Todos aqui provavelmente conhecem o que é o HAARP e que existe especulações que ele esteja sendo utilizado para controle do clima, causar terremotos, furacões, etc.
Encontrei este documento de 1990, escaneado e hospedado no servidor do site wired, cujo título é "HAARP -Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência -PLANOS E ATIVIDADES DO PROGRAMA DE SERVIÇOS CONJUNTOS" e tem 27 páginas. Encontrei a transcrição do texto (o original está apenas escaneado) neste endereço.
Nota:
- C3 - "Command, Control And Communication" ou "Comando, Controle e Comunicação" (link que explica a expressão)
- ERP : Força Efetiva Irradiada
- HF : Alta Frequência
- RF : Rádio-Frequência
Se encontrarem algum erro ou sugestão fiquem a vontade para informar aqui mesmo no tópico.
Citar:
Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência (HAARP)
ÍNDICE
SUMÁRIO EXECUTIVO
SÍNTESE
1. INTRODUÇÃO
2. APLICAÇÕES EM POTENCIAL
2.1. Sondagem Geofísica
2.2. Geração de Ondas ELF / VLF
2.3. Geração de Furos e Lentes ionosféricas
2.4. Aceleração de Elétrons
2.5. Geração de Ionização de Campos Alinhados
2.6. Aquecimento de Alta Frequência Oblico
2.7. Geração de camadas de ionização abaixo de 90km
3. QUESTÕES IONOSFÉRICAS ASSOCIADOS COM AQUECIMENTO COM RÁDIO FREQUÊNCIA DE ALTA POTÊNCIA
3.1. Limiares de efeitos ionosféricos
3.2. Problemas gerais ionosféricos
3.3. Questões ionosféricas de Altas Latitudes
4. DESEJO DE UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO DE ALTA FREQUÊNCIA
4.1 Características do Aquecedor
4.1.1 Potência irradiada efetiva-4.1.1 (ERP]
4.1.2 Faixa de Freqüência de Operação
4.1.3 Capacidades de Varredura
4.1.4. Modos de Operação
4.1.5 Polarização de Ondas
4.1.6 Agilidade na Alteração dos Parâmetros de Aquecimento
4.2. Diagnóstico do Aquecedor
4.2.1. Disperção Incoerente das Instalações do Radar (Incoerente Scatter Radar Facility)
4.2.2. Outros Diagnosticos
4.2.3. Diagnóstico adicionais para Experimentos de Geração de ELF
4.3. Localização do Aquecedor de Alta Frequência
4.4. Custo estimado da nova instalação de aquecimento
5. Os participantes do programa
6. PLANOS PARA PESQUISA SOBRE A GERAÇÃO DE SINAIS ELF NA IONOSFERA ATRAVÉS DA MODULAÇÃO DO ELETROJATO POLAR
6.1. Questões ionosféricas pois eles se relacionam com Geração de ELF
6.1.1 Necessidades de Pesquisa ionosféricas
6.1.2. Recomendações de pesquisa da ionosfera
6,2 Eficiência da Excitação HF para ELF
6.2.1. Problemas de Aquecimento de Baixa Altitude
6.2.2. recomendações da pesquisa Aquecimento de Baixa Altitude
6.2.3. Problemas de Aquecimento de alta altitude
6.2.4. Recomendações da Pesquisa do Aquecimento de Alta Altitude
6.3. Problemas de Comunicação Submarinos Associados com a exploração sinais ELF geradas na ionosfera por HF Aquecimento
6.3.1. Questões gerais de investigação,
6.3.2. Problemas específicos de Sistemas ELF
6.4. Recomendações da Pesquisa Relacionadas com Sistemas ELF
7. RESUMO DAS ATIVIDADES DE INICIAÇÃO HAARP
7.1. Grupo Diretor do HAARP
7.2. Resumo das Atividades e Programação do Grupo Diretor do HAARP
ANEXO A Instalações de Aquecimento HF
ANEXO B Workshop sobre Modificação Ionosférica e Geração de ELF
Agenda do Workshop
Escala de Participação no Workshop
HAARP - Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência
Sumário Executivo
Conforme descrito no relatório que acompanha este documento, o Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência (HAARP) é especialmente atraente na medida em que irá assegurar que a pesquisa em uma área de tecnologia emergente e revolucionária será focada no sentido de identificar e explorar as técnicas para aumentar consideravelmente capacidades C3.
O coração do programa será o desenvolvimento de uma singular capacidade de aquecimento alta freqüência (HF) da ionosfera para conduzir as experiências pioneiras exigidas pelo programa.
Aplicações
Um aspecto interessante e desafiante do reforço ionosférico é o seu potencial para controlar os processos ionosféricos, de tal forma a melhorar significativamente o desempenho dos sistemas de C3. A meta principal do programa é a identificação e investigação dos processos ionosféricos e os fenômenos que podem ser exploradas para fins de DOD, (departamento de defesa) como os descritos abaixo.
Geração de ondas ELF na faixa de 70-150 Hz para fornecer comunicações para submarinos profundamente submersos. Um programa para desenvolver técnicas eficientes de geração de ELF está prevista sob o programa de melhoramento da ionosfera do Departamento de Defesa.
Sondagem geofísicas para identificar e caracterizar os processos ionosféricas naturais que limitam o desempenho dos sistemas de C3, de modo que técnicas possam ser desenvolvidas para reduzir ou controlar tais efeitos. Geração de lentes ionosféricas para se concentrar grandes quantidades de energia HF em grandes altitudes na ionosfera, proporcionando assim, um meio para desencadear processos ionosféricos que potencialmente poderiam ser exploradas para fins do Departamento de Defesa.
Aceleração de eletrons para a geração de emissões ópticas de IR e outros e criar ionização adicional em regiões selecionadas da ionosfera, que poderiam ser utilizada para controlar ondas de rádio - propriedades de propagação.
Geração de campo geomagnético, alinhado ionização para controlar as propriedades de reflexão / espalhamento das ondas de rádio.
Aquecimento Obliquo para produzir efeitos sobre a propagação de ondas de rádio em grandes distâncias a partir de um aquecedor de HF, ampliando assim, as potenciais aplicações militares da tecnologia de melhoramento da ionosfera.
Geração de camadas de ionização abaixo de 90 km, para fornecer refletores de ondas de rádio (espelhos), que podem ser explorados para o longo alcance, fora do horizonte, para fins de vigilância HF / VHF / UHF, incluindo a detecção de mísseis de cruzeiro e outros pouco observáveis.
Características desejadas do aquecedor IC
Uma nova, única, instalação de aquecimento HF é necessária para resolver a ampla gama de questões identificadas acima. No entanto, a fim de dispor de um sistema útil em vários estágios do seu desenvolvimento, é importante que o aquecedor seja construído de uma forma modular, de tal modo que a sua potência eficaz radiada possa ser aumentada de uma forma efetiva e eficaz, o custo efetivo pela forma como os recursos se tornam disponível.
Força Efetiva Irradiada (ERP) no que excede 1 Gigawatt
Um gigawatt de ERP representa um importante limiar no nível de potência, sobre os quais a geração de ondas significativas e eficiências de aceleração de elétrons podem ser alcançadas e outros efeitos de aquecimento significativo podem ser esperados.
Ampla Faixa de freqüência HF
O aquecimento desejado teria uma faixa de freqüência entre cerca de 1 MHz a 15 MHz, permitindo assim que uma vasta gama de processos ionosféricas sejam investigados.
Decifrando as capacidades
Um aquecedor que tenha a rápida capacidade de digitalização é muito desejável para aumentar o tamanho em regiões das ondas contínuas aquecidas (CW) na ionosfera e modos de pulso de operação. Flexibilidade na escolha de modos de aquecimento de operação permitirão uma ampla variedade de técnicas de aprimoramento da ionosfera e questões a serem abordadas.
Polarização
A instalação deve permitir polarização tanto no eixo X como no O, a fim de estudar os processos da ionosfera em uma faixa de altitudes.
Agilidade na alteração dos parâmetros de aquecimento
A capacidade para alterar rapidamente os parâmetros do aquecimento é importante para abordar questões tais como o alargamento do tamanho da região aquecida na ionosfera e para o desenvolvimento de técnicas para assegurar que as densidades de energia desejadas na ionosfera possam ser conseguidas sem efeitos de configuração auto-limitantes.
Diagnostico de aquecimento HF
A fim de compreender os processos ionosféricas naturais, assim como os induzidos através da modificação ativa da ionosfera, uma instrumentação adequada é necessária para medir uma vasta gama de parâmetros ionosféricos. Parâmetros nas escalas apropriada-temporal e espaciais. o diagnóstico chave nestas medidas será uma instalação de um incoerente radar de dispersão para fornecer os meios para monitorar tais condições de plasma de fundo, como as densidades de elétrons, temperaturas de elétrons e íons e campos elétricos, tudo em função da altitude. A instalação de radar de espalhamento incoerente, previsto para complementar o planejado novo aquecedor de HF, está sendo financiado por um programa separado do Departamento de Defesa, como parte de uma atualização da faixa de foguetes do Poker Flat, no Alasca.
Para os experimentos de geração de ELF, o diagnóstico complementar deve incluir uma cadeia de receptores ELF, uma ionosonda digital HF, um magnetômetro em cadeia, fotômetros, uma sirene VLF, e um medidor riometer VHF medidor de opacidade ionosferica relativa). Em -outras experiências, as medições in situ da região aquecida na ionosfera, através de instrumentação por foguete sonda, também seria muito desejável. Outros diagnósticos para serem empregados, dependendo da natureza das modificações ionosféricas a serem implementados, irão incluir receptores de HF HF / VHF, radares, geradores de imagens ópticas, e as observações de cintilação.
Localização do aquecedor HF
Uma das principais questões a serem abordadas no âmbito do programa é a geração de ondas ELF na ionosfera por aquecimento HF. Isso requer a localização do aquecedor onde existem fortes correntes ionosféricas, ou em um local equatorial ou em uma alta latitude (auroral) local. Outros fatores a serem considerados na localização do aquecedor incluir outras necessidades técnicas (pesquisa) e os requisitos, as questões ambientais, as capacidades de expansão futura (imobiliário), infra-estrutura e as considerações sobre a disponibilidade e localização dos diagnósticos. A localização da nova instalação de aquecimento HF está prevista para o Alaska, relativamente perto de uma nova unidade de dispersão incoerente, já prevista para os foguetes poker Range sob um programa separado do Departamento de Defesa.
Além disso, é desejável que o aquecedor HF seja localizado para permitir instrumentação por foguete sonda a ser levado para a região aquecida da ionosfera. A localização exata no Alasca para a instalação de aquecimento HF da nova proposta ainda não foi determinada.
Custo estimado da nova instalação de Aquecimento HF
Estima-se que de 8 a 10.000.000 dólares (US $ 8-10M) vai proporcionar uma nova instalação, com uma potência de irradiação efetiva próxima do estabelecido para a instalação DOD atual (HIPAS), mas com a melhoria considerável na sintonização e capacidade da freqüência e direção da antena de feixe. A instalação vai ser de design modular para permitir atualizações eficientes e de baixo custo de energia quando os fundos adicionais se tornarem disponíveis. A instalação desejada (classe mundial), tendo as grandes capacidades e flexibilidades descritas acima, terá um custo na ordem de 25-30.000.000 de dólares (US $ 25-30M).
Os participantes do programa
O programa será gerido em conjunto pela Marinha e pela Força Aérea. No entanto, devido à grande variedade de questões a serem abordadas, a participação ativa dos órgãos governamentais, universidades e prestadores de serviços privados é esperada.
Programa de Pesquisa de Atividade Auroral de Alta Frequência
O Programa de Pesquisa de Aurora Ativa DOD HF (HAARP) é especialmente atraente na medida em que irá assegurar que a pesquisa em uma revolucionária área de tecnologia emergente, será focada no sentido de identificar e explorar as técnicas para aumentar consideravelmente as capacidades C3. O coração do programa será o desenvolvimento de uma capacidade de aquecimento da ionosfera exclusiva para conduzir as experiências pioneiras necessárias para avaliar adequadamente o potencial de exploração de tecnologia de melhoramento da ionosfera para ao propósitos do DOD (Departamento de Defesa). Como veremos a seguir, como um centro de pesquisa vai fornecer os meios para investigar a criação, manutenção e controle de um grande número e ampla variedade de processos ionosféricos que, se explorados, podem fornecer capacidades operacionais significativas e as vantagens em relação aos sistemas convencionais C3. A pesquisa a ser realizada no programa incluirá os esforços exploratórios e aplicações básicas.
1. Introdução
Agências do Departamento de Defesa já possuem os esforços em curso na ampla área de experimentos ionosféricas ativos, incluindo melhorias ionosféricas. Estes incluem ambas as abordagens espaciais e terrestres. Os esforços espaciais incluem lançamentos de produtos químicos (por exemplo, Experiência da Força Aérea Brasileira na modificação da Ionosfera, BIME; programa AIR RED da Marinha e participação multi-agência no lançamento Combinado e efeitos de radiação por satélite, CRRES). Além de outras planejadas, os programas vão empregar feixes de partículas e aceleradores de foguetes a bordo (por exemplo, exceder as e CHARGE IV) e shuttle ou transmissores de RF de satélites (eg, WISP e ativa). Técnicas baseadas em terra empregando o uso de alta potência, frequência de rádio (RF), os transmissores (chamado "aquecedores") para fornecer energia na ionosfera que faz com que ela venha a ser alterada, ou reforçada. A utilização de tais aquecedores têm uma série de vantagens sobre as abordagens baseadas no espaço.
Estes incluem a possibilidade de repetir as experiências em condições controladas, e a capacidade de condução de uma vasta variedade de experiências utilizando o mesmo mecanismo. Por exemplo, dependendo da frequência de RF e potência radiada efectiva (ERP) utilizada, as diferentes regiões da atmosfera e da ionosfera podem ser afectadas para produzir uma série de efeitos práticos, como ilustrado na Tabela 1. Devido ao grande número e variedades daqueles efeitos e ainda porque muitos deles têm o potencial a serem explorados para aplicações C3 importantes, o programa é focado no desenvolvimento de um programa robusto na área de ground-based, aquecimento RF de alta potência da ionosfera.
Até o momento, a maioria das experiências de aquecimento ionosféricas do Departamento de Defesa foram realizados para obter uma melhor compreensão dos processos ionosféricas, ou seja, eles têm sido utilizados como sondas geofísicas. Neste, uma perturbação na ionosfera e em seguida, estudos como isto responde à perturbação e como ele finalmente se recupera de volta às condições ambientais. O uso de reforço ionosférico para simular processos ionosféricas e fenómenos é um desenvolvimento mais recente, tornada possível pelo crescente conhecimento a ser obtidos na natural evolução. Ao simular os efeitos da ionosfera naturail, é possível avaliar como elas podem afetar o desempenho dos sistemas do Departamentode Defesa. De um ponto de vista DoD, no entanto, o aspecto mais interessante e desafiante de reforço ionosférico é o seu potencial para o controle dos processos ionosféricas de tal forma a aumentar significativamente o desempenho dos sistemas de C3 (ou negar acesso a um inimigo), Isto é um conceito revolucionário em que, ao invés de aceitar as limitações impostas aos sistemas operacionais pela ionosfera natural, que busca tomar o controle do meio de propagação e moldá-lo, para garantir que a capacidade do sistema desejado possa ser alcançada. Um ingrediente chave do programa do DOD é o objetivo de identificar e investigar os processos ionosféricos e os fenômenos que podem ser explorados para tais fins.
2. Aplicações potenciais
Uma breve descrição de uma variedade de aplicações potenciais da tecnologia de aperfeiçoamento ionosférico, que podem ser abordadas pelo programa do Departamento de Defesa são descritas abaixo.
2.1. Sondagem Geofísica
O uso de aquecimento ionosférico para investigar os processos ionosféricos naturais é tradicional. Tal pesquisa é necessária ainda para o desenvolvimento de modelos da ionosfera, que podem ser usados para prever com confiança o desempenho dos sistemas C3, em condições normais e com a Ionosfera perturbada. Este aspecto da pesquisa de reforço ionosférico está sempre disponível para o investigador, com efeito, como um subproduto de qualquer investigação de realce ionosférico, mesmo se for impulsionado por aplicações objetivas específicos do sistema, tal como discutido abaixo.
2.2. Geração de ondas ELF / VLF
Um certo número de sistemas críticos de comunicações Departamento de Defesa dependem da utilização de ondas de rádio ELF (freqüência baixa) / VLF(freqüência muito baixa) (30 Hz-30kHz). Estes sistemas incluem os que estão associados com a rede de Comunicações Essenciais Mínimas de emergência (MEECN) e aqueles utilizados para difundir mensagens para submarinos submersos. Neste último, as freqüências na faixa de Hz 70-150 são especialmente atraentes, mas difícil de gerar de forma eficiente com sistemas de antenas terrestres. Existe o potencial para a geração de tais ondas por aquecimento terrestre da ionosfera. O aquecedor é utilizado para modular a condutividade da ionosfera inferior, que por sua vez modula correntes ionosféricas. Esta corrente modulada, com efeito, produz uma antena virtual na ionosfera para a radiação de ondas de rádio. A técnica já foi usada para gerar sinais ELF / VLF em uma série de instalações de aquecimento de HF verticais no Ocidente e na União Soviética. Até o momento, no entanto, esses esforços têm sido confinados a estudos essencialmente de pesquisa básica, e algumas tentativas foram feitas para investigar formas de aumentar a eficiência de geração dessas ondas ELF / VLF para torná-las atraentes para aplicações de comunicações. A este respeito, a geração do aquecedor ELF seria atraente se pudesse fornecer sinais significativamente mais fortes do que os disponíveis a partir do sistemas de antena atuais da Marinha em Wisconsin e Michigan. Uma investigação teórica recente sugere que isto pode ser possível, desde que uma instalação de aquecimento HF apropriada esteja disponível. Devido ao fato de que esta área de pesquisa se mostra especialmente promissora e por causa das exigências do DOD existentes para ELF e VLF, isto coloca o projeto como o principal motor do programa de pesquisa proposto.
Além de seu potencial de aplicação de longo alcance e de sobrevivência e comunicações do DOD, há uma outra aplicação potencialmente atraente para as fortes ondas ELF / VLF geradas na ionosfera por aquecedores terrestres. Sabe-se que os sinais de ELF / VLF gerados por descargas atmosféricas propagam através da ionosfera e interagem com as partículas carregadas presas ao longo das linhas do campo geomagnético, causandas de tempos em tempos, para precipitar-se na ionosfera inferior. Se tais processos podem ser controlado com segurança, seria possível desenvolver técnicas para esgotar as regiões selecionadas das cinturões de radiação de partículas, por curtos períodos de tempo, permitindo assim que os satélites possam operar dentro deles, sem danos para os seus componentes eletrônicos, qualquer um dos problemas críticos associados com este conceito de controle do cinturão de radiação poderia ser investigado como parte do programa de DOD.
2.3. Geração de buracos / Lentes ionosféricas
É bem sabido que o aquecimento HF produz esgotamento local ("buracos") de elétrons, alterando assim as propriedades de refração da ionosfera. Esta por sua vez, afeta a propagação das ondas de rádio que passam por essa região. Se as técnicas pudessem ser desenvolvidas para explorar este fenômeno de tal forma a criar uma lente artificial, deveria ser possível a utilização da lente como um foco para enviar uma quantidade muito maior de energia de HF para altitudes mais elevadas na ionosfera do que é atualmente possível, abrindo assim o caminho para desencadear novos processos ionosféricas e fenômenos que potencialmente poderiam ser explorados para fins do DOD. Na verdade, a questão geral do desenvolvimento de técnicas para garantir que grandes densidades de energia possam ser disponibilizadas em regiões selecionadas na ionosfera, a partir de aquecedores baseados no solo, é um passo importante que deve ser abordado no programa do DOD.
2.4. Aceleração de Elétrons
Se a densidade de energia suficientes estiverem disponíveis na ionosfera, deveria ser possível acelerar elétrons para energias elevadas, variando desde alguns eV até níveis MeV e KeV. Essa capacidade de se fornecer estes meios podem realizar uma série de aplicações interessantes para o DOD.
Os elétrons na ionosfera acelerados em uns poucos eV iriam gerar uma série de emissões de IR e ópticos. Observação e quantificação dos mesmos iriam fornecer dados sobre a concentração de constituintes menores na parte inferior da ionosfera e atmosfera superior, a qual não pode ser obtida usando técnicas convencionais de sondagem. Tais dados seriam importantes para o desenvolvimento de modelos confiáveis da ionosfera inferior os quais são ulteriormente usados no desenvolvimento de técnicas de previsão de propagação de ondas de rádio. Além disso, o gerador de emissões e aquecedor de IR / óptico, em áreas selecionadas desde a terra podem ser potencialmente utilizados em sensores militares espaciais passivos.
Elétrons acelerados a níveis de energia na faixa de 14-20 eV produziriam uma nova ionização na ionosfera, através de colisões com partículas neutras. Isto sugere que pode ser possível o "condicionamento" da ionosfera de modo que não suporte a propagação de HF durante os períodos em que a ionosfera natural está mais especialmente fraca. Isso poderia ser explorado para o longo alcance (OTH) para fins de comunicação / vigilância IC. Finalmente, poderia ser utilizado o uso de um aquecedor de HF para acelerar elétrons a níveis de energia MeV keV, ou em conjunto com as medições do sensor de satélite, para as investigações dos efeitos controlados de elétrons de alta energia em plataformas espaciais. Já existe indicação de que os transmissores de alta potência sobre o espaço-craft acelera elétrons no espaço para esses altos níveis de energia, e que essas partículas carregadas podem ter impacto sobre a pá-craft com efeitos nocivos. Os processos que desencadeiam tais fenômenos e para o desenvolvimento de técnicas para evitar ou mitigar o poder deles poderia ser investigado como parte do programa de DOD.
2.5. Geração de Campos Alinhados de Ionização
O aquecimento HF da ionosfera produz manchas de ionização que estão alinhadas com o campo geomagnético, produzindo assim os centros de dispersão para as ondas de RF. Processos naturais também produzem tais dispersores, como evidenciado pelas cintilações observadas em links de satélite-terra nas regiões de latitudes equatoriais e altas. A utilização de um aquecedor de HF para gerar tais espalhadores proporcionaria uma maneira controlada para investigar os processos físicos naturais que os produzem, e poderiam conduzir possivelmente para o desenvolvimento de técnicas para prever a sua ocorrência natural, a sua estrutura e persistência, e (principalmente) o grau em que eles iriam afetar os sistemas do DOD.
Uma aplicação potencial interessante de aquecimento induzido do campo de alinhamento de ionização já é uma parte de um programa do DOD em curso (Força Aérea / RADC) programa de pesquisa, propagação canalizada de HF. Sabe-se que existem dutos em grande altitude nas regiãoes E e F da ionosfera (faixa de 110-250 km de altitude) que pode suportar uma propagação HF ao redor da terra. Normalmente no entanto, as considerações geométricas indicam que não é possível ter acesso a estas condutas de transmissores de IC à base de partículas, de tempo em tempo, no entanto os gradientes naturais na ionosfera (freqüentemente associados com o gradiente dia-noite) fornecem uns meios para dispersar tais sinais de HF nas condutas elevadas. Se o acesso a estas condutas podesse ser feito de forma confiável, coisas muito interessantes podem ser imaginadas na comunicação HF e aplicações de vigilância de longo alcance.
Por exemplo, a continuação da propagação HF acima das regiões ionosféricas perturbadas nuclearmente seria possível, ou, a precoce detecção de alcance dos mísseis rompendo a ionosfera em seu caminho para os alvos, pode ser alcançada. A utilização de um aquecedor de HF para produzir ionização de campo alinhado de uma forma controlada (confiáveis) tem sido sugerido como um meio para o desenvolvimento de tais conceitos, e será testada numa experiência de satélite futura para ser conduzida durante o FY92. O experimento requer um aquecedor no Alaska para gerar campo alinhado à ionização que enviará sinais HF de dispersão por um transmissor nas proximidades em dutos elevados. Um receptor de satélite irá gravar os sinais para fornecer dados sobre a eficácia do campo alinhado de ionização como um dispersor de RF, assim como a localização, a persistência, HF e propriedades de propagação associado com as condutas elevadas.
2.6. Aquecimento Obliquo de HF
Mais experimentos de aquecimento RF estão sendo conduzidos no Ocidente e na União Soviética empregando a propagação vertical das ondas de HF. Como tal, a região da ionosfera que é afetada está diretamente acima do aquecedor. Para aplicações militares mais amplas, o potencial para alterar significativamente as regiões da ionosfera a relativamente grandes distâncias (1000 km ou mais), a partir de um aquecedor é muito desejável. Isto envolve o conceito de aquecimento oblíquo. O assunto tem uma importância acrescida onde as potências mais elevadas e maior efetivo irradiado estão sendo projetadas para a futura comunicação HF e sistemas de vigilância. O potencial para esses sistemas para modificar inadvertidamente a ionosfera, produzindo assim efeitos de auto-limitação, é uma realidade que deve ser investigada, além disso, a vulnerabilidade dos sistemas HF para efeitos indesejáveis produzidos por outros, transmissores de alta potência (amigo ou inimigo) devem ser abordadas.
2.7. Geração de camadas de ionização Abaixo 90 km
O uso de aquecedores de RF de muito alta potência para acelerar elétrons para 14-20 eV abre o caminho para a criação de camadas significativas de ionização em altitudes, onde normalmente existem muito poucos elétrons. Este conceito já tem sido alvo de investigações por parte da Força Aérea (Geofísica Lab), da Marinha (MU), e DARPA. A Força Aérea, em particular, tem desenvolvido o conceito, denominado Espelho Ionosférico Artificial (AIM), a ponto de demonstrar a sua viabilidade técnica e propondo uma nova iniciativa de realizar experimentos de conceito de prova. O aquecedor de RF (s) a ser considerada para AIM estão na faixa de 400 MHz-3 GHz, muito maior do que as freqüências de HF (1,5 MHz a 15 MHz) adequados para investigar os outros tópicos discutidos neste resumo. Como tal, o programa DOD (HAARP) não estão diretamente envolvidos com os esforços de melhoria da ionosfera AIM- relacionados,
3. QUESTÕES IONOSFÉRICAS RELACIONADAS A AQUECIMENTO DE RF DE ALTA POTENCIA
Tal como ilustrado na figura 1, como a potência de HF enviada à ionosfera é continuamente aumentada para dominar o processo de dissipação de resposta das mudanças de ambientes geofísicos descontínuos, termina por produzir uma variedade de efeitos ionosféricos que requerem investigação. Daqueles previstos em níveis muito elevados de energia (mas ainda não disponíveis no Ocidente a partir dos aquecedores de IC existentes) são especialmente interessantes do ponto de vista das aplicações potenciais para fins do DOD,
3.1. Limiares de efeitos ionosféricos
Diante da modesta potencia do IC, duas ondas que se propagam através de RF por um volume comum de ionosfera irão experimentar modulação cruzada, uma superposição de modulação de amplitude de uma onda de RF sobre a outra. Na potencia efetiva da HF irradiada de que o Oeste dispõe, a massa mensurável do elétron e o aquecimento do gás de íons é alcançado, a radiação eletromagnética (em diferentes freqüências transmitidas) é estimulado e várias instabilidades paramétricas são excitadas no plasma. Estes incluem aqueles que a estrutura de modo a que o plasma que espalha a energia de RF de uma ampla gama de comprimentos de onda.
Figura 1. Limiares de efeitos ionosféricos em função do aquecedor ERP (indisponível)
Há também evidências no Ocidente de que as instabilidades na operação de potência de pico paramétricos começam a se saturar e ao mesmo tempo, pequenas quantidades de energia começam a entrar na aceleração de elétrons, resultando em níveis modestos de elétron-impact dimencionalmente animado. Isso sugere que para os mais altos poderes de HF disponíveis no Ocidente, as instabilidades comumente estudadas estão se aproximando de sua capacidade de dissipação de energia máxima de RF, além de que os processos de plasma vão "sumir", até que o próximo processo limite seja atingido. As melhorias na aeroluminescência sugerem fortemente que este próximo processo envolve então interações onda-partícula e aceleração de elétrons.
Os soviéticos, operando em potências mais elevadas do que no Ocidente, agora têm reclamado de ionização estimulada significativa por ionização de impacto de elétrons. A alegação é que a energia HF, via interação onda-partícula, acelera os elétrons da ionosfera para energias bem mais de 20 elétron-volts (eV), de modo que eles vão ionizar partículas atmosféricas neutras com os quais colidem. Tendo em conta que as instalações HF soviéticas são várias vezes mais poderosas do que as instalações ocidentais em latitudes médias comparáveis, e dado que estes últimos parecem estar em um limiar de um novo regime de fenômenos de "onda-partícula", acredita-se que os soviéticos atravessaram esse limiar e estão explorando um regime de fenômenos ainda não disponíveis para o estudo ou aplicação no Ocidente.
A instalação de HF em Max Planck, em Tromso na Noruega, possui o poder comparável ao dos aquecedores soviéticos de alta potência, mas nunca produziu melhorias na aeroluminescência comumente produzidos por instalações HF nos EUA de menor poder HF, mas em latitudes mais baixas. Isto é atribuído a uma presente compreensão inadequada em como fazer a ionosfera na latitude auroral manter as condições necessárias para permitir que o processo de aceleração de partículas seja dominado, as condições em que são obtidos nas (mais estáveis) regiões de latitudes médias.
O que é evidente, é que no gigawatt eficaz e acima de densidade de energia de potência radiada depositadas em regiões limitadas da ionosfera podem alterar drasticamente a sua refração, dispersão, e caráter térmico, a maior emissão de um muito amplo espectro óptico eletromagnético (rádio frequência) e portanto, o que é necessário é o conhecimento de como selecionar os efeitos desejados e suprimir aqueles indesejados. Atualmente, os níveis existentes de compreensão, isso só pode ser feito por: identificar e compreender quais os processos básicos estão envolvidos, e como opera a interação, isso só pode ser feito se impulsionado por um forte programa experimental dirigido pelo acoplamento forte com o ciclo interativo de desenvolvimento de teoria -modelo experimental de teste.
3.2. Problemas gerais ionosféricas
Quando uma onda de rádio de alta potência HF reflete na ionosfera, uma variedade de processos de instabilidade são acionados. Em tempos iniciais (menos de 200 ms), na seqüência de HF pesa, microinstabilidades impulsionadas por forças ponderomotivas são excitados ao longo de um grande intervalo de altitude (1-10 km) que se estende para baixo a partir do ponto de HF da reflexão para a região da ressonância híbrido superior. No entanto, no início as vezes (muito menos do que 50 ms) e, por vezes tardios (superior a l0 s) a mais forte turbulência Langmuir HF induzida parece ocorrer na proximidade da reflexão IC. A turbulência Langmuir também dá origem a uma população de elétrons acelerarados. Ao longo do tempo as escalas operacionais de 100 milissegundos e mais longos, as microinstabilidades devem coexistir com outras instabilidades que são desencadeadas quer diretamente ou impulsionadas pela turbulência HF-induzida. Algumas destas instabilidades são consideradas um carácter explosivo. A dissipação da turbulência Langmuir acredita-se que é para dar origem a irregularidades no medidor de escala através de várias vias diferentes de instabilidade. Finalmente, em escalas de tempo de dezenas de segundos e mais longas, várias instabilidades impulsionadas termicamente pode ser indagado que dão origem a irregularidades ionosféricas na escala de quilômetros. Algumas destas irregularidades são alinhadas com o campo geomagnético, enquanto outras são alinhadas, quer ao longo do eixo do feixe de HF ou paralelo à horizontal.
Recentemente, o diagnóstico de modificações ionosféricas de HF têm evoluído ao ponto em que os processos de instabilidade individuais podem ser examinados em detalhes. Devido à melhoria das capacidades de diagnóstico, é agora claro que as interações onda de plasma que se pensava ser bastante simples são na verdade bastante complexas. Por exemplo, as últimas descobertas experimentais no Observatório de Arecibo, sugerem que os processos de plasma responsáveis pela excitação de turbulência Langmuir na ionosfera são fundamentalmente diferentes de tratamentos anteriores com base na chamada "teoria da turbulência fraca".
Esta abordagem baseia-se em aproximações teóricas de fase aleatórias para tratar a amplificação das ondas de plasma lineares por instabilidades paramétricos. Pesquisa com modificação ionosférica de HF durante o período de 1970-1986, geralmente focadas em instabilidades paramétricas para explicar os resultados observacionais. Em contraste, existe evidência crescente de que a imagem convencional está errada e que o plasma ionosférico sofre um desenvolvimento altamente não-linear, culminando na formação de estados localizados de forte turbulência do plasma. O estado altamente localizado (muitas vezes referida como cavitons) consiste em ondas de plasma de alta freqüência presos em auto-consistentes esgotamento de densidade eletrônica.
É importante perceber que muitas instabilidades diferentes são simultaneamente animadas no plasma e um processo que a instabilidade pode influenciar grandemente o desenvolvimento de um outro. Estudos de competição entre os tipos semelhantes de processos de instabilidade e da interação entre as interações de ondas de plasma diferentes estão em estágios iniciais de desenvolvimento. No entanto, é evidente que o grau em que um é animado na instabilidade no plasma podem prejudicar gravemente uma variedade de outros processos de HF induzidas por absorção de HF induzida pela bomba de onda, alterações nas funções de distribuição de partículas, e a outras perturbações operacionais coerentemente orientadas a processos que dependem de suaves gradientes ionosféricos de densidade de elétrons. Como a eficiência de muitos processos de instabilidade são dependentes do ângulo de mergulho geomagnético, a natureza da competição da instabilidade no plasma deverá mudar com a latitude geomagnética. De fato, os resultados observacionais indicam fortemente esta noção. conseqüentemente, pode ser muito difícil de levar os resultados observados obtidos em uma latitude geomagnética para outra. Além disso, mesmo em uma estação experimental, os fenômenos físicos excitados por uma onda HF de alta potência é fortemente dependente de condições ionosféricas fundo. Um exemplo clássico deste ponto pode ser encontrado em observações feitas em Arecibo, quando as taxas de dissipação de energia de elétrons locais são baixos. Neste caso, o plasma ionosférico literalmente sobreaqueceu devido à ausência de processos de perda de elétrons térmicos eficazes.
O grande aumento (fator de quatro) na temperatura dos elétrons que acompanham este fenômeno dá origem a uma classe de processos de instabilidade que é completamente diferente dos outros observadas sob condições "normais" em que o equilíbrio térmico da ionosfera não é grandemente perturbada. Em ERPs maiores que um gigawatt (superior a 90 dBW), as forças ponderomotivas não são mais pequenas em comparação com as forças térmicas. Isto pode mudar qualitativamente a natureza dos processos de instabilidades na ionosfera. A pesquisa experimental nesta área, no entanto, deve esperar até que estes poderosos aquecedores ionosféricos sejam desenvolvidos.
3.3. Questões ionosféricas nas Altas Latitudes
Aquecimento da ionosfera nas latitudes médias por de ondas de rádio (por exemplo, Arecibo e Platteville) ocorreu sob condições onde a ionosfera de fundo (antes de ligar o aquecedor) foi bastante laminar, estável, fixo, etc, no entanto, em altas latitudes (ie , latitudes aurorais como HIPAS e Tromso) a ionosfera de fundo é uma entidade dinâmica. Mesmo a localização da aurora e do eletrojato estão mudando em função da latitude, altitude e hora local. Além disso, o fundo E e F da região ionosfera não pode ser laminar em tamanhos em escala menor do que 20 km e menos de 100 km, respectivamente. Em vez disso, existe a possibilidade de irregularidades na região E e F- (com tamanhos de ajuste de cms para kms) que ocorre em vários momentos, devido a (por exemplo), instabilidades eletrojato orientados na região E- e se espalhou para a F, ou instabilidades orientados atuais da região F. Partículas de alta energia, como por exemplo, a partir de erupções solares, também podem levar a região D, de estruturação. Além disso, a ligação à magnetosfera através da alta condutividade ao longo das linhas do campo magnético podem desempenhar um papel importante. A compreensão teórica dos processos de aquecimento da ionosfera de altas latitudes tem vindo a melhorar, no entanto, dada a natureza dinâmica da ionosfera em alta latitude, é importante para diagnosticar a ionosfera de fundo antes do início de qualquer experimento de aquecimento. Isso ajuda a capacidade de diagnóstico para determinar as estatísticas de longo prazo, bem como os parâmetros em tempo real. Embora tais diagnósticos tenham sido uma parte integrante das experiências de aquecimento em Arecibo e Tromso, experimentos de aquecimento HF em HIPAS foram severamente prejudicados pela falta de diagnósticos semelhantes.
4. 4. DESEJO DE UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO DE ALTA FREQUÊNCIA
A fim de abordar o amplo leque de questões discutidas nas seções anteriores, é necessária uma nova e única unidade de aquecimento HF. Um esboço das capacidades desejadas de um tal aquecedor, juntamente com a necessidade de diagnóstico para abordar estes problemas são apresentados na Tabela 2.
(Tabela 2 não está disponível neste documento)
4.1. Características do Aquecedor
As metas para o aquecedor de HF são muito ambiciosas. A fim de dispor de um sistema útil em vários estágios do seu desenvolvimento, é importante que o aparelho seja construído de forma modular, de tal modo que a sua potência irradiada-eficaz pode ser aumentada de uma forma efetiva e eficaz, o custo que os recursos se tornem disponíveis. Outras características do aquecedor de HF desejados são descritos abaixo.
Força Efetiva Irradiada (ERP)
Um gigawatt de potência efetiva irradiada (90 dBW) representa um importante nível de potência de limiar, sobre os quais a geração de ondas significativas e eficiência de aceleração de elétrons que ela pode atingir, e outros efeitos de aquecimento significativos podem ser esperados. Até esta data, a União Soviética construiu como um poderoso aquecedor HF. As maiores ERPs alcançadas pelos EUA nas suas instalações é cerca de um quarto do que obtiveram. Atualmente, um aquecedor na Noruega, operado pelo Instituto Max Planck, na República Federal da Alemanha, está sendo reconfigurado para fornecer um gigawatt de ERP em uma única frequência HF. O HAARP terá finalmente, um aquecedor de HF com um ERP bem acima de 1 gigawatt (da ordem de 95-100 dBW), em suma, o mecanismo mais poderoso no mundo para a realização de pesquisas de modificação da ionosfera. Para alcançar isso, a área aquecida na região F deve ter um diâmetro mínimo de pelo menos 50 km, para fins de diagnóstico e medição.
4.1.2. Faixa de Freqüência de Operação
O aquecedor projetado teria uma gama de frequências entre cerca de 1 MHz a cerca de 15 MHz, permitindo assim que uma vasta gama de processos ionosféricas possam ser investigados. Isso incorpora a freqüência elétron-gyro e permitiria operações em todas as condições ionosféricas antecipados. O funcionamento multi-frequência, utilizando diferentes porções do conjunto de antenas é também uma característica desejável. Finalmente, a mudança na frequência de uma ordem de milissegundos é desejável sobre a largura de banda da antena de emissão de HF.
4.3. Capacidades de digitalização
Um aquecedor que tem capacidades de digitalização é muito desejável, a fim de ampliar o tamanho das regiões aquecidas na ionosfera. Embora a faixa de varredura de vertical para muito oblíqua (cerca de 10 graus acima do horizonte), seria desejável, considerações de engenharia provavelmente vão reduzir o intervalo de digitalização para cerca de 45 graus em relação à vertical. A capacidade de uma rápida varredura (microssegundos na escala de tempo) em qualquer direção, também é muito desejável.
4.1.4. Modos de Operação
Flexibilidade na escolha de modos de aquecimento de operação, incluindo a forma de onda continua (CW) e os modos pulsados, vão permitir uma maior variedade de técnicas de modificação da ionosfera e questões a serem abordadas.
4.1.5. Onda de polarização
O aquecedor deverá permitir tanto polarizações x e o para serem transmitidos, a fim de estudar os processos ionosféricas ao longo de uma gama de altitudes.
4.1.6. Agilidade na Alteração dos parâmetros do Aquecedor
A capacidade para alterar rapidamente os parâmetros do aquecedor, como a frequência de funcionamento, o ângulo e direção de verificação, os níveis de potência, e modulação é importante para abordar questões tais como o alargamento do tamanho da região modificada na ionosfera e para o desenvolvimento de técnicas para assegurar que a energia de densidades desejadas na ionosfera poderão ser enviadas a partir do aquecedor sem efeitos auto-limitantes.
4.2. Diagnóstico do aquecimento
A fim de compreender os processos naturais ionosféricos, assim como as induzidas através da modificação ativa da ionosfera, uma instrumentação adequada é necessária para medir uma vasta gama de parâmetros ionosféricas nas escalas temporais e espaciais.
4.2.1. Instalação do Radar de Difusão
Um diagnóstico chave para estas medições será uma instalação de radar de difusão incoerente para fornecer os meios para monitorar tais condições de plasma de fundo como a densidade de elétrons e temperaturas de íons, e campos elétricos, tudo como uma função da altitude. Além disso, o radar de difusão incoerente irá fornecer os meios para examinar de perto a geração de turbulência de plasma e a aceleração de elétrons a alta energia na ionosfera por aquecimento de Alta Frequência. A instalação de radar de difusão incoerente, prevista para complementar o planejado novo aquecedor de HF, está sendo financiada em um programa do DOD (Departamento de Defesa) em separado, como parte de uma atualização na área de foguetes Poker Flat, no Alasca.
4.2.2. Outros Diagnósticos
A capacidade de realizar medições in situ da região aquecida na ionosfera, via instrumentação por foguete de origem, também é muito desejável. Outros diagnósticos para serem empregados, dependendo da natureza específica dos experimentos de aquecimento HF, podem incluir receptores de HF para a detecção de emissões eletromagnéticas estimuladas de aquecedor de turbulência induzida na ionosfera, radares HF / VHF para determinar as amplitudes de curta escala (observações de cintilação, para ser usadas em: imageadores ópticos, para determinar o fluxo e espectro de energia dos elétrons acelerados e para fornecer uma visão tridimensional do airglow produzidos artificialmente na atmosfera superior, 1-10 m) irregularidades geomagnéticas do campo alinhado para avaliar o impacto do aquecimento HF em downlinks de satélite e no diagnóstico de estruturas ionosféricas de grande escala.
4.2.3. Diagnóstico adicionais para Experiências ELF de Geração
Estes poderiam incluir uma cadeia de receptores ELF para gravar a potência do sinal em várias distâncias do aquecedor, uma ionosonda digital, HF para determinar a base de perfis de densidade eletrônica nas regiões E e F-; um magnetômetro em cadeia, para observar mudanças no campo magnético da Terra, a fim de determinar grandes volumes de correntes ionosféricas e campos elétricos; fotômetros para auxiliar na determinação da condutividade da ionosfera e observação de partículas precipitantes; uma sirene VLF, para determinar mudanças no-região D da ionosfera, e um riometer, para fornecer outras dados a estes que dizem respeito, especialmente para as condições ionosféricas perturbadas.
4.3. Localização do aquecedor HF
Uma das principais questões a serem abordadas no âmbito do programa é a geração de ondas ELF na ionosfera por aquecimento HF. Isso requer localizar o aquecedor onde existem fortes correntes atmosféricas, ou em um local equatorial ou em um local de grande latitude (auroral). Outros fatores a serem considerados na localização do aquecedor incluem outros (pesquisa) necessidades técnicas e os requisitos, as questões ambientais, as capacidades de expansão futura (imobiliário), infra-estrutura e as considerações sobre a disponibilidade e localização dos diagnósticos. A localização da nova instalação de aquecimento HF está prevista para o Alaska, relativamente perto de uma nova unidade de dispersão incoerente, já prevista para a planta dos foguetes poker sob um programa do DOD em separado. Além disso, é desejável que o aquecedor HF seja localizado para permitir instrumentação de foguetes sonda a serem enviados para a região aquecida da ionosfera. A localização exata no Alasca para a instalação da nova proposta de aquecimento HF ainda não foi determinada.
4.4. Custo estimado da Nova instalação de Aquecimento HF
Estima-se que de 8 a 10.000.000 dólares (US $ 8-10M) vai proporcionar uma nova instalação, com uma potência de irradiação efetiva próxima do estabelecido para a instalação DOD atual (HIPAS), mas com a melhoria considerável na sintonização e capacidade da freqüência e direção da antena de feixe. A instalação vai ser de design modular para permitir atualizações eficientes e de baixo custo de energia quando os fundos adicionais se tornarem disponíveis. A instalação desejada (classe mundial), tendo as grandes capacidades e flexibilidades descritas acima, terá um custo na ordem de 25-30.000.000 de dólares (US $ 25-30M).
5. Os participantes do programa
O programa será gerido em conjunto pela Marinha e pela Força Aérea. No entanto, devido à grande variedade de questões a serem abordadas, a participação ativa dos órgãos governamentais, universidades e prestadores de serviços privados é esperada.
Fontes: A nova ordem mundial, Wired, Barium blues
Indicação: Olhar para o fim
Encontrei este documento de 1990, escaneado e hospedado no servidor do site wired, cujo título é "HAARP -Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência -PLANOS E ATIVIDADES DO PROGRAMA DE SERVIÇOS CONJUNTOS" e tem 27 páginas. Encontrei a transcrição do texto (o original está apenas escaneado) neste endereço.
Nota:
- C3 - "Command, Control And Communication" ou "Comando, Controle e Comunicação" (link que explica a expressão)
- ERP : Força Efetiva Irradiada
- HF : Alta Frequência
- RF : Rádio-Frequência
Se encontrarem algum erro ou sugestão fiquem a vontade para informar aqui mesmo no tópico.
Citar:
HAARP
Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência
PLANOS E ATIVIDADES DO PROGRAMA DE SERVIÇOS CONJUNTOS
Força Aérea
Laboratório de Geofísica
MARINHA
Escritório de Pesquisa Naval
Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência
PLANOS E ATIVIDADES DO PROGRAMA DE SERVIÇOS CONJUNTOS
Força Aérea
Laboratório de Geofísica
MARINHA
Escritório de Pesquisa Naval
ÍNDICE
SUMÁRIO EXECUTIVO
SÍNTESE
1. INTRODUÇÃO
2. APLICAÇÕES EM POTENCIAL
2.1. Sondagem Geofísica
2.2. Geração de Ondas ELF / VLF
2.3. Geração de Furos e Lentes ionosféricas
2.4. Aceleração de Elétrons
2.5. Geração de Ionização de Campos Alinhados
2.6. Aquecimento de Alta Frequência Oblico
2.7. Geração de camadas de ionização abaixo de 90km
3. QUESTÕES IONOSFÉRICAS ASSOCIADOS COM AQUECIMENTO COM RÁDIO FREQUÊNCIA DE ALTA POTÊNCIA
3.1. Limiares de efeitos ionosféricos
3.2. Problemas gerais ionosféricos
3.3. Questões ionosféricas de Altas Latitudes
4. DESEJO DE UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO DE ALTA FREQUÊNCIA
4.1 Características do Aquecedor
4.1.1 Potência irradiada efetiva-4.1.1 (ERP]
4.1.2 Faixa de Freqüência de Operação
4.1.3 Capacidades de Varredura
4.1.4. Modos de Operação
4.1.5 Polarização de Ondas
4.1.6 Agilidade na Alteração dos Parâmetros de Aquecimento
4.2. Diagnóstico do Aquecedor
4.2.1. Disperção Incoerente das Instalações do Radar (Incoerente Scatter Radar Facility)
4.2.2. Outros Diagnosticos
4.2.3. Diagnóstico adicionais para Experimentos de Geração de ELF
4.3. Localização do Aquecedor de Alta Frequência
4.4. Custo estimado da nova instalação de aquecimento
5. Os participantes do programa
6. PLANOS PARA PESQUISA SOBRE A GERAÇÃO DE SINAIS ELF NA IONOSFERA ATRAVÉS DA MODULAÇÃO DO ELETROJATO POLAR
6.1. Questões ionosféricas pois eles se relacionam com Geração de ELF
6.1.1 Necessidades de Pesquisa ionosféricas
6.1.2. Recomendações de pesquisa da ionosfera
6,2 Eficiência da Excitação HF para ELF
6.2.1. Problemas de Aquecimento de Baixa Altitude
6.2.2. recomendações da pesquisa Aquecimento de Baixa Altitude
6.2.3. Problemas de Aquecimento de alta altitude
6.2.4. Recomendações da Pesquisa do Aquecimento de Alta Altitude
6.3. Problemas de Comunicação Submarinos Associados com a exploração sinais ELF geradas na ionosfera por HF Aquecimento
6.3.1. Questões gerais de investigação,
6.3.2. Problemas específicos de Sistemas ELF
6.4. Recomendações da Pesquisa Relacionadas com Sistemas ELF
7. RESUMO DAS ATIVIDADES DE INICIAÇÃO HAARP
7.1. Grupo Diretor do HAARP
7.2. Resumo das Atividades e Programação do Grupo Diretor do HAARP
ANEXO A Instalações de Aquecimento HF
ANEXO B Workshop sobre Modificação Ionosférica e Geração de ELF
Agenda do Workshop
Escala de Participação no Workshop
HAARP - Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência
Sumário Executivo
Conforme descrito no relatório que acompanha este documento, o Programa de Pesquisa Auroral Ativo de Alta Freqüência (HAARP) é especialmente atraente na medida em que irá assegurar que a pesquisa em uma área de tecnologia emergente e revolucionária será focada no sentido de identificar e explorar as técnicas para aumentar consideravelmente capacidades C3.
O coração do programa será o desenvolvimento de uma singular capacidade de aquecimento alta freqüência (HF) da ionosfera para conduzir as experiências pioneiras exigidas pelo programa.
Aplicações
Um aspecto interessante e desafiante do reforço ionosférico é o seu potencial para controlar os processos ionosféricos, de tal forma a melhorar significativamente o desempenho dos sistemas de C3. A meta principal do programa é a identificação e investigação dos processos ionosféricos e os fenômenos que podem ser exploradas para fins de DOD, (departamento de defesa) como os descritos abaixo.
Geração de ondas ELF na faixa de 70-150 Hz para fornecer comunicações para submarinos profundamente submersos. Um programa para desenvolver técnicas eficientes de geração de ELF está prevista sob o programa de melhoramento da ionosfera do Departamento de Defesa.
Sondagem geofísicas para identificar e caracterizar os processos ionosféricas naturais que limitam o desempenho dos sistemas de C3, de modo que técnicas possam ser desenvolvidas para reduzir ou controlar tais efeitos. Geração de lentes ionosféricas para se concentrar grandes quantidades de energia HF em grandes altitudes na ionosfera, proporcionando assim, um meio para desencadear processos ionosféricos que potencialmente poderiam ser exploradas para fins do Departamento de Defesa.
Aceleração de eletrons para a geração de emissões ópticas de IR e outros e criar ionização adicional em regiões selecionadas da ionosfera, que poderiam ser utilizada para controlar ondas de rádio - propriedades de propagação.
Geração de campo geomagnético, alinhado ionização para controlar as propriedades de reflexão / espalhamento das ondas de rádio.
Aquecimento Obliquo para produzir efeitos sobre a propagação de ondas de rádio em grandes distâncias a partir de um aquecedor de HF, ampliando assim, as potenciais aplicações militares da tecnologia de melhoramento da ionosfera.
Geração de camadas de ionização abaixo de 90 km, para fornecer refletores de ondas de rádio (espelhos), que podem ser explorados para o longo alcance, fora do horizonte, para fins de vigilância HF / VHF / UHF, incluindo a detecção de mísseis de cruzeiro e outros pouco observáveis.
Características desejadas do aquecedor IC
Uma nova, única, instalação de aquecimento HF é necessária para resolver a ampla gama de questões identificadas acima. No entanto, a fim de dispor de um sistema útil em vários estágios do seu desenvolvimento, é importante que o aquecedor seja construído de uma forma modular, de tal modo que a sua potência eficaz radiada possa ser aumentada de uma forma efetiva e eficaz, o custo efetivo pela forma como os recursos se tornam disponível.
Força Efetiva Irradiada (ERP) no que excede 1 Gigawatt
Um gigawatt de ERP representa um importante limiar no nível de potência, sobre os quais a geração de ondas significativas e eficiências de aceleração de elétrons podem ser alcançadas e outros efeitos de aquecimento significativo podem ser esperados.
Ampla Faixa de freqüência HF
O aquecimento desejado teria uma faixa de freqüência entre cerca de 1 MHz a 15 MHz, permitindo assim que uma vasta gama de processos ionosféricas sejam investigados.
Decifrando as capacidades
Um aquecedor que tenha a rápida capacidade de digitalização é muito desejável para aumentar o tamanho em regiões das ondas contínuas aquecidas (CW) na ionosfera e modos de pulso de operação. Flexibilidade na escolha de modos de aquecimento de operação permitirão uma ampla variedade de técnicas de aprimoramento da ionosfera e questões a serem abordadas.
Polarização
A instalação deve permitir polarização tanto no eixo X como no O, a fim de estudar os processos da ionosfera em uma faixa de altitudes.
Agilidade na alteração dos parâmetros de aquecimento
A capacidade para alterar rapidamente os parâmetros do aquecimento é importante para abordar questões tais como o alargamento do tamanho da região aquecida na ionosfera e para o desenvolvimento de técnicas para assegurar que as densidades de energia desejadas na ionosfera possam ser conseguidas sem efeitos de configuração auto-limitantes.
Diagnostico de aquecimento HF
A fim de compreender os processos ionosféricas naturais, assim como os induzidos através da modificação ativa da ionosfera, uma instrumentação adequada é necessária para medir uma vasta gama de parâmetros ionosféricos. Parâmetros nas escalas apropriada-temporal e espaciais. o diagnóstico chave nestas medidas será uma instalação de um incoerente radar de dispersão para fornecer os meios para monitorar tais condições de plasma de fundo, como as densidades de elétrons, temperaturas de elétrons e íons e campos elétricos, tudo em função da altitude. A instalação de radar de espalhamento incoerente, previsto para complementar o planejado novo aquecedor de HF, está sendo financiado por um programa separado do Departamento de Defesa, como parte de uma atualização da faixa de foguetes do Poker Flat, no Alasca.
Para os experimentos de geração de ELF, o diagnóstico complementar deve incluir uma cadeia de receptores ELF, uma ionosonda digital HF, um magnetômetro em cadeia, fotômetros, uma sirene VLF, e um medidor riometer VHF medidor de opacidade ionosferica relativa). Em -outras experiências, as medições in situ da região aquecida na ionosfera, através de instrumentação por foguete sonda, também seria muito desejável. Outros diagnósticos para serem empregados, dependendo da natureza das modificações ionosféricas a serem implementados, irão incluir receptores de HF HF / VHF, radares, geradores de imagens ópticas, e as observações de cintilação.
Localização do aquecedor HF
Uma das principais questões a serem abordadas no âmbito do programa é a geração de ondas ELF na ionosfera por aquecimento HF. Isso requer a localização do aquecedor onde existem fortes correntes ionosféricas, ou em um local equatorial ou em uma alta latitude (auroral) local. Outros fatores a serem considerados na localização do aquecedor incluir outras necessidades técnicas (pesquisa) e os requisitos, as questões ambientais, as capacidades de expansão futura (imobiliário), infra-estrutura e as considerações sobre a disponibilidade e localização dos diagnósticos. A localização da nova instalação de aquecimento HF está prevista para o Alaska, relativamente perto de uma nova unidade de dispersão incoerente, já prevista para os foguetes poker Range sob um programa separado do Departamento de Defesa.
Além disso, é desejável que o aquecedor HF seja localizado para permitir instrumentação por foguete sonda a ser levado para a região aquecida da ionosfera. A localização exata no Alasca para a instalação de aquecimento HF da nova proposta ainda não foi determinada.
Custo estimado da nova instalação de Aquecimento HF
Estima-se que de 8 a 10.000.000 dólares (US $ 8-10M) vai proporcionar uma nova instalação, com uma potência de irradiação efetiva próxima do estabelecido para a instalação DOD atual (HIPAS), mas com a melhoria considerável na sintonização e capacidade da freqüência e direção da antena de feixe. A instalação vai ser de design modular para permitir atualizações eficientes e de baixo custo de energia quando os fundos adicionais se tornarem disponíveis. A instalação desejada (classe mundial), tendo as grandes capacidades e flexibilidades descritas acima, terá um custo na ordem de 25-30.000.000 de dólares (US $ 25-30M).
Os participantes do programa
O programa será gerido em conjunto pela Marinha e pela Força Aérea. No entanto, devido à grande variedade de questões a serem abordadas, a participação ativa dos órgãos governamentais, universidades e prestadores de serviços privados é esperada.
Programa de Pesquisa de Atividade Auroral de Alta Frequência
O Programa de Pesquisa de Aurora Ativa DOD HF (HAARP) é especialmente atraente na medida em que irá assegurar que a pesquisa em uma revolucionária área de tecnologia emergente, será focada no sentido de identificar e explorar as técnicas para aumentar consideravelmente as capacidades C3. O coração do programa será o desenvolvimento de uma capacidade de aquecimento da ionosfera exclusiva para conduzir as experiências pioneiras necessárias para avaliar adequadamente o potencial de exploração de tecnologia de melhoramento da ionosfera para ao propósitos do DOD (Departamento de Defesa). Como veremos a seguir, como um centro de pesquisa vai fornecer os meios para investigar a criação, manutenção e controle de um grande número e ampla variedade de processos ionosféricos que, se explorados, podem fornecer capacidades operacionais significativas e as vantagens em relação aos sistemas convencionais C3. A pesquisa a ser realizada no programa incluirá os esforços exploratórios e aplicações básicas.
1. Introdução
Agências do Departamento de Defesa já possuem os esforços em curso na ampla área de experimentos ionosféricas ativos, incluindo melhorias ionosféricas. Estes incluem ambas as abordagens espaciais e terrestres. Os esforços espaciais incluem lançamentos de produtos químicos (por exemplo, Experiência da Força Aérea Brasileira na modificação da Ionosfera, BIME; programa AIR RED da Marinha e participação multi-agência no lançamento Combinado e efeitos de radiação por satélite, CRRES). Além de outras planejadas, os programas vão empregar feixes de partículas e aceleradores de foguetes a bordo (por exemplo, exceder as e CHARGE IV) e shuttle ou transmissores de RF de satélites (eg, WISP e ativa). Técnicas baseadas em terra empregando o uso de alta potência, frequência de rádio (RF), os transmissores (chamado "aquecedores") para fornecer energia na ionosfera que faz com que ela venha a ser alterada, ou reforçada. A utilização de tais aquecedores têm uma série de vantagens sobre as abordagens baseadas no espaço.
Estes incluem a possibilidade de repetir as experiências em condições controladas, e a capacidade de condução de uma vasta variedade de experiências utilizando o mesmo mecanismo. Por exemplo, dependendo da frequência de RF e potência radiada efectiva (ERP) utilizada, as diferentes regiões da atmosfera e da ionosfera podem ser afectadas para produzir uma série de efeitos práticos, como ilustrado na Tabela 1. Devido ao grande número e variedades daqueles efeitos e ainda porque muitos deles têm o potencial a serem explorados para aplicações C3 importantes, o programa é focado no desenvolvimento de um programa robusto na área de ground-based, aquecimento RF de alta potência da ionosfera.
Até o momento, a maioria das experiências de aquecimento ionosféricas do Departamento de Defesa foram realizados para obter uma melhor compreensão dos processos ionosféricas, ou seja, eles têm sido utilizados como sondas geofísicas. Neste, uma perturbação na ionosfera e em seguida, estudos como isto responde à perturbação e como ele finalmente se recupera de volta às condições ambientais. O uso de reforço ionosférico para simular processos ionosféricas e fenómenos é um desenvolvimento mais recente, tornada possível pelo crescente conhecimento a ser obtidos na natural evolução. Ao simular os efeitos da ionosfera naturail, é possível avaliar como elas podem afetar o desempenho dos sistemas do Departamentode Defesa. De um ponto de vista DoD, no entanto, o aspecto mais interessante e desafiante de reforço ionosférico é o seu potencial para o controle dos processos ionosféricas de tal forma a aumentar significativamente o desempenho dos sistemas de C3 (ou negar acesso a um inimigo), Isto é um conceito revolucionário em que, ao invés de aceitar as limitações impostas aos sistemas operacionais pela ionosfera natural, que busca tomar o controle do meio de propagação e moldá-lo, para garantir que a capacidade do sistema desejado possa ser alcançada. Um ingrediente chave do programa do DOD é o objetivo de identificar e investigar os processos ionosféricos e os fenômenos que podem ser explorados para tais fins.
2. Aplicações potenciais
Uma breve descrição de uma variedade de aplicações potenciais da tecnologia de aperfeiçoamento ionosférico, que podem ser abordadas pelo programa do Departamento de Defesa são descritas abaixo.
2.1. Sondagem Geofísica
O uso de aquecimento ionosférico para investigar os processos ionosféricos naturais é tradicional. Tal pesquisa é necessária ainda para o desenvolvimento de modelos da ionosfera, que podem ser usados para prever com confiança o desempenho dos sistemas C3, em condições normais e com a Ionosfera perturbada. Este aspecto da pesquisa de reforço ionosférico está sempre disponível para o investigador, com efeito, como um subproduto de qualquer investigação de realce ionosférico, mesmo se for impulsionado por aplicações objetivas específicos do sistema, tal como discutido abaixo.
2.2. Geração de ondas ELF / VLF
Um certo número de sistemas críticos de comunicações Departamento de Defesa dependem da utilização de ondas de rádio ELF (freqüência baixa) / VLF(freqüência muito baixa) (30 Hz-30kHz). Estes sistemas incluem os que estão associados com a rede de Comunicações Essenciais Mínimas de emergência (MEECN) e aqueles utilizados para difundir mensagens para submarinos submersos. Neste último, as freqüências na faixa de Hz 70-150 são especialmente atraentes, mas difícil de gerar de forma eficiente com sistemas de antenas terrestres. Existe o potencial para a geração de tais ondas por aquecimento terrestre da ionosfera. O aquecedor é utilizado para modular a condutividade da ionosfera inferior, que por sua vez modula correntes ionosféricas. Esta corrente modulada, com efeito, produz uma antena virtual na ionosfera para a radiação de ondas de rádio. A técnica já foi usada para gerar sinais ELF / VLF em uma série de instalações de aquecimento de HF verticais no Ocidente e na União Soviética. Até o momento, no entanto, esses esforços têm sido confinados a estudos essencialmente de pesquisa básica, e algumas tentativas foram feitas para investigar formas de aumentar a eficiência de geração dessas ondas ELF / VLF para torná-las atraentes para aplicações de comunicações. A este respeito, a geração do aquecedor ELF seria atraente se pudesse fornecer sinais significativamente mais fortes do que os disponíveis a partir do sistemas de antena atuais da Marinha em Wisconsin e Michigan. Uma investigação teórica recente sugere que isto pode ser possível, desde que uma instalação de aquecimento HF apropriada esteja disponível. Devido ao fato de que esta área de pesquisa se mostra especialmente promissora e por causa das exigências do DOD existentes para ELF e VLF, isto coloca o projeto como o principal motor do programa de pesquisa proposto.
Além de seu potencial de aplicação de longo alcance e de sobrevivência e comunicações do DOD, há uma outra aplicação potencialmente atraente para as fortes ondas ELF / VLF geradas na ionosfera por aquecedores terrestres. Sabe-se que os sinais de ELF / VLF gerados por descargas atmosféricas propagam através da ionosfera e interagem com as partículas carregadas presas ao longo das linhas do campo geomagnético, causandas de tempos em tempos, para precipitar-se na ionosfera inferior. Se tais processos podem ser controlado com segurança, seria possível desenvolver técnicas para esgotar as regiões selecionadas das cinturões de radiação de partículas, por curtos períodos de tempo, permitindo assim que os satélites possam operar dentro deles, sem danos para os seus componentes eletrônicos, qualquer um dos problemas críticos associados com este conceito de controle do cinturão de radiação poderia ser investigado como parte do programa de DOD.
2.3. Geração de buracos / Lentes ionosféricas
É bem sabido que o aquecimento HF produz esgotamento local ("buracos") de elétrons, alterando assim as propriedades de refração da ionosfera. Esta por sua vez, afeta a propagação das ondas de rádio que passam por essa região. Se as técnicas pudessem ser desenvolvidas para explorar este fenômeno de tal forma a criar uma lente artificial, deveria ser possível a utilização da lente como um foco para enviar uma quantidade muito maior de energia de HF para altitudes mais elevadas na ionosfera do que é atualmente possível, abrindo assim o caminho para desencadear novos processos ionosféricas e fenômenos que potencialmente poderiam ser explorados para fins do DOD. Na verdade, a questão geral do desenvolvimento de técnicas para garantir que grandes densidades de energia possam ser disponibilizadas em regiões selecionadas na ionosfera, a partir de aquecedores baseados no solo, é um passo importante que deve ser abordado no programa do DOD.
2.4. Aceleração de Elétrons
Se a densidade de energia suficientes estiverem disponíveis na ionosfera, deveria ser possível acelerar elétrons para energias elevadas, variando desde alguns eV até níveis MeV e KeV. Essa capacidade de se fornecer estes meios podem realizar uma série de aplicações interessantes para o DOD.
Os elétrons na ionosfera acelerados em uns poucos eV iriam gerar uma série de emissões de IR e ópticos. Observação e quantificação dos mesmos iriam fornecer dados sobre a concentração de constituintes menores na parte inferior da ionosfera e atmosfera superior, a qual não pode ser obtida usando técnicas convencionais de sondagem. Tais dados seriam importantes para o desenvolvimento de modelos confiáveis da ionosfera inferior os quais são ulteriormente usados no desenvolvimento de técnicas de previsão de propagação de ondas de rádio. Além disso, o gerador de emissões e aquecedor de IR / óptico, em áreas selecionadas desde a terra podem ser potencialmente utilizados em sensores militares espaciais passivos.
Elétrons acelerados a níveis de energia na faixa de 14-20 eV produziriam uma nova ionização na ionosfera, através de colisões com partículas neutras. Isto sugere que pode ser possível o "condicionamento" da ionosfera de modo que não suporte a propagação de HF durante os períodos em que a ionosfera natural está mais especialmente fraca. Isso poderia ser explorado para o longo alcance (OTH) para fins de comunicação / vigilância IC. Finalmente, poderia ser utilizado o uso de um aquecedor de HF para acelerar elétrons a níveis de energia MeV keV, ou em conjunto com as medições do sensor de satélite, para as investigações dos efeitos controlados de elétrons de alta energia em plataformas espaciais. Já existe indicação de que os transmissores de alta potência sobre o espaço-craft acelera elétrons no espaço para esses altos níveis de energia, e que essas partículas carregadas podem ter impacto sobre a pá-craft com efeitos nocivos. Os processos que desencadeiam tais fenômenos e para o desenvolvimento de técnicas para evitar ou mitigar o poder deles poderia ser investigado como parte do programa de DOD.
2.5. Geração de Campos Alinhados de Ionização
O aquecimento HF da ionosfera produz manchas de ionização que estão alinhadas com o campo geomagnético, produzindo assim os centros de dispersão para as ondas de RF. Processos naturais também produzem tais dispersores, como evidenciado pelas cintilações observadas em links de satélite-terra nas regiões de latitudes equatoriais e altas. A utilização de um aquecedor de HF para gerar tais espalhadores proporcionaria uma maneira controlada para investigar os processos físicos naturais que os produzem, e poderiam conduzir possivelmente para o desenvolvimento de técnicas para prever a sua ocorrência natural, a sua estrutura e persistência, e (principalmente) o grau em que eles iriam afetar os sistemas do DOD.
Uma aplicação potencial interessante de aquecimento induzido do campo de alinhamento de ionização já é uma parte de um programa do DOD em curso (Força Aérea / RADC) programa de pesquisa, propagação canalizada de HF. Sabe-se que existem dutos em grande altitude nas regiãoes E e F da ionosfera (faixa de 110-250 km de altitude) que pode suportar uma propagação HF ao redor da terra. Normalmente no entanto, as considerações geométricas indicam que não é possível ter acesso a estas condutas de transmissores de IC à base de partículas, de tempo em tempo, no entanto os gradientes naturais na ionosfera (freqüentemente associados com o gradiente dia-noite) fornecem uns meios para dispersar tais sinais de HF nas condutas elevadas. Se o acesso a estas condutas podesse ser feito de forma confiável, coisas muito interessantes podem ser imaginadas na comunicação HF e aplicações de vigilância de longo alcance.
Por exemplo, a continuação da propagação HF acima das regiões ionosféricas perturbadas nuclearmente seria possível, ou, a precoce detecção de alcance dos mísseis rompendo a ionosfera em seu caminho para os alvos, pode ser alcançada. A utilização de um aquecedor de HF para produzir ionização de campo alinhado de uma forma controlada (confiáveis) tem sido sugerido como um meio para o desenvolvimento de tais conceitos, e será testada numa experiência de satélite futura para ser conduzida durante o FY92. O experimento requer um aquecedor no Alaska para gerar campo alinhado à ionização que enviará sinais HF de dispersão por um transmissor nas proximidades em dutos elevados. Um receptor de satélite irá gravar os sinais para fornecer dados sobre a eficácia do campo alinhado de ionização como um dispersor de RF, assim como a localização, a persistência, HF e propriedades de propagação associado com as condutas elevadas.
2.6. Aquecimento Obliquo de HF
Mais experimentos de aquecimento RF estão sendo conduzidos no Ocidente e na União Soviética empregando a propagação vertical das ondas de HF. Como tal, a região da ionosfera que é afetada está diretamente acima do aquecedor. Para aplicações militares mais amplas, o potencial para alterar significativamente as regiões da ionosfera a relativamente grandes distâncias (1000 km ou mais), a partir de um aquecedor é muito desejável. Isto envolve o conceito de aquecimento oblíquo. O assunto tem uma importância acrescida onde as potências mais elevadas e maior efetivo irradiado estão sendo projetadas para a futura comunicação HF e sistemas de vigilância. O potencial para esses sistemas para modificar inadvertidamente a ionosfera, produzindo assim efeitos de auto-limitação, é uma realidade que deve ser investigada, além disso, a vulnerabilidade dos sistemas HF para efeitos indesejáveis produzidos por outros, transmissores de alta potência (amigo ou inimigo) devem ser abordadas.
2.7. Geração de camadas de ionização Abaixo 90 km
O uso de aquecedores de RF de muito alta potência para acelerar elétrons para 14-20 eV abre o caminho para a criação de camadas significativas de ionização em altitudes, onde normalmente existem muito poucos elétrons. Este conceito já tem sido alvo de investigações por parte da Força Aérea (Geofísica Lab), da Marinha (MU), e DARPA. A Força Aérea, em particular, tem desenvolvido o conceito, denominado Espelho Ionosférico Artificial (AIM), a ponto de demonstrar a sua viabilidade técnica e propondo uma nova iniciativa de realizar experimentos de conceito de prova. O aquecedor de RF (s) a ser considerada para AIM estão na faixa de 400 MHz-3 GHz, muito maior do que as freqüências de HF (1,5 MHz a 15 MHz) adequados para investigar os outros tópicos discutidos neste resumo. Como tal, o programa DOD (HAARP) não estão diretamente envolvidos com os esforços de melhoria da ionosfera AIM- relacionados,
3. QUESTÕES IONOSFÉRICAS RELACIONADAS A AQUECIMENTO DE RF DE ALTA POTENCIA
Tal como ilustrado na figura 1, como a potência de HF enviada à ionosfera é continuamente aumentada para dominar o processo de dissipação de resposta das mudanças de ambientes geofísicos descontínuos, termina por produzir uma variedade de efeitos ionosféricos que requerem investigação. Daqueles previstos em níveis muito elevados de energia (mas ainda não disponíveis no Ocidente a partir dos aquecedores de IC existentes) são especialmente interessantes do ponto de vista das aplicações potenciais para fins do DOD,
3.1. Limiares de efeitos ionosféricos
Diante da modesta potencia do IC, duas ondas que se propagam através de RF por um volume comum de ionosfera irão experimentar modulação cruzada, uma superposição de modulação de amplitude de uma onda de RF sobre a outra. Na potencia efetiva da HF irradiada de que o Oeste dispõe, a massa mensurável do elétron e o aquecimento do gás de íons é alcançado, a radiação eletromagnética (em diferentes freqüências transmitidas) é estimulado e várias instabilidades paramétricas são excitadas no plasma. Estes incluem aqueles que a estrutura de modo a que o plasma que espalha a energia de RF de uma ampla gama de comprimentos de onda.
Figura 1. Limiares de efeitos ionosféricos em função do aquecedor ERP (indisponível)
Há também evidências no Ocidente de que as instabilidades na operação de potência de pico paramétricos começam a se saturar e ao mesmo tempo, pequenas quantidades de energia começam a entrar na aceleração de elétrons, resultando em níveis modestos de elétron-impact dimencionalmente animado. Isso sugere que para os mais altos poderes de HF disponíveis no Ocidente, as instabilidades comumente estudadas estão se aproximando de sua capacidade de dissipação de energia máxima de RF, além de que os processos de plasma vão "sumir", até que o próximo processo limite seja atingido. As melhorias na aeroluminescência sugerem fortemente que este próximo processo envolve então interações onda-partícula e aceleração de elétrons.
Os soviéticos, operando em potências mais elevadas do que no Ocidente, agora têm reclamado de ionização estimulada significativa por ionização de impacto de elétrons. A alegação é que a energia HF, via interação onda-partícula, acelera os elétrons da ionosfera para energias bem mais de 20 elétron-volts (eV), de modo que eles vão ionizar partículas atmosféricas neutras com os quais colidem. Tendo em conta que as instalações HF soviéticas são várias vezes mais poderosas do que as instalações ocidentais em latitudes médias comparáveis, e dado que estes últimos parecem estar em um limiar de um novo regime de fenômenos de "onda-partícula", acredita-se que os soviéticos atravessaram esse limiar e estão explorando um regime de fenômenos ainda não disponíveis para o estudo ou aplicação no Ocidente.
A instalação de HF em Max Planck, em Tromso na Noruega, possui o poder comparável ao dos aquecedores soviéticos de alta potência, mas nunca produziu melhorias na aeroluminescência comumente produzidos por instalações HF nos EUA de menor poder HF, mas em latitudes mais baixas. Isto é atribuído a uma presente compreensão inadequada em como fazer a ionosfera na latitude auroral manter as condições necessárias para permitir que o processo de aceleração de partículas seja dominado, as condições em que são obtidos nas (mais estáveis) regiões de latitudes médias.
O que é evidente, é que no gigawatt eficaz e acima de densidade de energia de potência radiada depositadas em regiões limitadas da ionosfera podem alterar drasticamente a sua refração, dispersão, e caráter térmico, a maior emissão de um muito amplo espectro óptico eletromagnético (rádio frequência) e portanto, o que é necessário é o conhecimento de como selecionar os efeitos desejados e suprimir aqueles indesejados. Atualmente, os níveis existentes de compreensão, isso só pode ser feito por: identificar e compreender quais os processos básicos estão envolvidos, e como opera a interação, isso só pode ser feito se impulsionado por um forte programa experimental dirigido pelo acoplamento forte com o ciclo interativo de desenvolvimento de teoria -modelo experimental de teste.
3.2. Problemas gerais ionosféricas
Quando uma onda de rádio de alta potência HF reflete na ionosfera, uma variedade de processos de instabilidade são acionados. Em tempos iniciais (menos de 200 ms), na seqüência de HF pesa, microinstabilidades impulsionadas por forças ponderomotivas são excitados ao longo de um grande intervalo de altitude (1-10 km) que se estende para baixo a partir do ponto de HF da reflexão para a região da ressonância híbrido superior. No entanto, no início as vezes (muito menos do que 50 ms) e, por vezes tardios (superior a l0 s) a mais forte turbulência Langmuir HF induzida parece ocorrer na proximidade da reflexão IC. A turbulência Langmuir também dá origem a uma população de elétrons acelerarados. Ao longo do tempo as escalas operacionais de 100 milissegundos e mais longos, as microinstabilidades devem coexistir com outras instabilidades que são desencadeadas quer diretamente ou impulsionadas pela turbulência HF-induzida. Algumas destas instabilidades são consideradas um carácter explosivo. A dissipação da turbulência Langmuir acredita-se que é para dar origem a irregularidades no medidor de escala através de várias vias diferentes de instabilidade. Finalmente, em escalas de tempo de dezenas de segundos e mais longas, várias instabilidades impulsionadas termicamente pode ser indagado que dão origem a irregularidades ionosféricas na escala de quilômetros. Algumas destas irregularidades são alinhadas com o campo geomagnético, enquanto outras são alinhadas, quer ao longo do eixo do feixe de HF ou paralelo à horizontal.
Recentemente, o diagnóstico de modificações ionosféricas de HF têm evoluído ao ponto em que os processos de instabilidade individuais podem ser examinados em detalhes. Devido à melhoria das capacidades de diagnóstico, é agora claro que as interações onda de plasma que se pensava ser bastante simples são na verdade bastante complexas. Por exemplo, as últimas descobertas experimentais no Observatório de Arecibo, sugerem que os processos de plasma responsáveis pela excitação de turbulência Langmuir na ionosfera são fundamentalmente diferentes de tratamentos anteriores com base na chamada "teoria da turbulência fraca".
Esta abordagem baseia-se em aproximações teóricas de fase aleatórias para tratar a amplificação das ondas de plasma lineares por instabilidades paramétricos. Pesquisa com modificação ionosférica de HF durante o período de 1970-1986, geralmente focadas em instabilidades paramétricas para explicar os resultados observacionais. Em contraste, existe evidência crescente de que a imagem convencional está errada e que o plasma ionosférico sofre um desenvolvimento altamente não-linear, culminando na formação de estados localizados de forte turbulência do plasma. O estado altamente localizado (muitas vezes referida como cavitons) consiste em ondas de plasma de alta freqüência presos em auto-consistentes esgotamento de densidade eletrônica.
É importante perceber que muitas instabilidades diferentes são simultaneamente animadas no plasma e um processo que a instabilidade pode influenciar grandemente o desenvolvimento de um outro. Estudos de competição entre os tipos semelhantes de processos de instabilidade e da interação entre as interações de ondas de plasma diferentes estão em estágios iniciais de desenvolvimento. No entanto, é evidente que o grau em que um é animado na instabilidade no plasma podem prejudicar gravemente uma variedade de outros processos de HF induzidas por absorção de HF induzida pela bomba de onda, alterações nas funções de distribuição de partículas, e a outras perturbações operacionais coerentemente orientadas a processos que dependem de suaves gradientes ionosféricos de densidade de elétrons. Como a eficiência de muitos processos de instabilidade são dependentes do ângulo de mergulho geomagnético, a natureza da competição da instabilidade no plasma deverá mudar com a latitude geomagnética. De fato, os resultados observacionais indicam fortemente esta noção. conseqüentemente, pode ser muito difícil de levar os resultados observados obtidos em uma latitude geomagnética para outra. Além disso, mesmo em uma estação experimental, os fenômenos físicos excitados por uma onda HF de alta potência é fortemente dependente de condições ionosféricas fundo. Um exemplo clássico deste ponto pode ser encontrado em observações feitas em Arecibo, quando as taxas de dissipação de energia de elétrons locais são baixos. Neste caso, o plasma ionosférico literalmente sobreaqueceu devido à ausência de processos de perda de elétrons térmicos eficazes.
O grande aumento (fator de quatro) na temperatura dos elétrons que acompanham este fenômeno dá origem a uma classe de processos de instabilidade que é completamente diferente dos outros observadas sob condições "normais" em que o equilíbrio térmico da ionosfera não é grandemente perturbada. Em ERPs maiores que um gigawatt (superior a 90 dBW), as forças ponderomotivas não são mais pequenas em comparação com as forças térmicas. Isto pode mudar qualitativamente a natureza dos processos de instabilidades na ionosfera. A pesquisa experimental nesta área, no entanto, deve esperar até que estes poderosos aquecedores ionosféricos sejam desenvolvidos.
3.3. Questões ionosféricas nas Altas Latitudes
Aquecimento da ionosfera nas latitudes médias por de ondas de rádio (por exemplo, Arecibo e Platteville) ocorreu sob condições onde a ionosfera de fundo (antes de ligar o aquecedor) foi bastante laminar, estável, fixo, etc, no entanto, em altas latitudes (ie , latitudes aurorais como HIPAS e Tromso) a ionosfera de fundo é uma entidade dinâmica. Mesmo a localização da aurora e do eletrojato estão mudando em função da latitude, altitude e hora local. Além disso, o fundo E e F da região ionosfera não pode ser laminar em tamanhos em escala menor do que 20 km e menos de 100 km, respectivamente. Em vez disso, existe a possibilidade de irregularidades na região E e F- (com tamanhos de ajuste de cms para kms) que ocorre em vários momentos, devido a (por exemplo), instabilidades eletrojato orientados na região E- e se espalhou para a F, ou instabilidades orientados atuais da região F. Partículas de alta energia, como por exemplo, a partir de erupções solares, também podem levar a região D, de estruturação. Além disso, a ligação à magnetosfera através da alta condutividade ao longo das linhas do campo magnético podem desempenhar um papel importante. A compreensão teórica dos processos de aquecimento da ionosfera de altas latitudes tem vindo a melhorar, no entanto, dada a natureza dinâmica da ionosfera em alta latitude, é importante para diagnosticar a ionosfera de fundo antes do início de qualquer experimento de aquecimento. Isso ajuda a capacidade de diagnóstico para determinar as estatísticas de longo prazo, bem como os parâmetros em tempo real. Embora tais diagnósticos tenham sido uma parte integrante das experiências de aquecimento em Arecibo e Tromso, experimentos de aquecimento HF em HIPAS foram severamente prejudicados pela falta de diagnósticos semelhantes.
4. 4. DESEJO DE UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO DE ALTA FREQUÊNCIA
A fim de abordar o amplo leque de questões discutidas nas seções anteriores, é necessária uma nova e única unidade de aquecimento HF. Um esboço das capacidades desejadas de um tal aquecedor, juntamente com a necessidade de diagnóstico para abordar estes problemas são apresentados na Tabela 2.
(Tabela 2 não está disponível neste documento)
4.1. Características do Aquecedor
As metas para o aquecedor de HF são muito ambiciosas. A fim de dispor de um sistema útil em vários estágios do seu desenvolvimento, é importante que o aparelho seja construído de forma modular, de tal modo que a sua potência irradiada-eficaz pode ser aumentada de uma forma efetiva e eficaz, o custo que os recursos se tornem disponíveis. Outras características do aquecedor de HF desejados são descritos abaixo.
Força Efetiva Irradiada (ERP)
Um gigawatt de potência efetiva irradiada (90 dBW) representa um importante nível de potência de limiar, sobre os quais a geração de ondas significativas e eficiência de aceleração de elétrons que ela pode atingir, e outros efeitos de aquecimento significativos podem ser esperados. Até esta data, a União Soviética construiu como um poderoso aquecedor HF. As maiores ERPs alcançadas pelos EUA nas suas instalações é cerca de um quarto do que obtiveram. Atualmente, um aquecedor na Noruega, operado pelo Instituto Max Planck, na República Federal da Alemanha, está sendo reconfigurado para fornecer um gigawatt de ERP em uma única frequência HF. O HAARP terá finalmente, um aquecedor de HF com um ERP bem acima de 1 gigawatt (da ordem de 95-100 dBW), em suma, o mecanismo mais poderoso no mundo para a realização de pesquisas de modificação da ionosfera. Para alcançar isso, a área aquecida na região F deve ter um diâmetro mínimo de pelo menos 50 km, para fins de diagnóstico e medição.
4.1.2. Faixa de Freqüência de Operação
O aquecedor projetado teria uma gama de frequências entre cerca de 1 MHz a cerca de 15 MHz, permitindo assim que uma vasta gama de processos ionosféricas possam ser investigados. Isso incorpora a freqüência elétron-gyro e permitiria operações em todas as condições ionosféricas antecipados. O funcionamento multi-frequência, utilizando diferentes porções do conjunto de antenas é também uma característica desejável. Finalmente, a mudança na frequência de uma ordem de milissegundos é desejável sobre a largura de banda da antena de emissão de HF.
4.3. Capacidades de digitalização
Um aquecedor que tem capacidades de digitalização é muito desejável, a fim de ampliar o tamanho das regiões aquecidas na ionosfera. Embora a faixa de varredura de vertical para muito oblíqua (cerca de 10 graus acima do horizonte), seria desejável, considerações de engenharia provavelmente vão reduzir o intervalo de digitalização para cerca de 45 graus em relação à vertical. A capacidade de uma rápida varredura (microssegundos na escala de tempo) em qualquer direção, também é muito desejável.
4.1.4. Modos de Operação
Flexibilidade na escolha de modos de aquecimento de operação, incluindo a forma de onda continua (CW) e os modos pulsados, vão permitir uma maior variedade de técnicas de modificação da ionosfera e questões a serem abordadas.
4.1.5. Onda de polarização
O aquecedor deverá permitir tanto polarizações x e o para serem transmitidos, a fim de estudar os processos ionosféricas ao longo de uma gama de altitudes.
4.1.6. Agilidade na Alteração dos parâmetros do Aquecedor
A capacidade para alterar rapidamente os parâmetros do aquecedor, como a frequência de funcionamento, o ângulo e direção de verificação, os níveis de potência, e modulação é importante para abordar questões tais como o alargamento do tamanho da região modificada na ionosfera e para o desenvolvimento de técnicas para assegurar que a energia de densidades desejadas na ionosfera poderão ser enviadas a partir do aquecedor sem efeitos auto-limitantes.
4.2. Diagnóstico do aquecimento
A fim de compreender os processos naturais ionosféricos, assim como as induzidas através da modificação ativa da ionosfera, uma instrumentação adequada é necessária para medir uma vasta gama de parâmetros ionosféricas nas escalas temporais e espaciais.
4.2.1. Instalação do Radar de Difusão
Um diagnóstico chave para estas medições será uma instalação de radar de difusão incoerente para fornecer os meios para monitorar tais condições de plasma de fundo como a densidade de elétrons e temperaturas de íons, e campos elétricos, tudo como uma função da altitude. Além disso, o radar de difusão incoerente irá fornecer os meios para examinar de perto a geração de turbulência de plasma e a aceleração de elétrons a alta energia na ionosfera por aquecimento de Alta Frequência. A instalação de radar de difusão incoerente, prevista para complementar o planejado novo aquecedor de HF, está sendo financiada em um programa do DOD (Departamento de Defesa) em separado, como parte de uma atualização na área de foguetes Poker Flat, no Alasca.
4.2.2. Outros Diagnósticos
A capacidade de realizar medições in situ da região aquecida na ionosfera, via instrumentação por foguete de origem, também é muito desejável. Outros diagnósticos para serem empregados, dependendo da natureza específica dos experimentos de aquecimento HF, podem incluir receptores de HF para a detecção de emissões eletromagnéticas estimuladas de aquecedor de turbulência induzida na ionosfera, radares HF / VHF para determinar as amplitudes de curta escala (observações de cintilação, para ser usadas em: imageadores ópticos, para determinar o fluxo e espectro de energia dos elétrons acelerados e para fornecer uma visão tridimensional do airglow produzidos artificialmente na atmosfera superior, 1-10 m) irregularidades geomagnéticas do campo alinhado para avaliar o impacto do aquecimento HF em downlinks de satélite e no diagnóstico de estruturas ionosféricas de grande escala.
4.2.3. Diagnóstico adicionais para Experiências ELF de Geração
Estes poderiam incluir uma cadeia de receptores ELF para gravar a potência do sinal em várias distâncias do aquecedor, uma ionosonda digital, HF para determinar a base de perfis de densidade eletrônica nas regiões E e F-; um magnetômetro em cadeia, para observar mudanças no campo magnético da Terra, a fim de determinar grandes volumes de correntes ionosféricas e campos elétricos; fotômetros para auxiliar na determinação da condutividade da ionosfera e observação de partículas precipitantes; uma sirene VLF, para determinar mudanças no-região D da ionosfera, e um riometer, para fornecer outras dados a estes que dizem respeito, especialmente para as condições ionosféricas perturbadas.
4.3. Localização do aquecedor HF
Uma das principais questões a serem abordadas no âmbito do programa é a geração de ondas ELF na ionosfera por aquecimento HF. Isso requer localizar o aquecedor onde existem fortes correntes atmosféricas, ou em um local equatorial ou em um local de grande latitude (auroral). Outros fatores a serem considerados na localização do aquecedor incluem outros (pesquisa) necessidades técnicas e os requisitos, as questões ambientais, as capacidades de expansão futura (imobiliário), infra-estrutura e as considerações sobre a disponibilidade e localização dos diagnósticos. A localização da nova instalação de aquecimento HF está prevista para o Alaska, relativamente perto de uma nova unidade de dispersão incoerente, já prevista para a planta dos foguetes poker sob um programa do DOD em separado. Além disso, é desejável que o aquecedor HF seja localizado para permitir instrumentação de foguetes sonda a serem enviados para a região aquecida da ionosfera. A localização exata no Alasca para a instalação da nova proposta de aquecimento HF ainda não foi determinada.
4.4. Custo estimado da Nova instalação de Aquecimento HF
Estima-se que de 8 a 10.000.000 dólares (US $ 8-10M) vai proporcionar uma nova instalação, com uma potência de irradiação efetiva próxima do estabelecido para a instalação DOD atual (HIPAS), mas com a melhoria considerável na sintonização e capacidade da freqüência e direção da antena de feixe. A instalação vai ser de design modular para permitir atualizações eficientes e de baixo custo de energia quando os fundos adicionais se tornarem disponíveis. A instalação desejada (classe mundial), tendo as grandes capacidades e flexibilidades descritas acima, terá um custo na ordem de 25-30.000.000 de dólares (US $ 25-30M).
5. Os participantes do programa
O programa será gerido em conjunto pela Marinha e pela Força Aérea. No entanto, devido à grande variedade de questões a serem abordadas, a participação ativa dos órgãos governamentais, universidades e prestadores de serviços privados é esperada.
Fontes: A nova ordem mundial, Wired, Barium blues
Indicação: Olhar para o fim
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