогармоншсу подавление различных спектральных компонент ИРИ происходит при одной и той же частоте самих этих компонент, совпадающей с частотой волны накачки /сыт при которой суммарная интенсивность всех компонент ИРИ оказывается минимальной. Согласно существующим теоретическим представлениям эта частота совпадает с частотой двойного резонанса/, = nfm (йд) ~fuh (Лд), что позволяет, используя существующие модели геомагнитного поля, определять с высокой точностью магнитную индукцию, концентрацию плазмы и высоту области двойного резонанса Ад>

3. Наиболее вероятным механизмом генерации «верхнегибридных» компонент ИРИ в области гирогармоник является двойная трансформация (электромагнитных волн в плазменные и обратно) на мелкомасштабных плазменных неоднородностях с промежуточной стадией формирования спектра плазменных волн за счёт процессов взаимодействия высокочастотных плазменных волн, например индуцированного рассеяния или распада с участием нижнегибридных волн. В то же время при/) ~ /<ып ~/д> когда подавляется трансформация волны накачки в верхнегибридные волны, заметную роль в формировании спектра плазменных волн, ответственных за генерацию компоненты DM, может играть процесс прямого распада волны накачки на верхнегибридную и нижнегибридную волны.

4. Наиболее вероятным механизмом генерации компоненты BUM искусственного радиоизлучения ионосферы является трансформация (рассеяние) верхнегибридных волн с частотами, превышающими на мелкомасштабных плазменных неоднородностях. Полученная зависимость положения пика BTJM в спектре ИРИ от /о свидетельствует в пользу того, что генерация этой компоненты при достаточно больших значениях fa-nf^ происходит заметно ниже высоты двойного резонанса /гд.

5. При достаточно большом наклоне диаграммы направленности на-гревного стенда от вертикали (к югу в наших экспериментах) интенсивность ИРИ при Уо ^ "/се заметно уменьшается по сравнению с частотами волны накачки f0 > nfc., что определяется различными областями (высотами) существования плазменных волн в этих случаях и уменьшением высоты отражения волны накачки при увеличении наклона.

В четвёртой главе представлены результаты анализа конкуренции компонент ИРИ, связанных с ленгмюровскими и ВГ волнами, а также между эффектами ССВ и аномальным ослаблением ВН (АО) после переключения режима работы волны накачки с непрерывного нагрева на короткие импульсы. Анализ проводился по данным эксперимента, выполненного на стенде «Сура» в сентябре 1998 г. Воздействие на ионосферу проводилось на частотах ВН вблизи 5-й гирогармоники/0 = 5/„ , регистрация ИРИ и отраженного сигнала ВН проводилась с использованием программируемого спектранлиза-

тора HP3587S с динамическим диапазоном 23 бит и максимальной частотой дискретизации АЦП 20 Msamples/sec.

В разделе 4.1 кратко описаны физические особенности процессов, протекающих при длительном и коротком воздействии, и методика, позволяющая в ходе эксперимента исследовать конкуренцию «быстрых» процессов, связанных с возбуждением СПН, и формированием спектра плазменных волн (характерные времена ~ нескольких мс), и «медленных», определяющихся динамикой мелкомасштабных неоднородностей (~ 0.5 - 5 с).

В разделе 4.2 приведены результаты эксперимента. Показано, что после перевода режима излучения волны накачки из непрерывного в импульсный мелкомасштабные неоднородности начинают релаксировать, что приводит к уменьшению аномального ослабления пробных волн, появлению эффекта ССВ и «пичков» на сигнале ВН во время излучения импульсов, overshoot-эффекту для ИРИ в области главного спектрального максимума и широкополосной компоненты, росту NCM и NC компонент ИРИ, и заметному спаду интенсивности UM и BUM компонент.

В разделе 4.3 обсуждаются физические причины такого поведения ИРИ и отраженного сигнала накачки, связанные с релаксацией мелкомасштабных неоднородностей и исчезновением «экранировки» точки отражения ВН за счет рассеяния ВН в верхнегибридные волны на мелкомасштабных не-однородностях. Обсуждается также вклад мелкомасштабных неоднородностей различных размеров в генерацию и подавление (за счет АО) различных компонент ИРИ.

В разделе 4.4 даны краткие выводы раздела 4.

В Заключении приведены основные результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. На основе исследования характеристик эффекта стрикционного самовоздействия ВН и динамики ИРИ изучена зависимость пороговых полей возбуждения СПН и характерных времён затухания ИРИ от частоты ВН, высоты её отражения и времени суток. Использование одновременных измерений динамики сигналов ВН и ИРИ позволило экспериментально определить декременты затухания плазменных волн уе по времени релаксации ИРИ для различных условий проведения измерений и использовать его как дополнительный независимый параметр при сопоставлении результатов эксперимента с теоретическими представлениями. Для всего цикла измерений получена характерная зависимость порогового поля СПН £п ~ (у/о)0'5, практически совпадающая с теоретической. Для дневных условий измеренные значения ]>е значительно превосходят декремент затухания из-за столкновений, что связывается с бесстолкновительным затуханием плазменных волн на фотоэлектронах. В вечерних условиях пороговые поля и декременты приближаются к расчётным, полученным в приближении столкновительного затухания плазменных волн.

2. По данным многолетних измерений в течение половины цикла солнечной активности во всем диапазоне рабочих частот стенда «Сура» 4.3 </о < 9.5 МГц. подтверждена цикличность (периодичность) зависимости вида спектров ИРИ от /0 с шагом (периодом), равным электронной циклотронной частоте - подобие зависимости спектральной формы ИРИ (и всех компонент ИРИ) от частоты накачки/) между последовательными гирогар-мониками. Дана классификация основных частотных диапазонов между последовательными гирогармониками, где спектры ИРИ носят существенно различный характер. Выделены особенности в поведении различных спектральных компонент спектра ИРИ в различных областях диапазона рабочих частот.

3. Детально исследовано поведение стационарных спектров ИРИ при переходе/0 через л/сс (и=4,5). Установлено следующее, (а) Формирование интенсивных мелкомасштабных неоднородностей концентрации плазмы при длительном воздействии на ионосферу обеспечивает сам факт генерации искусственного радиоизлучения в области верхнего гибридного резонанса волны накачки и существенно влияет на интенсивность ИРИ, тогда как форма спектра «верхнегибридных» компонент ИРИ и факт практически полного их подавления при прохождении частоты волны накачки/0 через гирогармоники я/сс определяются дисперсионными свойствами и характером взаимодействия высокочастотных плазменных мод, а также близостью их частот к гирогар-монике. (б) При прохождении /о через и/се подавление различных спектральных компонент ИРИ происходит при одной и той же частоте самих этих компонент, совпадающей с частотой волны накачки /от„, при которой суммарная интенсивность всех компонент ИРИ оказывается минимальной. Эта частота совпадает с частотой двойного резонанса, что позволяет определять с высокой точностью магнитную индукцию, концентрацию плазмы и высоту области двойного резонанса, (в) Наиболее вероятным механизмом генерации «верхнегибридных» компонент ИРИ в области гирогармоник является двойная трансформация электромагнитных волн в плазменные и обратно на мелкомасштабных неоднородностях с промежуточной стадией формирования спектра плазменных волн за счёт процессов нелинейного взаимодействия плазменных волн. В то же время при /0 = /от;п, заметную роль в формировании спектра ИРИ может играть процесс прямого распада волны накачки на верхнегибридную и нижнегибридную волны, (г) Наиболее вероятным механизмом генерации компоненты «широкий верхний максимум» в спектре ИРИ является трансформация (рассеяние) верхнегибридных волн с частотами, превышающими Уотт» на мелкомасштабных неоднородностях. При достаточно больших значениях /0 - я/сс генерация происходит заметно ниже высоты двойного резонанса, (д) При достаточно большом наклоне диаграммы направленности нагревного стенда от вертикали (к югу в наших экспериментах) интенсивность ИРИ при /а < п/се заметно уменьшается по сравнению с частотами волны накачки /й > что определяется различными областями (высотами) существования плазменных волн в этих случаях и уменьшением высоты отражения волны накачки при увеличении наклона.

4. Установлено, что при переключении режима излучения ВН от непрерывного к коротким диагностическим импульсам с малой скважностью релаксация мелкомасштабных неоднородностей обеспечивает релаксацию аномального ослабления электромагнитных волн, (включая ИРИ), а также снижение эффективности генерации «верхнегибридных» компонент ИРИ. Это приводит к восстановлению эффектов, связанных с СПН вблизи и ниже точки отражения ВН, в частности ССВ и генерации «ленгмюровских» компонент ИРИ.

СПИСОК РАБОТ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1.Е.Н. Сергеев, С.М. Грач, П.В. Котов. Исследование условий возбуждения и характеристик ионосферной плазменной турбулентности на стадии развития стрикционной параметрической неустойчивости. //Изв. ВУЗов Радиофизика. 2004. Т. 47. № 3. С. 209-230.

2.E.N. Sergeev, V.L. Frolov, S.M. Grach, P.V. Kotov, On the morphology of Stimulated Electromagnetic Emission spectra in a wide pump wave frequency range. //Advances in Space Research, 2006. V. 38. Issue 11, P. 2518-2526.

3.Сергеев E. H., Грач С. M., Котов П. В., Комраков Г.П., Бойко Г.Н., Токарев Ю.В. Диагностика возмущенной области ионосферы с помощью широкополосного радиоизлучения //Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50. № 8. С. 649-668.

4.Kotov, P.V., Norin, L., Sergeev, E.N., Grach S.M., and Thide, B. Recovery of the ponderomotive parametric instability after long pumping of the ionosphere. //Advances in Space Research, 2007. V. 40. Issue 3, P. 377-383.

5. Кото в П.В., Сергеев E.H., Грач С.М.. Спектры искусственного радиоизлучения ионосферы при свипировании частоты воздействия в области электронных циклотронных гармоник. I. Результаты эксперимента //Изв. Вузов радиофизика. 2008. Т. 51. №6. С. 461-477.

6.С.М. Грач, E.H. Сергеев, В.А. Яшнов, П.В. Котов. Спектры искусственного радиоизлучения ионосферы при свипировании частоты воздействия в области электронных циклотронных гармоник. II. Обсуждение результатов //Изв. Вузов радиофизика. 2008. Т. 51, №7. С. 553-570.

7.С.М. Грач, П.В. Котов, E.H. Сергеев. Экспериментальные исследования условий возбуждения стрикционной параметрической неустойчивости в ионосферной плазме. //Труды (Седьмой) Научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения В.С.Троицкого, 7 мая 2003 г., Нижний Новгород 2003. С. 98-99.

8.С. М. Грач, М. А. Кострова, П. В. Котов, E.H. Сергеев. О свойствах искусственного радиоизлучения ионосферы, инициированного слабой диагностической волной с частотой вблизи 4-й электронной гирогармоники. //Труды (восьмой) научной конференции по радиофизике, посвященной 80-

летию со дня рождения Б.Н.Гершмана. 7 мая 2004 г. /Ред. А.В.Якимов. -Нижний Новгород: ТАЛАМ, 2004.276 с. С. 60-61.

9.С.М.Грач, П.В.Котов, Е.Н.Сергеев, М.М.Шварц, В.А.Яшнов. Сопоставление свойств искусственного радиоизлучения ионосферы при вертикальном и наклонном воздействии радиоволной с частотой вблизи 4-й электронной гирогармоники. //Труды (Девятой) Научная конференция по радиофизике «Факультет - ровесник Победы», 7 мая 2005 г., Нижний Новгород. 2005. С.73-75.

10. П.В. Котов, Е.Н. Сергеев, С.М. Грач, Г.Н. Бойко, Г.П. Комраков. Исследование спектров искусственного радиоизлучения ионосферы в экспериментах по свипированию частоты мощной радиоволны в области гармоник электронного циклотронного резонанса. //Сборник докладов XXI Всероссийской научной конференции по распространению радиоволн, Йошкар-Ола, 2005.Т.2.С. 103-107.

11. S.M. Grach, M.J. Kosch, E.N. Sergeev, P.V. Kotov, G.P. Komrakov, Simultaneous observations of the HF-induced red line airglow and stimulated electromagnetic emission at the "Sura" in September 2004: Preliminary results. In "Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves", VI International Suzdal URSI Symposium ISS-04, Moscow, October 2004, Book of Abstracts, Nizhny Novgorod, 2004, p.40.

12. E.N. Sergeev, G.N. Boiko, V.L. Frolov, G.P. Komrakov, S.M. Grach, P.V. Kotov, Diagnostics of the ionosphere turbulence volume by wide frequency band signals. In "Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves", VI International Suzdal URSI Symposium ISS-04, Moscow, October 2004, Book of Abstracts, Nizhny Novgorod, 2004, p.46.

13. E.N. Sergeev, G.N. Boiko, S.M. Grach, P.V. Kotov, Study of Lang-muir turbulence by measuring narrow continuum SEE feature. On CD "Abstracts, 35th COSPAR Scientific Assembly 2004, Paris, France, 18-25 July 2004, www.cospar2004.org", abstract no. COSPAR04-A-03432, paper no. C5.1/D4.1-0034-04.

14. E.N. Sergeev, G.N. Boiko, S.M. Grach, P.V. Kotov, Langmuir related narrow continuum SEE feature: peculiarities and fine structure. In "Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves", VI International Suzdal URSI Symposium ISS-04, Moscow, October 2004, Book of Abstracts, Nizhny Novgorod, 2004, p.47.

15. E.N. Sergeev, V.L. Frolov, S.M. Grach, P.V. Kotov, M.M. Shvarts, SEE applications for studying spatial characteristics of ionospheric turbulence. In "Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves", VI International Suzdal URSI Symposium ISS-04, Moscow, October 2004, Book of Abstracts, Nizhny Novgorod, 2004, p.49.

16. E.N. Sergeev, V.L. Frolov, S.M. Grach, P.V. Kotov, Morphology of SEE spectral features in a wide pump wave frequency range. On CD "Abstracts, 35th COSPAR Scientific Assembly 2004, Paris, France, 18-25 July 2004, www.cospar2004.org.", abstract no. COSPAR04-A-03407, paper no. C5.1/D4.1-0032-04.

17. E.N. Sergeev, V.L. Frolov, S.M. Grach, P.V. Kotov, Behaviour of SEE spectral features in a wide pump wave frequency range. In "Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves", VI International Suzdal URSI Symposium ISS-04, Moscow, October 2004, Book of Abstracts, Nizhny Novgorod, 2004, p.48.

18. E. N. Sergeev, G. N. Boiko, M. M. Shvarts, S. M. Grach, P. V. Kotov, Monitoring of ionospheric turbulence spatial features by SEE diagnostic tools. On CD "Abstracts, 35th COSPAR Scientific Assembly 2004, Paris, France, 18-25 July 2004, www.cospar2004.org.", abstract no. COSPAR04-A-03426, paper no. C5.1/D4.1-0033-04.

19. Grach S. M., Sergeev E. N., Thide B., Kotov P. V., Diagnostic Possibilities of the SEE measurements with a High Temporal Resolution,, On CD: Proceedings of the 12th Annual RF Ionospheric Interactions Workshop, Santa FE , NM, April 25-28,2006.

20. Grach, S. M.; Sergeev , E. N.; Thide, B. ; Kotov , P. V.; Norin, L. Progress in diagnostics of pump-driven UH turbulence of the ionosphere by measurements of the SEE electromagnetic emissions with a high temporal resolution (solicited), On CD: COSPAR Scientific Assembly Beijing, China, 16-23 July 2006, Abstracts; Abstract no. COSPAR2006-A-03648; paper no. C5.2-0021-06.

21. Grach, S. M.; Sergeev, E. N.; Kotov, P. V. New results on SEE behavior during pump frequency sweep through gyroharmonics. On CD: COSPAR Scientific Assembly Beijing, China, 16-23 July 2006, Abstracts; Abstract no. COSPAR2006-A-03554; paper no. C5.2-0022-06.

22. Sergeev, E.N.; Shvarts, M.M.; Grach, S.M.; Frolov, V.L.; Kotov, P.V. Study of altitude characteristics of the striation spectrum by SEE measurements and modelling. On CD: COSPAR Scientific Assembly Beijing, China, 16-23 July 2006, Abstracts; Abstract no. COSPAR2006-A-03674; paper no. C5.2-0041-06.

23. Kotov, P. V.; Norin , L. D.; Grach, S. M.; Sergeev, E. N.; Thide, B. Recovery of ponderomotive parametric instability after long pumping of the ionosphere. On CD: COSPAR Scientific Assembly Beijing, China, 16-23 July 2006, Abstracts; Abstract no. COSPAR2006-A-03555; paper no. C5.2-0039-06.

24. Sergeev, E.N.; Grach, S.M.; Komrakov, G.P.; Kotov, P.V. Diagnostics of ionospheric turbulence by pulse wideband signals. On CD: COSPAR Scicntific Assembly Beijing, China, 16-23 July 2006, Abstracts; Abstract no. COSPAR2006-A-03673; paper no. C5.2-0042-06.

25. Grach S.M., Sergeev E. N.. Kotov P. V., Yashnov V. A. Stimulated electromagnetic emission during pump frequency sweep through electron gyro-harmonics. Experimental results and physical conclusions. //VII International Suzdal ÜRSI symposium Modification of Ionosphere by powerful radio waves. Moscow, October 16-18, 2007. Book of Abstracts. Troitsk 2007. P. 27.

Отпечатано с готового оригинала-макета в ООП Волго-Вятской академии гос. службы Лицензия ИД №04568 от 20 апреля 2001 г.

Лицензия ПД №18-0140 от 8 октября 2001 г._

Подписано в печать 21.03.11.

Формат 60x84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная.

Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. 6212._

Издательство Волго-Вятской академии государственной службы 603950, Нижний Новгород-292, пр. Татарина, 46 тел./факс: (831)412-33-01

Введение.

1. Вводная

глава. Постановка проблемы.

1.1. Искусственная турбулентность F-области ионосферы.

1.1.1. Общие свойства.

1.1.2. Начальная стадия воздействия - стрикционная параметрическая неустойчивость.

1.1.3.Промежуточная стадия воздействия.

1.1.4. Генерация верхнегибридной турбулентности и мелкомасштабных неоднородностей.

1.2. Искусственное радиоизлучение ионосферы.

1.3. Ускорение электронов, оптическое свечение.

1.3.1. Физические представления.

1.4. Постановка проблемы.

1.5. Приемно-передающая система стенда «Сура».'.

2. Исследования условий возбуждения и характеристик ионосферной плазменной турбулентности на стадии развития стрикционной параметрической неустойчивости.

2.1. Основы теории стрикционной параметрической неустойчивости.

2.2. Проведение эксперимента и обработка данных.

2.3. Экспериментальные результаты.

2.4. Обсуждение результатов.

Околоземная плазма, в частности ионосфера, представляет собой удобный объект для изучения турбулентности магнитоактивной плазмы, как в естественных условиях, так и при различных искусственных воздействиях (излучение радиоволн с Земли и космических аппаратов, инжекция пучков заряженных частиц и различных химических реагентов). Систематические исследования процессов нелинейного взаимодействия мощного коротковолнового радиоизлучения с ионосферной плазмой начали проводиться с 70-х гг. в СССР и США. В настоящее время экспериментальные исследования искусственной турбулентности ионосферы, возникающей в поле мощных KB радиоволн, проводятся на нагревных стендах (радиокомплексах) «Сура» (ФГНУ НИРФИ, Россия), EISCAT (Тромсе, Норвегия), HAARP и HIPAS (Аляска, США), SPEAR на о. Шпицберген. Диагностика возмущенной области ионосферы осуществляется различными радиофизическими методами: с помощью ее зондирования и просвечивания радиоволнами KB, УКВ и СВЧ диапазонов (пробные волны, ракурсное рассеяние, резонансное рассеяние, радары когерентного и некогерентного рассеяния), а также при измерениях излучения из возмущенной области в оптическом и радио диапазонах; ряд исследований был проведен при запусках геофизических ракет через возмущенную область. В экспериментах изучаются различные искусственные возмущения F-области ионосферы: структура пространственного и частотного спектра квазипотенциальных волн; пространственные спектры и динамика искусственных неоднородностей электронной концентрации различных масштабов; дополнительная ионизация и оптическое свечение, вызываемые электронами, ускоренными плазменными волнами; искусственное радиоизлучение ионосферы; проникновение искусственной турбулентности плазмы во внешнюю ионосферу и др. Теоретический анализ полученных данных позволяет развивать современные представления о физике плазмы, находящейся в высокочастотном электрическом поле, инициировал развитие теории тепловых параметрических явлений в столкновительной магнитоактивной плазме. Активно исследуются возможности и эффективность захвата верхнегибридных волн в мелкомасштабные неоднородности, вытянутые вдоль геомагнитного поля, различные режимы ускорения электронов ленгмюровскими и верхнегибридными волнами и т. д. Актуальность проблемы исследований определяется необходимостью более глубокого понимания природы естественных и антропогенных возмущений параметров околоземной среды, их влияния на 4 работу телекоммуникационных систем наземного и космического базирования, а также поисками возможностей контроля системы «ионосфера-магнитосфера».

Необходимость изучения закономерностей поведения плазменной турбулентности в реальных средах ставит серьезные задачи получения из эксперимента как можно более полной информации о процессах, протекающих в магнитоактивной неоднородной плазме. В последнее время с быстрым развитием цифровой техники значительно выросли возможности получения информации об окружающей среде с помощью радиофизических методов. В диссертации с помощью комбинации традиционных (вертикальное зондирование ионосферы, измерение стационарных спектров принимаемого излучения с помощью последовательного приема в исследуемой полосе частот) и современных (регистрация сигналов в широкой полосе частот с высоким временным разрешением с помощью быстродействующих АЦП с высоким динамическим диапазоном и их последующим спектральным анализом) методов удалось получить существенно новую информацию о поведении ионосферной плазмы в поле мощных радиоволн и заметно продвинуться в понимании физической картины происходящих явлений. Это и определило актуальность темы диссертационной работы.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование характеристик искусственной ионосферной турбулентности (ИИТ) при различных условиях ее возбуждения с помощью анализа самовоздействия мощной радиоволны (волны накачки, ВЫ) и свойств искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ).

Это, во-первых, исследования свойств ИИТ на начальной стадии ее развития (стадии стрикционной параметрической неустойчивости, СПН) в зависимости от частоты ВН ГО, ее мощности РО и времени суток. Во-вторых, анализ свойств ИРИ на стационарной стадии воздействия (стадии тепловой параметрической неустойчивости, ТПН) во всём диапазоне рабочих частот стенда «Сура» 4.3 < /о < 9.5 МГц. В-третьих, это детальное исследование поведения спектров ИРИ в зависимости от частоты воздействия /о вблизи электронных гирогармоник, /о ~ я/сс. В соответствии с геофизическими условиями эти исследования проводились при п=4,5. В четвёртых, это анализ конкуренции ленгмюровской турбулентности, возникающей в результате развития СПН, и верхнегибридной турбулентности, возникающей в результате развития ТПН, при переходе от непрерывного режима нагрева ионосферы мощным КВ радиоизлучением к импульсному режиму с малой скважностью.

Исследования искусственной турбулентности ионосферной плазмы проводились в ФГНУ НИРФИ на специализированном стенде «Сура», расположенном в 140 км к востоку от Нижнего Новгорода в р/п Васильсурск (географические координаты 56.1° с.ш. и 46.1° в.д.). Приемо-передающий комплекс стенда оснащен тремя независимыми передающими секциями с общей эффективной мощностью излучения 150 - 300 МВт и автоматизированной системой управления. Диапазон рабочих стенда «Сура» составляет 4.3 - 9.5МГц, мощность передатчиков Р=250 кВтхЗ = 750 кВт, коэффициент усиления антенной системы стенда составляет G = 200 380. Стенд «Сура» оснащен цифровым ионозондом «Базис», регистраторами искусственного радиоизлучения ионосферы. Для регистрации ИРИ и отраженного от ионосферы сигнала волны накачки использовались программируемый спектрнализатор НР3585А, несколько профессиональных KB приемников «Катран», многофункциональные платы АЦП AT-MI016-E2 и L1450-32, персональные компьютеры типа «Pentium» и оригинальное программное обеспечение, созданное на основе языка графического программирования «Lab VIEW»; многофункциональное трехканальное KB радиоприемное устройство (РПУ) с диапазоном частот 1-30 МГц и динамическим диапазоном 90 дБ, сопряженное с системой цифровой обработки сигнала промежуточной частоты 2500 кГц в полосе до 500 кГц, позволяющее проводить регистрацию, фильтрацию и спектральную'обработку радиосигналов в реальном времени.

На основе экспериментальных исследований эффекта ССВ и теоретических представлений об СПН определены пороговые поля и инкременты СПН в ионосфере зависящие от частоты ВН и высоты её отражения, а также времени суток.

Детально изучены морфологические характеристики (форма спектра, интенсивность) ИРИ во всем диапазоне частот стенда «Сура» при стационарном (длительном) воздействии на ионосферу.

По оригинально разработанной методике детально исследованы основные характеристики различных спектральных компонент ИРИ в узких областях частот ВН вблизи 4-й и 5-й электронных гирогармоник; сделаны выводы о физических механизмах генерации различных компонент ИРИ, уточнен метод определения электронной циклотронной частоты и плотности плазмы в области взаимодействия мощной радиоволны с ионосферой.

Исследован процесс конкуренции различных механизмов возбуждения турбулентности на стадии релаксации искусственных мелкомасштабных неоднородностей.

Результаты работы являются основой для развития новых методов дистанционной диагностики искусственных и естественных ионосферных возмущений, построения наиболее полной физической картины явлений, происходящих при взаимодействии мощных высокочастотных электромагнитных волн в магнитоактивной плазмой, в частности, КВ радиоволн с ионосферой Земли. Методика проведения экспериментов планируется к использованию при проведении исследований на стенде НАА11Р. Полученные результаты представляют несомненный интерес для сообщества исследователей, ведущих работы на нагревных стендах «Сура», Е18САТ, НАА11Р, АгесЛо. а также для следующих организаций и учреждений РФ: ФИАН им. П.Н. Лебедева, ФГНУ ИИРФИ, ИПФ РАН, ИКИ РАН, ИЗМИР АН, КПФУ, МарГТУ, ААНИИ, СибИЗМИР.

Результаты работы неоднократно докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах. Были сделаны доклады на:

• (Седьмой) Научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения В.С.Троицкого, Нижний Новгород, 7 мая 2003 г.; (Восьмой) научной конференции по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б.Н.Гершмана, Нижний Новгород, 7 мая 2004 г. и (Девятой) Научной конференции по радиофизике «Факультет — ровесник Победы»,Нижний Новгород, 7 мая 2005 г.

• У1-ой и УП-ой Международных Суздальских симпозиумах 1Ж81. Москва, 2004, 2007 г.

• 35-ой научной ассамблее СОБРАН, Париж, Франция 2004 и Зб-ой научной ассамблее СОБРАЯ Пекин, Китай 2006,

• XXI Всероссийской научной конференции по распространению радиоволн, Йошкар-Ола, 2005,

• 8-ой и 9-ой Нижегородской сессии молодых учёных, 2003, 2004 г.

По результатам исследований, составивших основу диссертации, опубликовано 31 научная работа, включая 6 статей в реферируемых журналах.

Работы, результаты которых вошли в диссертацию, были поддержаны проектами РФФИ и ШТАБ.

Диссертант принимал непосредственное участие в обсуждении постановки задачи, экспериментальных работах на стенде «Сура», обработке и анализе полученных данных, обсуждении и физической интерпретации результатов. В процессе анализа полученных 7 данных им, в частности, были обнаружены эффект асимметрии в поведении спектров ИРИ при /о<я/се и /о>п/се для наклонного воздействия и восстановление «ленгмюровских» компонент ИРИ при переводе режима излучения волны накачки от непрерывного к импульсному; установлено значение частот вблизи электронных гирогармоник, при которых имеет место максимальное подавление ИРИ.

Диссертация состоит из введения четырёх глав и заключения. Общий объём работы -113 страниц, включая 108 страниц основного текста, 30 рисунков и списка литературы из 106 наименований

3.5. Выводы.

В результате исследований стационарных спектров ИРИ, выполненных при быстром изменении частоты волны накачки в области 4-й и 5-й электронных гирогармоник, обеспечивающем стабильность ионосферных условий и высокую интенсивность мелкомасштабных неоднородностей концентрации плазмы, а также при воздействии на ионосферу короткими импульсами, в том числе при дополнительном нагреве ионосферы на частотах вдали от гирогармоник, установлено, в частности, следующее.

1) Формирование интенсивных мелкомасштабных неоднородностей концентрации плазмы при длительном воздействии на ионосферу обеспечивает сам факт генерации искусственного радиоизлучения в области верхнего гибридного резонанса волны накачки и существенно влияет на интенсивность ИРИ. В свою очередь, форма спектра «верхнегибридных» компонент ИРИ и факт практически полного их подавления при прохождении частоты волны накачки /о через гирогармоники п/се определяются дисперсионными свойствами и характером взаимодействия высокочастотных плазменных мод, а также близостью их частот к гирогармонике. Зависимость вида спектра ИРИ от соотношения /о и nfcc исчезает при воздействии короткими импульсами, когда мелкомасштабные неоднородности не успевают формироваться и возбуждение ИРИ определяется взаимодействием волны накачки с ленгмюровскими волнами, распространяющимися почти вдоль геомагнитного поля.

2) При прохождении частоты волны накачки fa через гирогармонику подавление различных спектральных компонент ИРИ происходит при одной и той же частоте самих этих компонент, совпадающей с частотой волны накачки fomm, при которой суммарная интенсивность всех компонент ИРИ оказывается минимальной. Согласно существующим теоретическим представлениям эта частота совпадает с частотой двойного резонанса fR ~ п/сс (Ьд) ~ fuh (Ьд), что позволяет, используя существующие модели геомагнитного поля, определять с высокой точностью магнитную индукцию, концентрацию плазмы и высоту области двойного резонанса Ьд.

3) Наиболее вероятным механизмом генерации «верхнегибридных» компонент ИРИ в области гирогармоник является двойная трансформация (электромагнитных волн в плазменные и обратно) на мелкомасштабных плазменных неоднородностях с промежуточной стадией формирования спектра плазменных волн за счёт процессов взаимодействия высокочастотных плазменных волн, например индуцированного рассеяния или распада с участием нижнегибридных волн. В то же время при fo ~ jomm ~f д, когда подавляется трансформация волны накачки в верхнегибридные волны, заметную роль в формировании спектра плазменных волн, ответственных за генерацию компоненты DM, может играть процесс прямого распада волны накачки на верхнегибридную и нижнегибридную волны.

4) Наиболее вероятным механизмом генерации компоненты BUM искусственного радиоизлучения ионосферы является трансформация (рассеяние) верхнегибридных волн с частотами, превышающими fR, на мелкомасштабных плазменных неоднородностях. Полученная нами зависимость положения пика BUM в спектре ИРИ от jo (см. формулы (6) из [1] и (14)) свидетельствует в пользу того, что генерация этой компоненты при достаточно больших значениях fo — nfce происходит заметно ниже высоты двойного резонанса Ид.

5) При достаточно большом наклоне диаграммы направленности нагревного стенда от вертикали (к югу в наших экспериментах) интенсивность ИРИ при fo < nfe заметно уменьшается по сравнению с частотами волны накачки fo > nfQQ. что определяется различными областями (высотами) существования плазменных волн в этих случаях и уменьшением высоты отражения волны накачки при увеличении наклона.

Заметим в заключение, что, несмотря на большое количество существующих работ см., например, [12, 20, 21, 23, 32, 36—41, 44, 46—50]), теория формирования спектров плазменных волн в окрестности электронных гирогармоник при воздействии мощного радиоизлучения на ионосферу в настоящее время построена весьма фрагментарно, и тонкие детали поведения спектров ИРИ при прохождении частотой волны накачки fo гирогармоник трудно интерпретировать даже на качественном уровне. Для построения адекватной физической картины необходима дальнейшая детальная разработка теории взаимодействия волн и частиц при частотах порядка fn.

97

4. Восстановление СПН после длительного нагрева ионосферы мощным KB радиоизлучением.

Как уже упоминалось ранее, временное развитие искусственного радиоизлучения ионосферы проходит в трех стадиях: начальной, промежуточной и стадии связанной с верхним гибридным резонансом (ВГР) [106]. В течение первых нескольких миллисекунд после включения накачки (начальная стадия) в спектре ИРИ наблюдается только узкополосная компоненту излучения типа "ponderoraotive Narrow Continuum" (NCP). NCP растег одновременно развитием эффекта стрикционного самовоздействия - уменьшения до ~20 децибелл отраженной от ионосферы волны накачки (ССВ) см. раздел 2.

Позже, на промежуточной стадии, параллельно с уменьшением NCP появляется узкополосный максимум (NCm) [80,89]. Обе компоненты NCP и NCm возникают в результате возбуждения ленгмюровских волн при развитии стрикционной параметрической неустойчивости (СПН) соответственно вблизи и несколько ниже точки отражения ВН.

При более длительных временах воздействия происходит дальнейшее уменьшение интенсивности NCP и NCm и одновременно имеет место рост главного спектрального максимума (DM), положительного и широкого положительного максимумов (UM, BUM) в спектрах ИРИ, связанных с возбуждением верхнегибридных волн и сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля неоднородностей (третья стадия). Одновременно происходит дальнейшее уменьшение интенсивности волны накачки (аномальное ослабление, АО) из-за рассеяния ВН на мелкомасштабных магнитоориентированных неоднородностях в ВГ волны. Таким образом, потери энергии ВН в области верхнего гибридного резонанса из-за АО приводят к экранированию областей генерации NCP и NCm и, следовательно, к уменьшению эффективности их генерации [80,89,74].

Для Уо ~ "/се, ВГ турбулентность ослаблена или полностью подавлена, это означает, что NCP и NCm доминируют в спекте ИРИ даже на непрерывной стадии [106].

В настоящей главе представлены результаты анализа конкуренции компонент ИРИ, связанных с ленгмюровскими и ВГ волнами, а также между эффектами ССВ и АО после переключения режима работы волны накачки с непрерывного нагрева на короткие импульсы.

4.1. Методика и условия эксперимента.

Для анализа были использованы данные эксперимента, проведенного 24.09.1998. на нагревном стенде "Сура". В процессе эксперимента, проводившегося при частотах ВН влизи 5-й гирогармоники /о ~ 5/се и эффективной мощности излучения РЭфф ® 80 МВт осуществлялось длительное (30 с) непрерывное воздействие на ионосферу, после чего передатчики переводились на 150 с в импульсный режим с длительностью импульса т=50 мс и периодом повторения 1 с, время излучения первого импульса после перевода в импульсный режим (время задержки), также как и частота ВН/о варьировались от сеанса к сеансу (режим работы передатчиков стенда показан на оси абсцисс рис. 4.3). Общая длительность цикла составляла, таким образом, 3 минуты. Средняя мощность ВН в течение импульсного режима работы недостаточна, для поддержания мелкомасштабных неоднородностей, сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля, и они релаксировали за это время, причем характерное время релаксации более крупных неоднородностей превышает время релаксации более мелкомасштабных. Регистрация ИРИ и отраженного сигнала ВН проводилась с использованием программируемого спектрнализатора HP3587S.

-50

-60 m

TJ ш О) Л

-70

-80

-90

CW

1 st pulse 6th pulse 10th pulse

-40 -20 0 20 40 60

A f fkhbl

Рис. 4.1. Представлены спектры ИРИ наблюдаемые во время непрерывного нагрева, и для 36-48 ms первого, шестого и десятого импульсов. Стрелками показаны компаненты ИРИ NCp, DM, NCM, UM and BUM.

Следует отметить два момента.

Во-первых, поскольку средняя мощность ВН во время излучения импульсов малой длительности (мы называем это диагностическим режимом) не является достаточной для поддержания сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля неоднородностей, поэтому они практически линейно затухают. С другой стороны, до тех пор, пока интенсивность неоднородностей достаточно высока, заметная часть энергии волны накачки (короткие диагностические импульсы) по-прежнему переходит в верхнегибридные волны в результате рассеяния волны накачки на сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля мелкомасштабных неоднородностях. Используемой длительности импульса т=50 мс вполне достаточно для формирования спектра верхнегибридных волн при протекании различных нелинейных процессов, связанных со стрикционной нелинейностью, таких как индуцированное рассеяние на ионах или трехволновое взоимодействие [94]. Эти процессы должны ослабляться одновременно с релаксацией сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля неоднородностей (поскольку уменынаетися эффективность рассеяния ВН в верхнегибридные волны), и, соответственно, аномального ослабления ВН. Отметим также, что время релаксации больше для более крупномасштабных неоднородностей, чем мелкомасштабных. Например, характерные времена релаксации для неоднородностей с поперечным масштабом порядка 10 м составляют приблизительно 10 с, а для неоднородностей с поперечным масштабом ~ 3 м время релаксации составляет порядка 1 с. [15].

Во-вторых, форма спектра ИРИ и его поведение во времени сильно зависят от соотношения между /о и п/сс [16,90]. В частности, значительное ослабление взаимодействия мощных радиоволн с ионосферной плазмой и резкое подавление компонент ИРИ вблизи гирогармоник связано с так называемым двойным резонаном [40,95] - совпадением /о, /ин(^о) и п/се(Ио) Здесь /гс высота двойного резонанса в ионосфере, где п)= /ин(йэ). Отстройка частоты плазменных волн от значения частоты двойного резонанса 5/=/ин -и/се может меняться не только за счет изменения частоты волны накачки, но также из-за естественных изменений высоты взаимодействия между волной накачки и ионосферной плазмой (высоты верхнего гибридного резонанса, и, следовательно, высоты двойного резонанса). Вертикальное движение высоты ко в силу, например, изменения плотности плазмы со скоростью ~ 3 м/с дает изменениие отстройки 5/ порядка 3 кГц на пять минут, но этот факт делает поведение ИРИ во времени различным в разных двухминутных сеансов [95]. Этот факт не позволил производить усреднение данных эксперимента для нескольких последовательных сеансов.

О 10 20 30 40 50 60 »р [те]

0 10 20 30 40 50 60 те]

Рис. 4.2. Спектрограммы 1-го, 6-го и 10-го диагностических импульсов. Спектральные компаненты ИРИ показаны на панелях. На панели (С) показаны паразитные импульсные помехи РР которые излучаются стендом "Сура". Интенсивность ИРИ выражена в сШт.

101

Рис. 4.3. Временное развитие спектральных компонент ИРИ ЭМ, >ГСМ, им, а также паразитные импульсные помехи (РР) после переключения из непрерывного режима на режим коротких импульсов.

В общей сложности было проведено 32 сеанса воздействия с различными частотами /в период 14:30-17:30 ЬТ. Поведение ИРИ, качественно похожее на описанное ниже, было получено для пяти трёхминутных сеансов, в 16:16-16:19 ЬТ (/о = 6745 кГц), 16:30-16:33, 16:33-16:36 и 16:36 - 16:39 ЬТ (/& = 6715 кГц) и в 17:19-17:22 ЬТ (/~0 = 6650 кГц). Для этих сеансов отстройка д/ — /о — 5/се составляет по приблизительным оценкам 10 - 15 кГц (Оценки проводились по пропаданию БМ и по форме и положению ВЫМ). Однако количественная разница между интенсивностью и временным ходом ИРИ и временным поведением ССВ сделала невозможным использование усреднения над различными сеансами. В частности, в ходе трех последовательных сеансов при одной и той же частоте ВН /о = 6715кГц имело место измение высоты взаимодействия и,следовательно, неконролируемое изменение отстройки 5/ из-за высотной зависимости магнитного поля. Поведение ИРИ во время сеансов с/0 = 6745 кГц (16:16 ЬТ) и с/0 = 6650 кГц (17:19 ЬТ) были очень похожи, но интенсивность ИРИ в первом сеансе было меньше на ~ 10 дБ. Возможно, это связано с большим поглощением в О - области ионосферы и/или дефокусировкой в Е - области [77] в ходе этого сеанса (предзаходные часы, когда снижается интенсивность солнечного излучения, и соответственно изменяется профиль электронной концентрации ионосферы). Вот почему мы представляем анализ только одного сессии, для 17:19 - 17:21 ЬТ для /о = 6650 кГц. В ходе этого сеанса время задержки первого короткого импульса после длительного нагрева составляо 120 мс. Используя цифровой спектроанализатор НР35878, мы записывали последние 3 секунды длинного нагревного импульса и 11 коротких импульсов.

4.2. Результаты эксперимента

Результаты анализа данных эксперимента, полученных с помощью НР35878 представлены на рис. 4.1. — 4.4.

На рис. 4.1. показаны спектры ИРИ, зарегистрированные во время непрерывного воздействия, а также в период с 36-й 48-ю мс для 1, 6 и 10-го диагностических импульсов; импульсов. Из рисунка видно, что при непрерывной накачке в спектре ИРИ можно выделить слабый ОМ на отстройке Д/Ьм — (9-10) кГц и узкополосный максимум (ЫСт) на отстройке Д/ыст--4 кГц, очень ярко выражены им на отстройке Д/им ~ 8 кГц и широкий положительный максимум (ЕШМ) на Д/вим ~ 12-60 кГц. Согласно результатам раздела 3.3, такой спектр соответствует частоте волны накачки, превышающей частоту двойного резонанса частоты 6/=/) - 5/Сй{к о) ~ 10-15 кГц, или /ом - 5/е(^о)~2-5 кГц. Здесь /ом =/о~ |Д/Ьм| частота пика компоненты БМ.

На рис. 4.2. показаны спектрограммы 1-го, 6-го и 10-го диагностических импульсов. Периодические резкие пики интенсивности в начале и конце импульсов появляются в результате прихода в приемный тракт переднего и заднего фронтов импульсов земной волны и многократно отраженных от ионосферы импульсов ВН. В 6-м и 10 импульсах, присутствуют паразитные импульсные помехи с периодом повторения около 6 мс. Паразитные импульсы излучаются стендом "Сура" на уровне примерно на 80 - 90 дБ ниже собственно волны накачки. Яркая горизонтальная линия в спектрограмме 6 импульса соответствуюет радиопомехе.

Рис. 4.4. Интенсивность отражённых от ионосферы 1-го, 6-го и 10 -го диагностических импульсов во времени. Показаны эффект ССВ и "пички" во временном развитии ВН.

A f [kHz]

Д f [kHz]

A f [kHz]

Рис. 4.5. Спектры ИРИ для 14-26 ms и 36-48 ms для 1-го, 6-го и 10 -го диагностических импульсов.

На Рис. 4.3. показана зависимость интенсивности различных компонент ИРИ DM, UM и NCM, а также интенсивности паразитных импульсов от времени (и, соо гветственно, от номера импульса) после переключения из непрерывного режима на режим коротких импульсов. Для усредннения бралась интенсивность между 36-48 мс каждого импульса. Спектры ИРИ во время 14-26 и 36-48 мс для 1, 6 и 10-ого диагностических импульсов показаны на рис. 4.5. На рис. 4.4. представлено временное развитие отражённого сигнала волны накачки в течение 1-го (кривая 1), 6-го (кривая 6) и 10-го (10) коротких импульсов. Из анализа полученных данных можно сделать следующие выводы:

I) Интенсивность связанной с верхним гибридным резонансом, DM компоненты в спектре ИРИ увеличивается в течение 1—2 с после переключения к режиму диагностических импульсов, но позже, спустя 5-7 с, интенсивность DM заметно уменьшается (так называемый "overshoot" эффект, рис. 4.3). В течение 1-3 с после переключения на импульсный режим (во время стадии роста DM в соответствии с рис. 4.3), интенсивность компоненты DM уменьшается во времени "внутри" каждого диагностическое импульса. Позже, после 7-го импульса, на этапе снижения интенсивности DM согласно рис. 4.3, интенсивность DM диагностического импульса возрастает в течение ("внутри") диагностических импульсов.

II) Интенсивность отраженных от ионосферы паразитных импульсов и интенсивность NCm увеличиваются со временем после переключения на импульсный режим, в то время как интенсивность UM уменьшается. NCm становится доминирующей компонентой в спектре ИРИ через 7—10 с после переключения в импульсный режим. Кроме того, в спектре ИРИ через 3-4 с после перехода в импульсный режим появляется узкополосная компонента (NC) на отстройках Л/Ñcm ~ — (2—40) кГц и растет со временем. Последнее хорошо видно на спектрах ИРИ, приведенных на рис. 4.1. В течение 9-го - 11-го диагностических импульсов NC демонстрирует overshoot в течение приблизительно первых 10 мс импульса (см. спектрограмму 10-го импульса на рис. 4.2) с максимальной интенсивностью на 5-й-б-й миллисекундах импульса. Подобное поведение характерно для временного поведения ИРИ в условии так называемого "холодного старта" (без предварительного нагрева) [89]. Такое поведение NC во время диагностических импульсов позволяет считать его связанным с СПН, и пометить его как NCp на рис. 4.1. ССВ и "пички" во временном развитии ВН отсутствуют в течение первых 1-2 с после переключения, но позже восстанавливаются и нарастают со временем (номером диагностического импульса) (рис. 4.4).

III) Временное развитие компонент ИРИ в положительных отстройках спектра UM и BUM, отличается от спектральных компонент отрицательной части спектра. В частности, интенсивность UM монотонно убывает от импульса к импульсу (Рис. 4.3). Интенсивность BUM в конце диагностических импульсов (36-48 мс) быстро уменьшается с номером импульса. Это связано, прежде всего с тем, что развитие компоненты BUM во время диагностического импульса имеет время задержки, которые практически отсутствовали во время первого импульса, но увеличивается с номерем импульса и достигает 30 мс в течение десятого импульса (рис. 4.2 и 4.5.)

4.3. Обсуждение результатов

Согласно [80] и [89], спектральные компоненты NCp и NCm, связанны с возбуждением ленгмюровской турбулентности вблизи и чуть ниже точки отражения волны накачки при возбуждении СПН [79]. Возбуждение неоднородностей плотности плазмы, сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля связанных с ТПН подавляет эти компоненты ИРИ, поскольку ВН теряет энергию вследствие АО, и мощности падающей на ионосферу волны накачки недостаточно для возбуждения СПН вблизи точки отражения. Релаксация неоднородностей должна приводить к восстановлению СПН, и компоненты - NCp и NCm должно усиливаться. Это хорошо видно по рис. 4.1, 4.2 и 4.5. Возникновение и усиление со временем эффекта ССВ и «пичков» во временном поведении отраженной волны накачки после переключения из длительного режима на диагностический режим предоставляет дополнительные доказательства восстановления СПН. С другой стороны, паразитные импульсы могут рассматривается как пробные волны для оценки эффекта аномального ослабления. Увеличение интенсивности сигнала отраженных от ионосферы паразитных импульсов, что определенно указывает на уменьшение аномального ослабления за счет рассеивания на мелкомасштабных неоднородностях, происходит одновременно с восстановлением СПН и связанных с ней NCp, NCm, эффекта ССВ и пичков. Огметим также, что для частот ВН не близких к электронной гирогармонике, восстановление NCp занимает гораздо больше времени, примерно несколько десятков секунд [42]. Поскольку сильно вытянутые вдоль геомагнитного поля неоднородности слабее для ВН вблизи гирогармоники, 10-и секундного интервала записи приёмника HP3587S после переключения режима во время описываемого эксперимента было достаточно для демонстрации перехода от верхнегибридной турбулентности к возбуждению ленгмюровской турбулентности. Overshoot-эффект, первоначальный рост и дальнейшее снижение интенсивности компоненты DM со временем, после переключения с непрерывного режима к диагностическим импульсам, является типичной для компонент

ИРИ в отрицательных отстройках спектра, связанных с ВГР, таких как ОМ и ВС [79,80].

Компонента ВС на отстройках частоты Д/вс--(3—100) кГц ярко выраженна для спектров

ИРИ в широком частотном диапазоне между последовательными гирогармониками в области сильного излучения и облости слабого излучения [16,90]. Мелкомасштабные неоднородности, сильно вытянутые вдоль геомагнитного поля, играют существенную роль в образовании ОМ и ВС, обеспечивая как генерацию этих компонент (источник) за счет рассеяния электромагнитных волн (в верхнегибридные и обратно), так и их аномальное ослабление. При достаточно большой интенсивности неоднородностей, первоначальный рост интенсивности ИРИ после переключения (при релаксации мелкомасштабных неоднородностей) обеспечивается уменьшением аномального ослабления (оптическая толщина возмущенной ионосферы пропорциональна величине аномального ослабления и, как следствие, интенсивности неоднородностей, а дальнейшее снижение интенсивности компонент ИРИ связано с релаксацией источника. Быстрое (1 - 2 с после включения) достижение максимума ОМ указывает на то, что "мелкомасштабная часть" пространственного спектра неоднородностей, а именно неоднородности размера 1 - 3 м, вносят больший вклад в аномальное ослабление, в то время как "крупномасштабная часть" спектра (3-10 м) отвечает в основном за источник генерации ИРИ.

Непрерывный спад компоненты им после переключения режима и быстрое уменьшение, по сравнению с ОМ указывает, скорее всего, что (а) оптическая толщина среды для им значительно меньше, чем для БМ, и что (II) "мелкомасштабная часть" спектра неоднородностей ответственна как за источник генерации им, так и за аномальное ослабление. Интерпретация поведения БМ, им и ВГ1М внутри диагностических импульсов требует дальнейшей работы. Тем не менее, быстрая релаксация ВГГМ и гораздо большие времена образования в ВиМ по сравнению с ОМ и им может указывать на существенный вклад даже меньших, "наименьших" неоднородностей с поперечным масштабом к магнитному полю около ~ 0,5 - 2 м, в генерацию ВиМ.

Заключение

В заключении приводятся основные результаты диссертации.

1.На основе исследования характеристик эффекта стрикционного самовоздействия ВН и динамики ИРИ изучена зависимость пороговых полей возбуждения СПИ и декрементов затухания излучения от частоты ВН, высоты её отражения и времени суток. Использование одновременных измерений динамики сигналов ВН и ИРИ позволило экспериментально определить декремент затухания плазменных волн уе по времени релаксации ИРИ для различных условий проведения измерений и использовать его как дополнительный независимый параметр при сопоставлении результатов эксперимента с теоретическими представлениями. Для всего цикла измерений получена характерная зависимость порогового поля СПН Еп ~ (Уе/о)0,48, практически совпадающая с теоретической. Для дневных условий измеренные значения уе значительно превосходят декремент затухания из-за столкновений, что связывается с бесстолкновительным затуханием плазменных волн на фотоэлектронах. В вечерних условиях пороговые поля и декременты приближаются к расчётным, полученным в приближении столкновительного затухания плазменных волн.

2. По данным многолетних измерений в течение половины цикла солнечной активности во веем диапазоне рабочих частот стенда «Сура» 4.3 </о< 9.5 МГц. подтверждена цикличность (периодичность) зависимости вида спектров ИРИ от/о с шагом (периодом), равным электронной циклотронной частоте /се — подобие зависимости спектральной формы ИРИ (и всех компонент ИРИ) от частоты накачки /о между последовательными гирогармониками. Дана классификация основных частотных диапазонов между последовательными гирогармониками, где спектры ИРИ носят существенно различный характер. Выделены особенности в поведении различных спектральных компонент спектра ИРИ в различных областях диапазона рабочих частот.

3. Детально исследовано поведение стационарных спектров ИРИ при переходе /о через п/сс («=4,5). Установлено следующее. (а) Формирование интенсивных мелкомасштабных неоднородностей концентрации плазмы при длительном воздействии на ионосферу обеспечивает сам факт генерации искусственного радиоизлучения в области верхнего гибридного резонанса волны накачки и существенно влияет на интенсивность ИРИ, тогда как форма спектра «верхнегибридных» компонент ИРИ и факт практически полного их подавления при прохождении частоты волны накачки /о через гирогармоники п/се, определяются дисперсионными свойствами, и характером взаимодействия высокочастотных плазменных мод, а также близостью их частот к гирогармонике.

109

Зависимость вида спектра ИРИ от соотношения /о и п/се исчезает при воздействии короткими импульсами, когда мелкомасштабные неоднородности не успевают формироваться, (б) При прохождении /о через п/сс подавление различных спектральных компонент ИРИ происходит при одной и той же частоте самих этих компонент, совпадающей с частотой волны накачки Уотт, при которой суммарная интенсивность всех компонент ИРИ оказывается минимальной. Эта частота совпадает с частотой двойного резонанса, что позволяетопределять с высокой точностью магнитную индукцию, концентрацию плазмы и высоту области двойного резонанса, (в) Наиболее вероятным механизмом генерации «верхнегибридных» компонент ИРИ в области гирогармоник является двойная трансформация электромагнитных волн в плазменные и обратно на мелкомасштабных неоднородностях с промежуточной стадией формирования спектра плазменных волн за счёт процессов нелинейного взаимодействия плазменных волн. В то же время при /о ~Уотт, заметную роль в формировании спектра ИРИ может играть процесс прямого распада волны накачки на верхнегибридную и нижнегибридную волны, (г) Наиболее вероятным механизмом генерации компоненты «широкий верхний максимиум» в спектре ИРИ является трансформация (рассеяние) верхнегибридных волн с частотами, превышающими Уотпъ на мелкомасштабных неоднородностях. При достаточно больших значениях /о - п/к генерация происходит заметно ниже высоты двойного резонанса, (д) При достаточно большом наклоне диаграммы направленности нагревного стенда от вертикали (к югу в наших экспериментах) интенсивность ИРИ при/о < и/се заметно уменьшается по сравнению с частотами волны накачки /о > п/Сй, что определяется различными областями (высотами) существования плазменных волн в этих случаях и уменьшением высоты отражения волны накачки при увеличении наклона.

4.Установлено, что при переключении режима излучения ВН от непрерывного к коротким диагностическим импульсам с малой скважностью релаксация мелкомасштабных неоднородностей обеспечивает релаксацию аномального ослабления электромагнитных волн, (включая ИРИ), а также снижение эффективности генерации «верхнегибридных» компонент ИРИ. Это приводит к восстановлению эффектов, связанных с СПН вблизи и ниже точки отражения ВН, в частности ССВ и генерации «ленгмюроаских» компонент ИРИ.

1. Митяков Н. А., Грач С. М., Митяков С. Н. // Итоги науки и техники. Серия: Геомагнетизм и высокие слои атмосферы. М.: ВИНИТИ, 1989.

2. Utlaut W. F., Cohen R. // Science. 1971. V. 174. P. 245.

3. Wong A. Y., Taylor R. J. // Phys. Rev. Lett. 1971. V. 27, No. 10. P. 644.

4. Васьков В. В., Гуревич А. В. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький: ИПФ АН СССР, 1979. С. 81.

5. Котик Д. С., Трахтенгерц В. Ю. // Письма в ЖЭТФ. 1975. Т. 21. С. 114.

6. Perkins F. W. // Radio Sei. 1974. V. 9. P. 1 065.

7. Грач С. М., Трахтенгерц В. Ю. // Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. С. 1 288.

8. Фролов В. Л., Беликович В. В., Бахметьева Н. В. и др. // УФН. 2007. Т. 177. Р. 330.

9. Караштин А. Н., Комраков Г. П., Токарев Ю. В., Шлюгаев Ю. В. // Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42. С. 765.

10. Fejer J. A. //Rev. Geophys. Space Phys. 1979. V. 17, No. 1. P. 135.

11. Ерухимов Л. M., Метелёв С. А., Митякова Э. 3. и др. // Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький: ИПФ АН СССР, 1979. С. 7.

12. Грач С. М., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. // Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький: ИПФ АН СССР, 1979. С. 46.

13. Ерухимов Л. М., Метелёв С. А. и др. // Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. С. 208.

14. Stubbe P., Hagfors Т. // Surveys in Geophysics. 1997. V. 18. P. 57.

15. Frolov V. L., Erukhimov L. M., Metelev S. A., Sergeev E. N. // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 1997. V. 59. P. 2 317.

16. Leyser Т. B. // Space Sei. Rev. 2001. V. 98, No. 3§4. P. 223.

17. Насыров A. M. Рассеяние радиоволн искусственными ионосферными неоднородностями. Изд-во Казанского университета, 1991. 150 с.

18. Авдеев Б., Белей В. С., Беленов А. Ф. и др.//Изв. вузов. Радиофизика.1994.Т.37. С.479.

19. Radio Science. 1974. V. 9, No. 11.20: , Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, 9

20. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, 12.

21. J. Atmos. Terr. Phys. 1982. V. 44, No. 12.

22. J. Atmos. Terr. Phys. 1985. V. 47, No. 12.

23. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1997. V. 59, No. 18.

24. Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42, 7§8.

25. Изв. вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48, 5.

26. Fejer J. А., Корка Н. // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, No. 7. P. 5 746.

27. Ерухимов Л. М., Метелёв С. А., Митяков Н. А., Фролов В. Л. // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25: С. 490.

28. Сергеев Е. Н., Фролов В. Л., Комраков Г. П. и др. // Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т. 41.С. 313.

29. Frolov V. L., Sergeev Е. N., Komrakov G. Р.,et al.//J.Geophys.Res.2004.V. 109.1d. A07304.

30. Сергеев E. H., Грач С. M., Котов П. В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т. 47. С. 209.

31. Thide В., Sergeev Е. N., et al. // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. Id. 255002.

32. Fejer J. A., Sulzer M. P., Djuth F. T.//J. Geophys. Res. 1991. V. 96. P. 15 985.

33. Sulzer M. P., Fejer J. A. // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 15 035.

34. Djuth F. Т., Gonzales C. A., Ierkic H. M.//J.Geophys.Res.A. 1986. V. 91, No. 11. P. 12 089.

35. Djuth F. T. // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. Id. Al 1307.

36. Альбер Я. H., Кротова 3. Н., Митяков Н. А. и др. // ЖЭТФ. 1974. Т. 66, 2. С. 574.

37. Mjolhus Е., Helmersen Е., DuBois D. Е. // Processes in Geophysics. 2003. V. 10. P. 151.

38. Norin L., Grach S. M., Thide В., et al. // J. Geophys. Res. 2007 (in press).

39. Грач С. M., Тиде Б., Лейзер Т. // Изв. вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37. С. 617.

40. Grach S. M., Shvarts M. M., Sergeev E. N., Frolov V. // J. Atm. Solar.-Terr. Phys. 1998. V. 60. P. 1 233.

41. Сергеев E.H., Грач C.M., и др.//Изв. вузов. Радиофизика. 1999.Т.42.С.619.

42. Ponomarenko P. V., Leyser Т. В., Thide В. // J. Geophys. Res. А. 1999. No. 5. P. 10 081.

43. Blagoveshchenskaya N. F., Borisova T. D., Kornienko V. A., et al. // Ann. Geophys. 2006. V.24. P. 2 333.

44. Thide В., Корка В., Stubbe H. // Phys. Rev. Lett. 1982. V. 49. P. 1 561.

45. Грач С. M. // Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28. С. 684.

46. Carozzi Т. D., Thide В., et al. // J. Geophys. Res. A. 2002. V. 107. P. 1 253.

47. Dysthe К. В., Mjolhus E., Pecseli H., Stenflo L. Phys. Fluids, 1983, v.26, p. 146.

48. Mjolhus E. J. Plasma Phys., 1983 v. 30, pp. 195-198.

49. Pedersen T.R., H. C. .Carlson, Radio Sci., 2001, v. 36, pp. 1013-1026.

50. M. T. Rietveld, M. J. Kosch, N. F. Blagoveshchenskaya et al., .J. Geophys.Res., 2003, 108, no. A4, doi: 10.1029./2002JA009543.

51. С. M. Грач. //Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1999. Т.42. №7. С. 651-669.

52. S. М. Grach, V. М. Fridman et al., Annates Geophysicae , 2002, v. 20:no.l 1, pp. 16871691, SRef-ID: 1432-0576/ag/2002-20-1687

53. Васьков В. В., Гуревич А. В., Димант Я С. Многократное ускорение электронов в плазменном резонансе.—ЖЭТФ, 1983, 84, № 2, 536—548

54. Gurevich А. V., Dimant Y. S., Milikh G. М., Vas'kov V. V. Multiple acceleration of electrons in the region of high-power radio wave in the ionosphere. «J. Atm. Terr. Phys.», 1985, 47, № 11, 1057—1070

55. Ya.S.Dimant, A.V.Gurevich,and K. P. Zybin, J. Atm. Terr. Phys., 1992, v. 54, pp. 435-436.

56. Васьков В. В , Милих Г. М. Искусственное свечение и дополнительная ионизация верхней ионосферы в поле мощной радиоволны. «Геомагнетизм и ачрономия», 1983,23, №2, 196—201

57. Грач С. М., Митяков Н. А., Трахтенгерц В. Ю. Ускорение электронов при параметрическом нагреве ограниченного слоя плазмы. «Изв. вузов. Радиофизика», 1984, 27, №9, 1086—1101

58. Грач С.М , Митяков Н.А., Трахтенгерц В.Ю. Ускорение электронов и дополнительная ионизация при параметрическом нагреве плазмы. «Физика плазмы», 1986, 12, вып. 6, 693—701

59. Pedersen Т. R., М. McCarrick, et al., Geophys. Res. Lett., 2003, v. 30 (4), 1169, doi: 10.1029/2002GL016096

60. Gustavsson В., Т. Sergienko et al., J. Geophys. Res. ,2001, v. 106, pp. 21,105-29,123

61. Kosch M. J., M. T. Rietveld, et al., Geophys. Res. Let., 2002, v. 29, no.23, 2112, doi: 10.1029/2002GRL015744

62. Kosch M. J., M. T. Rietveld, et al., Geophys. Res. Let., 2004, v. 31, L12805, doi: 10.1029/2004GL019713

63. Bernhardt P. A., W. A Scales., et al., Geophys.Res. Lett., 1991, v.18, pp.1477-1480.

64. Bernhardt P. A, M. Wong, et al., J. Geophys. Res., 2000, v. A105, 10657.

65. P. И. Гумеров, В. Б. Капков, Г. П. Комраков, A.M. Насыров. //Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42. С. 524-527

66. Grach S. М, Е. N. Sergeev, et al., Adv. Space Res., 2004, vol. 34, no.l 1, pp 2422-2427.

67. Kosch, M. J., Pedersen, Т., Hughes, J., Marshall, R., Gerken, E., Senior, A., Sentman, D., McCarrick, M., and Djuth, F. Т., Annales Geophysicae, V. 23, no. 5, 2005, pp. 1585-1592

68. Васьков В. В., Гуревич А. В. // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16, 2. С. 188.

69. Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В.Ю. // Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 4, 1.С. 36.

70. Альбер Я. И., Кротова 3. Н., Митяков Н. А. и др. // ЖЭТФ. 1974. Т. 66, 2. С. 574.

71. Митяков II. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В.Ю. // Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, 1.С. 27.

72. Perkins F. W., Oberman С. R., Valeo E. J. // J. Geophys. Res. 1974. V. 79, No. 10. P. 1 478.

73. Ерухимов JI. M., Метелв С. А., Митяков Н. А., Фролов В. JI. // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25. С. 490.

74. Ерухимов JI. М., Ковалёв В. Я., Куракин Е. П. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27, 5. С. 758.

75. Ерухимов JI. М., Ковалёв В. Я., Куракин Е. П. и др. Результаты экспериментальных исследований искусственной ионосферной турбулентности, полученные на нагревном стенде Гиссар: Препринт 290 НИРФИ. Горький, 1989.

76. Бойко Г.Н.,Ерухимов JI.M., Зюзин В.А.и др.//Изв. вузов.Радиофизика.1985.Т.28.С. 395

77. Бойко Г. Н., Ерухимов JI. М. // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30, 1. С. 68.

78. Сергеев Е. П., Фролов В. Л., Бойко Г. Н., Комраков Г. П. // Изв. вузов. Радиофизика. 1998.Т. 41, З.С. 313.

79. Сергеев Е.Н.,Грач С.М.ДомраковГ.П. и др.//Изв.вузов.Радиофизика.2002.Т.45,З.С.214

80. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.:Физматгиз, 1960.82. http://nssdc. gsfc.nasa. go v/space/model.

81. Shunk R. W., Nagy A. F. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. Atmospheric and Space Science Series. Cambridge University Press, 2000.

82. Фаткуллин M. H., Зеленова Т. И., Козлов В. К. и др. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. М.: Наука, 1981.

83. Кринберг И. А. Кинетика электронов в ионосфере и плазмосфере Земли. М.: Наука, 1978.

84. Frolov V. L., Ermakova Е. N., Komrakov G. P., et al. // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28, No. 16. P. 3 103.

85. Stubbe P., Корка H., Thide В., Derblom H. // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 7 523.

86. Leyser Т. В., Thide В., Waldenvik M., et al. // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 17 597.

87. Thide В., Sergeev E. N., Grach S. M., Leyser Т. В., Carozzi T. D. // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95,No. 25. Art. no. 255 002.

88. Sergeev E.N., Frolov V.L., Grach S.M., Kotov, P.V.//Adv. Space Res.2006. V. 38. P. 2 518.

89. Гуревич А. В. // УФН. 2007. T. 177. С. 1 145.

90. Грач С. M., Караштин А. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. // Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. С. 1 827.

91. Васьков В. В., Гуревич А. В. // ЖЭТФ. 1977. Т. 73. С. 929.

92. Грач С. М. // Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28, 6. С. 684.

93. Leyser Т. В., Thide В., Waldenvik М., et al. // J. Geophys. Res. A. 1994. V. 99. P. 19 555.

94. Stubbe P., Stocker A. J., Honary F., et al. // J. Geophys. Res. A. 1994. V. 99. P. 6 233.

95. Фролов В. Л., Грач С. М., Ерухимов Л. М. и др. // Изв. вузов. Радиофизика. 1996. Т. 39.С. 352.

96. Frolov V., Erukimov L. M., Kagan L., et al. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 81. P. 1 630.

97. Leyser Т. В., Thide В., Derblom, H., et al. // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 17 233.

98. Фролов В. Л., Недзвецкий Д. И., Сергеев Е. Н. и др. // Изв. вузов. Радиофизика 2005. Т. 48.С. 1 013.

99. Frolov V.L.,Uryadov V.P.,Vertogradov G.G.,Vertogradov V.G.,Groves К.М./ Proc. Twelfth Annual RF Ionospheric Interactions Workshop, Santa Fe, New Mexico, April 25-28, 2006.

100. Грач С. M., Сергеев Е. Н., Яшнов В. А., Котов П. В. // Изв. вузов. Радиофизика.2008

101. Фролов В. Л., Бойко Г. Н., Метелёв С. А., Сергеев Е. Н. // Изв. вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37. С. 909.

102. Котов П.В.,Сергеев Е.Н., Грач С.М.//Изв. вузов. Радиофизика. 2008. Т. 51, №7, С. 461.

103. Сергеев Е.Н., Грач С.М.,Фролов В.Л.//Изв. вузов. Радиофизика.2008.Т. 17, . 6. С. 619.

104. P.V. Kotov, L. Norm, E.N. Sergeev, S.M. Gr; Adv.Space Res.2007.V.40.P.377