Управление погодой: как работает нагревной стенд «Сура»

На расчищенном поле размерами 300 х 300 м, на высоте 22-метровых железобетонных опор установлены почти полторы сотни излучателей фазированной антенной решетки. Вместе с тремя радиопередатчиками мощностью по 250 кВт она способна отправить вверх узкий пучок коротких радиоволн. Эффективная мощность сжатого луча достигает 200 МВт. Поглощаясь высоко в ионосфере Земли, он вызывает ее нагрев и другие локальные возмущения. Связанное с этим поведение частиц, волн и полей регистрируется наземными и космическими датчиками. Так работает и «Сура», и сравнимые с ним проекты – HAARP на Аляске, Arecibo в Пуэрто-Рико, EISCAT возле норвежского Тромсё.

Несмотря на огромную мощность этих нагревных стендов, заряженные частицы ионосферы испытывают куда более сильное влияние со стороны множества радиоволн, которые генерирует современная цивилизация. «На нее воздействуют и все радиостанции, и станции спецназначения, вся мобильная связь, – рассказал нам работающий на "Суре" физик Владимир Фролов, ведущий научный сотрудник нижегородского Научно-исследовательского радиофизического института (НИРФИ). – А ведь ионосфера защищает нас от массы неприятностей. Поэтому так важно знать, как она меняется под действием такой электромагнитной нагрузки и сколько сможет выдержать».

В самом деле, каждое мгновение Солнце поливает Землю не только мириадами фотонов, но и быстрыми частицами солнечного ветра – в основном протонами. Большинство из них поверхности планеты не достигают, взаимодействуя с частицами еще в верхних слоях атмосферы. Здесь излучение Солнца выбивает электроны из атомов и молекул атмосферных газов, приводя к их ионизации и высыпанию заряженных частиц. Выше 90 км в атмосфере скапливаются ионы кислорода и азота, а на больших высотах, начиная с 1000 км, становится больше ионов гелия и водорода.

Эта разреженная плазма образует неспокойную, изменчивую ионосферу нашей планеты. Ее заряженные частицы долго не существуют, и ночью, когда солнечного света недостаточно, плазма заметно рассеивается. Зато днем, под яркими лучами, ионосфера снова становится плотнее и может образовывать несколько слоев разной высоты, каждый со своими особенностями. Когда-то, обнаружив плазму на высоте 90–140 км, ее отнесли к слою Е, ожидая, что запас перед этой буквой и после нее пригодится для других слоев, которые ученые откроют в будущем.

На деле оказалось достаточно и двух: снизу ионосфера ограничивается слоем D, который появляется лишь днем, а сверху – «электронным» слоем F, который уходит на сотни километров в околоземное пространство и по ночам (особенно зимой) также сильно ослабевает. Под действием коронального выброса на Солнце или других событий высотные электроны F-слоя могут стекать ниже. Взаимодействуя с ионами азота, атомарного и молекулярного кислорода в слое Е, они создают полярные сияния – сине-фиолетовые, зеленые и красные.

Подвижный океан заряженных частиц влияет на распространение радиоволн. Заметил это еще сам Маркони, в 1901–1902 годах поймав на Ньюфаундленде сигнал от станции, расположенной в Англии. Такие волны движутся по прямой, и объяснить передачу из источника, скрытого изгибом Земли, можно лишь тем, что сигнал отражается высоко в атмосфере и возвращается обратно к поверхности. В следующие десятилетия ученые, в числе которых стоит упомянуть нобелевских лауреатов Эдуарда Эплтона и Виталия Гинзбурга, подтвердили существование в атмосфере разреженной плазмы и в целом описали принципы распространения в ней радиоволн.

Эти принципы показались весьма перспективными для армии. Отражение радиоволн ионосферой нашло применение в загоризонтных РЛС, способных заглянуть далеко за изгиб земной поверхности. Кроме того, текущие в плазме токи можно было бы использовать для связи с субмаринами. Обычный радиосигнал поглощается водой, но ионосферные токи можно модулировать мощным радиоизлучением, заставляя их испускать сверхдлинные волны, которые способны проникать и сквозь толщу воды.

Наконец, военных интересовал сценарий, связанный с возможным взрывом в ионосфере атомной бомбы. Такая катастрофа наполнит ее огромным количеством новых заряженных частиц и может полностью нарушить коммуникации и работу спутников на околоземной орбите. Теоретически нагревные стенды способны ускорить «очистку» ионосферы, заставляя скопившиеся в радиационных поясах электроны высыпаться ниже и сбрасывать избыток зарядов в полярных сияниях и молниях. Неудивительно, что начиная с первой такой установки, появившейся в СССР в 1963 году и заканчивая HAARP, запущенным в 1997-м, эти проекты финансировались оборонными ведомствами и часто носили полузакрытый характер. А где конспирация – там и конспирология.

По-настоящему «нездоровая суета» вокруг нагревных стендов возникла в период строительства HAARP, когда некоторые общественные деятели пытались привлечь внимание к очередной «подозрительной» статье расходов Пентагона. С тех пор трудно назвать хотя бы одно климатическое, а то и технологическое бедствие, которое не пытались бы связать с работой нагревных стендов. Ураган на Гаити, наводнения на Филиппинах, падения самолетов и даже распространение синдрома хронической усталости – все это называлось в числе эффектов включения то HAARP, то российской «Суры», которые чересчур напоминают публике о полулегендарных экспериментах Теслы по беспроводной передаче энергии на расстояние.

Принципы действия и задачи этих инструментов не слишком понятны; это не телескопы и не термоядерный токамак – они одновременно и масштабны, и зрелищны, и загадочны. Сочетание этих особенностей, видимо, и превращает нагревные стенды в удобную цель для конспирологических упражнений. Хотя убедиться в абсурдности этих заявлений может любой желающий: в августе каждого года HAARP устраивает день открытых дверей, да и «Сура» далеко не так секретна, как можно было бы ожидать от орудия глобального воздействия.Даже военные разработчики больше не проявляют интереса к нагревным станциям. Тот же HAARP, до недавнего времени получавший от ВМФ США десятки миллионов в год, периодически сталкивается с финансовыми трудностями. Поведение ионосферы оказалось слишком сложным и непредсказуемым для того, чтобы полагаться на нее для организации связи с подлодками. «Военным требуется высокая надежность, – поясняет Владимир Фролов, – но из-за возмущений плазмы обеспечить ее невозможно». Нереальным оказалось и повлиять на ионосферу в глобальном масштабе для решения более крупных практических задач. Океан плазмы весьма обширен, и по сравнению с влиянием Солнца вклад нагревных стендов слишком слаб даже поблизости от станций.

«Энергия излучения HAARP велика, но она исчезающе мала в сравнении с энергией одной-единственной молнии, – сказал работающий на Аляске профессор Умран Инан. – А ведь каждую секунду в атмосфере вспыхивают от 50 до 100 молний». Насколько известно, даже «элементарное» полярное сияние таким станциям удалось вызвать лишь однажды – благодаря случайному стечению обстоятельств. В итоге по-настоящему ценными эти установки остаются разве что для исследователей ионосферы. Ее нижние слои расположены на неудобных высотах 90–140 км: эти области уже недоступны для авиации, но еще не подходят для спутников. Здесь и пригодятся нагревные стенды, а найденные с их помощью законы распространения радиоволн помогают строить все более совершенные и надежные системы связи.

«Сура» – единственный стенд, расположенный в средних широтах. Сравнительно спокойная здешняя ионосфера не позволяет ни «запустить» полярное сияние, ни увидеть многие сложные эффекты. Зато она помогает проводить эксперименты, слишком трудные для бурной ионосферы полярных широт. «С точки зрения физики "Сура" была и остается в одном ряду со всеми крупными станциями мира», – добавляет Владимир Фролов.

Так, именно на «Суре» были открыты колебания нейтральных частиц, которые возникают в ответ на возмущения заряженной плазмы. Получается, что не только ионосфера испытывает влияние атмосферы, но и наоборот – ионосферные ионы способны изменять поведение атмосферных газов. «Современные исследования меняют традиционную концепцию, в рамках которой отдельно рассматривалась атмосфера – тропосфера, мезосфера и т. д., отдельно ионосфера с ее слоями, отдельно магнитосфера, литосфера, биосфера, – говорит Владимир Фролов. – На самом деле все – от верхних слоев атмосферы и до ядра планеты – это единая система, которая определяет существование жизни и цивилизации на Земле».