Наука и технологические разработки: статья

РЕГИСТРАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ УНЧ-СНЧ СИГНАЛОВ НА СТАНЦИИ СТАРАЯ ПУСТЫНЬ ВО ВРЕМЯ ЭКСПЕРИМЕНТА “FENICS-2019”
А.В. РЯБОВ1
В.А. ПИЛИПЕНКО2
Е.Н. ЕРМАКОВА3
Н.Г. МАЗУР4
Е.Н. ФЕДОРОВ4
А.А. ЖАМАЛЕТДИНОВ5
А.Н. ШЕВЦОВ6
1 Институт прикладной физики РАН
2 Институт космических исследований РАН
3 Научно-исследовательский радиофизический институт Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского
4 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
5 Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова
6 Геологический институт ФИЦ “Кольский научный центр РАН”
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 99
Номер: 2
Год: 2020
Страницы: 18-37
УДК: 523.62.726
DOI: 10.21455/std2020.2-2
Ключевые слова: контролируемый источник, электромагнитное поле, ионосфера, волноводное распространение
Аннотация: В сентябре 2019 г. на Кольском полуострове выполнен эксперимент “FENICS-2019” по генерации УНЧ-СНЧ сигналов в ночные часы с использованием двух выведенных из работы промышленных линий электропередач в качестве горизонтальной излучающей антенны. Ток в линии подавался от внешнего генератора мощностью 200 кВт. Сила тока изменялась от 240 А на низких частотах (0.382 Гц) до 20 А на самых высоких (194 Гц). В работе представлены результаты регистрации УНЧ сигналов на магнитной станции Старая Пустынь, удаленной от передающей линии на 1610 км. Зарегистрированы сигналы с частотами от 0.6 до 6.4 Гц. Амплитуды сигналов, нормированные на величину тока излучателя, изменялись в пределах 0.4-0.7 фТл/A. Для теоретических оценок использованы две модели: 1) формулы из теории возбуждения СНЧ поля в волноводе Земля-ионосфера; 2) численная модель УНЧ поля в атмосфере и ионосфере, создаваемого линейным приземным током бесконечной длины. Численная модель основана на расчете электромагнитного поля, описываемого уравнениями Максвелла, для вертикально неоднородных атмосферы и ионосферы, параметры которых определяются по модели IRI. Принципиальная особенность второй модели состоит в учете вклада ионосферного волноводного распространения в возбуждаемое поле на больших удалениях на частотах выше критической частоты волновода ~0.5 Гц. Зависимость амплитуды зарегистрированных сигналов искусственного источника от частоты в диапазоне 2-8 Гц имеет немонотонный характер, что может быть проявлением эффектов волноводного распространения вдоль ионосферы.
Список литературы: Беляев П.П., Поляков С.В., Ермакова Е.Н. Исаев С.В., Якунин М.Н., Собчаков Л.А., Васильев А.В., Астахова Н.Л., Владимиров Д.Н., Волосевич В.С., Протопопов Л.Н., Гордюшкин С.М., Савицкий А.П., Редько Г.В., Елисеев А.А., Федоров А.Б., Ратников К.Д. Первые эксперименты по генерации и приему искусственных УНЧ излучений (0.3-12 Гц) на дистанции 1500 км // Изв. вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45, № 2. С.156-162.

Вайслейб Ю.В., Собчаков Л.А. Диполь вблизи плоской границы раздела двух сред // Антенны: Сб. науч. статей. Вып. 27 / А.А. Пистолькорс (гл. ред.) и др. М.: Связь, 1979. С.98-109.

Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А, Собчаков Л.А., Вешев А.В., Сараев А.К., Токарев А.Д., Шевцов А.Н., Васильев А.В., Сонников А.Г., Яковлев А.В. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ диапазона // Докл. РАН. 1994. Т. 338, № 1. С.106-109.

Гульельми A.В. Гидромагнитная диагностика и геоэлектрическое зондирование // Успехи физических наук. 1989. Т. 158. С.605-637.

Ермакова Е.Н., Котик Д.С., Собчаков Л.А., Поляков С.В., Васильев А.В., Бёзингер Т., Белова Н.И. Экспериментальные исследования распространения искусственных электромагнитных сигналов в диапазоне 0.6-4.2 Гц // Изв. вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48, № 9. С.788-799.

Ермакова Е.Н., Рябов А.В., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Кудин Д.В. Новая станция для мониторинга космических и атмосферных электромагнитных излучений // Вестник ОНЗ РАН. 2019. Т. 11. NZ1105. https://doi.org/10.2205/2019NZ000362

Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Велихов Е.П., Скороходов А.А., Колесников В.Е., Короткова Т.Г., Рязанцев П.А., Ефимов Б.В., Колобов В.В., Баранник М.Б., Прокопчук П.И., Селиванов В.Н., Копытенко Ю.А., Копытенко Е.А., Исмагилов В.С. Исследование взаимодействия электромагнитных волн КНЧ-СНЧ диапазона (0.1-200 Гц) с земной корой и ионосферой в поле промышленных линий электропередачи (эксперимент “FENICS”) // Геофизические процессы и биосфера. 2015. Т. 14, № 2. С.5-49.

Жамалетдинов А.А., Велихов Е.П., Шевцов А.Н., Скороходов А.А., Колобов В.В., Ивонин В.В., Колесников В.В. Эксперимент “Мурман-2018” по дистанционному зондированию с целью исследования границы “непроницаемости” на переходе между хрупким и пластичным состояниями кристаллической земной коры // Докл. РАН. 2019. T. 486, № 3. С.91-96.

Кириллов В.В. Двумерная теория распространения электромагнитных волн СНЧ-диапазона в волноводе Земля-ионосфера // Изв. вузов. Paдиофизикa. 1996. Т. 39, № 12. C.1103-1112.

Кириллов В.В., Копейкин В.Н. Формирование резонансной структуры локальной индуктивности ионосферы в диапазоне 0.1-10 Гц // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 1. С.1-12.

Макаров Г.И., Новиков B.B., Рыбачек С.Т. Распространение радиоволн в волноводном канале Земля-ионосфера и в ионосфере. М.: Наука, 1993. 148 с.

Собчаков Л.А., Астахова Н.Л., Поляков С.В. Возбуждение электромагнитных волн в плоском волноводе с анизотропной верхней стенкой // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 12. С.1027-1037.

Терещенко Е.Д., Григорьев В.Ф., Сидоренко А.Е., Миличенко А.Н., Мольков А.В., Собчаков Л.А., Васильев А.В. Влияние ионосферы на электромагнитные волны от наземного излучателя в диапазоне частот 1-10 Гц // Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47, № 6. С.855-856.

Терещенко Е.Д., Иванов Н.В., Сидоренко А.Е., Григорьев В.Ф. Исследование особенностей распространения в высоких широтах искусственного электромагнитного сигнала в диапазоне 0.1-10 Гц // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50, № 5. С.660-670.

Терещенко Е.Д., Терещенко П.Е., Сидоренко А.Е., Григорьев В.Ф., Жамалетдинов А.А. Влияние ионосферы на возбуждение электромагнитного поля диапазона КНЧ и более низких частот в ближней зоне // Журнал технической физики. 2018. T. 88, № 6. C.907-913. https://doi.org/10.21883/JTF.2018.06.46024.2453

Терещенко П.Е. Оценка эффективной проводимости подстилающей поверхности волновода Земля-ионосфера по результатам приема электромагнитных полей в средней зоне активного источника // Наука и технологические разработки. 2019. Т. 98, № 4. С. 34-42. [Тематический выпуск “Методические разработки для электромагнитных зондирований с управляемыми источниками”]. https://doi.org/10.21455/std2019.4-3

Bannister P.R. Extremely Low Frequency (ELF) Propagation, Naval Underwater Systems Center, 1979.

Bernstein S.L., Burrows M.L., Evans J.E., Griffiths A.S., McNeill D.A., Niessen C.W., Richer I., White D.P., Willim D.K. Long-range communications at extremely low frequencies // Proceedings of the IEEE. 1974. V. 62, No. 3. P.292-312.

Boteler D.H., Pirjola R.J. The complex image method for calculating the magnetic and electric fields produced at the surface of the Earth by the auroral electrojet // Geophys. J. Int. 1998. V. 132. P.31-40.

Ermakova E.N., Kotik D.S., Polyakov S.V., Bösinger T., Sobchakov L.A. A power line as a tunable ULF-wave radiator: Properties of artificial signal at distances of 200 to 1000 km // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. A04305. https://doi.org/10.1029/2005JA011420

Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A., Vakhnina V.V. Modeling ELF electromagnetic field in the upper ionosphere from power transmission lines // Radio Science. 2020. V. 55. e2019RS006943. https://doi.org/10.1029/2019RS006943

Mazur N.G., Fedorov E.N., Pilipenko V.A., Vakhnina V.V. ULF electromagnetic field in the upper ionosphere excited by lightning // J. Geophys. Res. 2018. V. 123. P.6692-6702. https://doi.org/10.1029/2018JA025622

Pilipenko V.A., Chugunova O.M., Engebretson M.J., Lessard M. Trans-polar propagation of Pi1 wave burst as observed by an Antarctic array during the Themis 2007/03/23 substorm // “Physics of Auroral Phenomena”: Proc. 34 Annual Seminar. Apatity, 2011. P.86-89.

Pilipenko V., Fedorov E. Coupling mechanism between geoacoustic emission and electromagnetic anomalies prior to earthquakes // Research in Geophysics. 2014. V. 4. P.40-44. https://doi.org/10.4081/rg.2014.5008

Pilipenko V.A., Parrot M., Fedorov E.N., Mazur N.G. Electromagnetic field in the upper ionosphere from ELF ground-based transmitter // J. Geophys. Res. 2019. V. 124, Iss. 10. P.8066-8080. https://doi.org/10.1029/2019JA026929

Potapov A.S., Polyushkina T.N., Tsegmed B., Oinats A.V., Pashinin A.Yu., Edemskiy I.K., Mylnikova A.A., Ratovsky K.G. Considering the potential of IAR emissions for ionospheric sounding // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2017. V. 164. P.229-234. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.08.026