Отражение от метеорных следов

Для связи можно пользоваться отражением от метеорных следов. Это позволяет установить в диапазоне УКВ радиосвязь на такие большие расстояния, которые при обычных способах связи недостижимы. Польские радиолюбители, например, установили радиосвязь с использованием рассеяния от метеорных следов со своими коллегами из Греции (расстояние около 1840 км), Франции, Болгарии и др.

Возможна радиосвязь с использованием отражения от метеорных следов на расстоянии 500—2500 км, если используются передатчики с мощностью в несколько сотен ватт и направленные антенны. Если между корреспондентами отсутствует предварительная договоренность о частотах излучения и приема, то для этого вида связи используется диапазон частот 144,0...144,15 МГц. Обычно передаваемая информация записывается на магнитофонную ленту и излучается с повышенной скоростью. В радиолюбительской практике эта скорость составляет 160 знаков в минуту.

В профессиональной радиосвязи с использованием метеорного рассеяния скорость передачи достигает 4800 слов в минуту с соответствующей скоростью записи принятой информации.

Механизм возникновения отражения.

Атмосфера Земли постоянно бомбардируется маленькими частицами, называемыми метеорами. Эти частицы состоят из различных минералов или металлов (в том числе и железа). Размер метеорных частиц различен: от мельчайших пылинок до больших глыб (рис. 4.22). Скорость, с которой метеоры входят в атмосферу Земли, составляет от 11 до 72 км/с. В результате трения о воздух метеорные частицы на высотах 80—110 км сильно разогреваются. Вследствие термоионизации образуется сильно ионизированный метеорный след. Протяженность метеорного следа достигает нескольких километров (до 25 км), а его диаметр нескольких сантиметров.

Большие метеоры, имеющие массу килограмм и более, достигают более низших слоев атмосферы, создавая видимый метеорный след, который сохраняется в течение нескольких секунд. Наиболее массивные метеоры достигают поверхности Земли. Очень небольшие метеорные частицы, масса которых менее 10^-8, не подвергаются

испарению, а тормозятся в верхних слоях атмосферы и выпадают на поверхность Земли в виде микропыли. Мельчайшие метеорные частицы (масса около 10^-13 г) уносятся солнечным ветром в космическое пространство.

Для радиосвязи имеют значение метеорные частицы, масса которых превышает 10^-7 г. Время испарения метеора составляет около 10^-4 с. Линейная плотность электронов в метеорном следе определяется числом электронов, приходящихся на один метр длины следа. Если линейная плотность менее 10¹⁴ эл/м, то такие следы называют ненасыщенными, если более 10¹⁴ эл/м, то следы называют насыщенными. При прохождении радиоволны через ненасыщенный след она подвергается полному рассеянию. От насыщенных следов радиоволна отражается, как от проводящей поверхности.

Первоначальный диаметр метеорного следа составляет несколько сантиметров; со временем из-за диффузии он значительно увеличивается и становится равным нескольким метрам. В результате этого, естественно, уменьшается плотность электронов и, следовательно, способность отражения радиоволн.

Так же, как и в случае отражения от ионосферы, для каждого метеорного следа существует критическая частота. В результате диффузии следа растет его диаметр и критическая частота f_кр уменьшается. Как правило, время отражения от метеорного следа длинных волн больше, чем время отражения коротких волн.

От насыщенного метеорного следа отражение происходит так же, как от проводящей поверхности, т. е. угол падения равняется углу отражения. Для радиосвязи это явление выгодно, так как отражающая поверхность находится в области первой зоны Френеля, а сам след ориентирован на корреспондента.

Уровень отраженного сигнала изменяется во времени (рис. 4.23а). Метеорные следы подвергаются воздействию ионосферных ветров, которые изменяют их положение и форму. В результате наблюдаются многократные отражения, приводящие к сильной флуктуации уровня принимаемого сигнала (рис. 4.23б).

Целесообразно иметь в виду следующую информацию:

1. Наиболее благоприятны для радиолюбительской связи большие метеоры, создающие продолжительные во времени метеорные следы. Они появляются в метеорных роях. Следует знать периоды их появления и ту область небесной сферы, которая является их «источником». Наиважнейшие метеорные рои указаны в табл. 4.1.

   Таблица 4.1. Метеорные рои (время по Гринвичу)

   Название и дата появления	Период появления роев	Время появления (часы суток)	Число метеоров в час	Скорость роя, км/с	Благоприятное время радиосвязи по направлениям
   					ЮЗ—СВ	В—З	ЮВ—СЗ	С—Ю
   Квадрантиды 3/4 января	9h	Круглосуточно	100	41	0930—15001	2300—0330	2300—0500	0000—0530
   						1130—1630		0930—1430
   Лириды 21 апреля	2d	19/13	15	48	2300—0130	0200—0400	0330—0730	0500—0930
   					0600—0900		2030—2300	2030—0130
   Аквариды 4 мая	5d	01/14	20	64	0230—0630	0400—0900	0630 — 1000	0200—0500
   								0800—1100
   Ариетиды 7 июня	8d	02/18	60	39	0500—0830	0730—1030	0900—1330	0330—0703
   					1230—1400			1100—1430
   Персеиды 8/9 июня	8d	03/19	40	29	0530—0930	0830—1130	0430—0530	0430—0800
   					1330—1500		1000—1430	1200—1530
   Лириды 16 июня	2d	19/13	10		2300—0130	0200—0400	0330—0730	0500—0930
   					0600—0900		2030—2300	2030—0130
   Аквариды 29 июля	2d	20/08	15	41	2100—0130	2230—0330	0100—0430	0300—0530
   								2100—2330
   Персеиды 12 августа	4d	Круглосуточно	60	60	0600—1300	0900—1400	1800—0200	0700—1130
   						1900—0000		2130—0200
   Дракониды 9 октября	1h	To же	10		1700—2300	0730—0930	0500—1230	0800—1300
   Ориониды 21 октября	2d	21/12	20	66	2300—0300	0100—0530	0300—0800	0500—0830
   Тавриды 9 ноября	20d	17/0 8	10	30	1900—2300	2100—0200	2300—0400	0130—0430
   Леониды 17 ноября	3h	22/14	10	72	0100—0430	0400—0700	0530—1000	2330—0330
   Геминиды 14 декабря	3d	17/11	60	35	0400—0700	2330—0230	0200—0500	0300—0700
   							1830—2130	1830—2300
   Урсиды	12h	Круглосуточно	15	34	0700—1900	2300—2300	1800—0600

2. Земля при своем движении вокруг Солнца встречается с метеорами, рассеянными в межпланетном пространстве (рис. 4.24).

   

   Метеоры движутся вокруг Солнца по разным эллиптическим орбитам. Одни из них, перемещаясь в направлении, противоположном направлению движения Земли, сталкиваются с ней и попадают на ту ее часть, которая освещена Солнцем. Другие ее метеоры, догоняя Землю, падают со скоростью 11—30 км/с на ту сторону Земли, на которой господствуют сумерки. С учетом наклона оси Земли можно показать, что наибольшая частота появления метеоров приходится на осенние месяцы. На рис. 4.25б приведена гистограмма появления метеоров.

   

3. В период встречи Земли с метеорами число метеоров, отражающих радиоволны возрастает до 400 и даже до 1000 в час, что приводит к достаточно постоянной ионизации определенного пространства ионосферы. Однако интервалы ионизации очень короткие — от долей секунд до нескольких секунд (рис. 4.26а). Кривая 1 соответствует времени, в течение которого сигнал уменьшается до 0,37 своего максимального уровня, кривая 2 — времени, в течение которого отраженный сигнал достигает минимального (порогового) уровня.

   

4. Чаще происходит отражение от ненасыщенных метеорных следов. Однако в этом случае уровень отраженного сигнала более слабый. Реже появляются сигналы, обусловленные отражением от насыщенных слоев. Уровень отраженного сигнала при этом более высок (рис. 4.26б).

5. Не каждый метеорный след можно использовать для организации радиосвязи в заданном направлении. Для каждой станции имеются области с большей вероятностью установления радиосвязи с помощью метеорных следов (рис. 4.26в). Некоторое улучшение радиосвязи получается, если утром антенну развернуть на 7° севернее, а вечером на 7° южнее направления на корреспондента. Отметим, что отклонение направления антенн должно быть согласовано обоими корреспондентами.

6. Существует оптимальная угломестная ориентация антенн на линиях связи, использующих рассеяние от метеорных следов. На рис. 4.26д приведены графики, позволяющие правильно выбрать этот параметр.

7. Если существует достаточно уверенная связь между станциями N и O, а рядом расположена другая приемная станция O', то с увеличением расстояния между обеими приемными станциями O и O' радиосвязь между станциями N и О' будет ухудшаться. Так, например, при удалении от станции О на расстояние около 100 км количество принятой на станции О' информации уменьшится вдвое (рис. 4.26г). Это обстоятельство свидетельствует о том, что связь с помощью отражения от метеорных следов обладает острой направленностью. Кроме того, эта радиосвязь не нарушается при изменении состояния ионосферы и практически не зависит от других факторов, обусловленных изменением солнечной активности.

8. Двусторонняя связь с использованием метеорного рассеяния требует в среднем около двух часов пробных связей, в течение которых будут слышны многочисленные всплески шума продолжительностью от долей секунд до нескольких секунд. Практика показывает, что иногда встречаются метеорные следы, позволяющие поддерживать связь в течение нескольких минут.

9. Из анализа графиков на рис. 4.23 и 4.26а следует, что для организации более продолжительных сеансов радиосвязи с использованием отражения от метеорных следов следует максимально повысить эффективную мощность излучения, т. е. использовать передатчики с большой мощностью, антенны с высокой направленностью, а также по возможности малошумящие входные устройства приемников.

• 1. Следует читать: с 9 час. 30 мин. до 15 час