HAARP Executive Summary

 

 

HF AKTIVES AURORALES FORSCHUNGSPROGRAMM HAARP ist ein gemeinsames Dienstleistungsprogramm der US Air Force und der US Navy

 

(Geophysikalisches Labor der USAF und Naval-Forschungsbüro der US Navy)

 

 

 

HF AKTIVES AURORALES FORSCHUNGSPROGRAMM (HAARP)

 

INHALTSVERZEICHNIS

ZUSAMMENFASSUNG

 

1. EINLEITUNG

 

2. POTENZIELLE ANWENDUNGEN

2.1. Geophysikalische Prüfung

2.2. Erzeugung von ELF / VLF Wellen

2.3. Erzeugung von ionosphärischen Löchern / Linsen

2.4. Elektronenbeschleunigung

2.5. Erzeugung der Field Aligned Ionisation

2.6. Schräge HF-Heizung

2.7. Erzeugung von Ionisierungsschichten unterhalb von 90 km

 

 

3. IONOSPHERISCHE PROBLEME, DIE MIT HOHER STROMHEIZUNG HEIZEN

3.1. Schwellen von ionosphärischen Effekten

3.2. Allgemeine Ionosphärenprobleme

3.3. Ionosphärenprobleme mit hoher Breite

 

 

4. GEWÜNSCHTE HF-HEIZUNG

4.1 Merkmale des Heizgerätes

4.1.1 Wirksame Strahlungsleistung (ERP)

4.1.2 Frequenzbereich

4.1.3 Scanfunktionen

4.1.4. Betriebsarten

4.1.5 Wellenpolarisation

4.1.6 Beweglichkeit beim Ändern der Heizkörperparameter

 

 

4.2. Heizung Diagnose

4.2.1. Incoherent Scatter Radar Facility

4.2.2. Weitere Diagnose

4.2.3. Zusätzliche Diagnose für ELF-Erzeugungsexperimente

 

 

4.3. HF-Heizung

4.4. Geschätzte Kosten der neuen Heizungsanlage

 

5. PROGRAMM-TEILNEHMER

 

6. PLANEN FÜR DIE FORSCHUNG ÜBER DIE GENERATION VON ELF-SIGNALEN IN DER IONOSPHERE DURCH MODULIERUNG DES POLAREN ELEKTROJETS

6.1. Ionosphären-Probleme, wie sie auf ELF-Generation beziehen

6.1.1 Ionosphärenforschungsbedarf

6.1.2. Ionosphärenforschungsempfehlungen

6.2 HF zu ELF Anregungseffizienz

6.2.1. Heizen mit geringer Höhe

6.2.2. Niedrig-Höhe-Heizungs-Forschungsempfehlungen

6.2.3. Heizen mit hoher Höhe

6.2.4. Hochwasser-Forschungsempfehlungen

6.3. Unterseeische Kommunikationsprobleme im Zusammenhang mit der Ausnutzung von ELF-Signalen, die in der Ionosphäre durch HF-Heizung erzeugt werden

6.3.1. Allgemeine Forschungsfragen

6.3.2. Spezifische ELF Systems Issuesv

6.4. ELF Systembezogene Forschungsempfehlungen

 

7. ZUSAMMENFASSUNG HAARP INITIATION AKTIVITÄTEN

7.1. HAARP Steuerungsgruppe

7.2. Zusammenfassung der Aktivitäten der HAARP Lenkungsgruppe

 

 

ANHANG A

HF Heizungsanlagen

 

ANHANG B

Workshop zur Ionosphärischen Modifikation und Generierung von ELF Workshop-Agenda

Teilnahme am Workshop Roster

 

 

 

 

HAARP - HF Aktive Aurorale Forschung Programm

 

 

Zusammenfassung

 

Wie bereits im Begleitbericht dargelegt, ist das HF-Programm für aktive Aurorale Ionosphärenforschung (HAARP) besonders attraktiv, da es sich darum bemüht, dass die Forschung in einem aufstrebenden, revolutionären Technologiegebiet auf die Identifizierung und Nutzung von Techniken zur Verbesserung der C3-Fähigkeiten ausgerichtet ist. Das Herzstück des Programms ist die Entwicklung einer einzigartigen hochfrequenten (HF) Ionosphärenheizung zur Durchführung der bahnbrechenden Experimente, die im Rahmen des Programms erforderlich sind.

 

 

Anwendungen

 

Ein spannender und herausfordernder Aspekt der ionosphärischen Verbesserung ist sein Potenzial, ionosphärische Prozesse so zu steuern, dass die Leistungsfähigkeit von C3-Systemen stark verbessert wird. Ein wesentliches Ziel des Programms ist die Identifizierung und Untersuchung jener ionosphärischen Prozesse und Phänomene, die für DOD-Zwecke, wie die nachfolgend skizzierten, ausgenutzt werden können.

 

Erzeugung von ELF-Wellen in dem 70-150 Hz-Band zur Bereitstellung von Verbindungen zu tief untergetauchten Unterseebooten. Ein Programm zur Entwicklung effizienter ELF-Erzeugungstechniken ist unter dem DOD-Ionosphärenverbesserungsprogramm geplant.

 

Geophysikalische Untersuchungen zur Identifizierung und Charakterisierung natürlicher ionosphärischer Prozesse, die die Leistungsfähigkeit von C3-Systemen einschränken, so dass Techniken entwickelt werden können, um diese zu mildern oder zu kontrollieren. Erzeugung ionosphärischer Linsen zur Fokussierung großer Mengen an HF-Energie in großen Höhen in der Ionosphäre und damit ein Mittel zur Auslösung ionosphärischer Prozesse, die möglicherweise für DOD-Zwecke genutzt werden könnten.

 

Elektronenbeschleunigung zur Erzeugung von IR und anderen optischen Emissionen und zur Erzeugung einer zusätzlichen Ionisation in ausgewählten Bereichen der Ionosphäre, die zur Steuerung von Funkwellenausbreitungseigenschaften verwendet werden könnten.

 

Erzeugung einer geomagnetischen Feld-orientierten Ionisation zur Steuerung der Reflektions- / Streueigenschaften von Funkwellen.

 

Schräge Erwärmung zur Erzeugung von Effekten auf die Funkwellenausbreitung in großen Abständen von einer HF-Heizeinrichtung, wodurch die möglichen militärischen Anwendungen der ionosphärischen Verbesserungstechnologie erweitert werden.

 

Erzeugung von Ionisationsschichten unter 90 km zur Bereitstellung von Radiowellenreflektoren (Spiegel), die für Fernüberwachung, HF / VHF / UHF-Überwachung, einschließlich der Erkennung von Kreuzfahrtflugkörpern und anderen niedrigen Observablen ausgenutzt werden können.

 

 

Gewünschte HF - Heizeigenschaften

 

Eine neue, einzigartige HF-Heizungsanlage ist erforderlich, um das breite Spektrum der oben genannten Probleme zu lösen. Um jedoch in verschiedenen Stadien seiner Entwicklung eine nützliche Einrichtung zu haben, ist es wichtig, dass die Heizeinrichtung modular aufgebaut ist, so dass ihre effektive Strahlungsleistung in effizienter und kostengünstiger Weise mit Ressourcen erhöht werden kann erhältlich.

 

 

Effektive Strahlungsleistung (ERP) im Überschuss von 1 Gigawatt

 

Ein Gigawatt wirksamer Strahlungsleistung repräsentiert ein wichtiges Schwellenleistungsniveau, über das signifikante Wellenerzeugungs- und Elektronenbeschleunigungseffizienzen erzielt werden können, und andere signifikante Heizwirkungen können erwartet werden.

 

 

Breiter Frequenzbereich

 

Der gewünschte Heizer würde einen Frequenzbereich von etwa 1 MHz bis etwa 15 MHz aufweisen, wodurch ein breites Spektrum ionosphärischer Prozesse untersucht werden kann.

 

 

Scan-Fähigkeiten

 

Eine Heizeinrichtung, die schnelle Abtastfähigkeiten aufweist, ist sehr erwünscht, um die Größe der erwärmten Bereiche in den Ionosphären-kontinuierlichen Wellen- (CW) und Puls-Betriebsarten zu vergrößern. Die Flexibilität bei der Wahl der Heizbetriebsarten ermöglicht eine breitere Palette an ionosphärischen Verbesserungsverfahren und -problemen.

 

 

Polarisation

 

Die Anlage sollte sowohl eine X- als auch eine O-Polarisation ermöglichen, um ionosphärische Prozesse über eine Reihe von Höhen zu untersuchen.

 

 

Beweglichkeit beim Ändern der Heizkörperparameter

 

Die Fähigkeit, die Heizparameter schnell zu ändern, ist wichtig für die Bewältigung von Problemen wie die Vergrößerung der Größe des beheizten Bereichs der Ionosphäre und die Entwicklung von Techniken, um sicherzustellen, daß die gewünschten Energiedichten in der Ionosphäre ohne Selbstbegrenzungseffekte geliefert werden können.

 

 

HF-Heizungsdiagnose

 

Um sowohl natürliche ionosphärische Prozesse als auch solche, die durch aktive Modifikation der Ionosphäre induziert werden, zu verstehen, ist eine angemessene Instrumentierung erforderlich, um eine breite Palette ionosphärischer Parameter auf der geeigneten Zeit- und Raumskala zu messen. Eine Schlüsseldiagnose dieser Messungen ist eine inkohärente Scatteradaranlage zur Bereitstellung der Mittel, um solche Hintergrundplasmabedingungen wie Elektronendichten, Elektronen- und Ionentemperaturen und elektrische Felder, alle als Funktion der Höhe, zu überwachen. Die inhärent gestreute Radaranlage, die zur Ergänzung der geplanten neuen HF-Heizung vorgesehen ist, wird derzeit in einem separaten DOD-Programm im Rahmen eines Upgrades der Poker Flat-Rakete in Alaska gefördert.

 

Für ELF-Erzeugungsexperimente würde das Diagnosekomplement eine Kette von ELF-Empfängern, eine digitale HF-Ionosonde, eine Magnetometerkette, Photometer, einen VLF-Schallgeber und ein VHF-Riometer umfassen. In anderen Experimenten wäre auch eine In-situ-Messung des erhitzten Bereichs in der Ionosphäre über eine Raketenmessung sehr wünschenswert. Andere zu verwendende Diagnosen werden in Abhängigkeit von der Natur der implementierten ionosphärischen Modifikationen HF-Empfänger, HF / VHF-Radargeräte, optische Bildgeber und Szintillationsbeobachtungen umfassen.

 

 

HF-Heizung

 

Eines der Hauptprobleme im Rahmen des Programms ist die Erzeugung von ELF-Wellen in der Ionosphäre durch HF-Heizung. Dies erfordert eine Positionierung des Heizelements, wo starke Ionosphärenströme vorhanden sind, entweder an einem äquatorialen Ort oder einem Ort mit hoher Breite (auroral). Zusätzliche Faktoren, die bei der Lokalisierung des Heizgeräts zu berücksichtigen sind, umfassen andere technische (Forschungs) Bedürfnisse und Anforderungen, Umweltfragen, zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten (Immobilien), Infrastruktur und Überlegungen über die Verfügbarkeit und den Standort der Diagnostik. Der Standort der neuen HF-Heizanlage ist für Alaska, relativ nahe bei einer neuen inkohärenten Streuflotte, bereits für das Poker Flat-Raketenprogramm unter einem eigenen DOD-Programm geplant.

 

Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die HF-Heizvorrichtung so angeordnet ist, dass eine Raketenmessgeräte-Instrumentierung in den erwärmten Bereich der Ionosphäre geflossen werden kann. Der genaue Standort in Alaska für die vorgeschlagene neue HF-Heizanlage ist noch nicht festgelegt.

 

 

Geschätzte Kosten der neuen HF-Heizungsanlage

 

Es wird geschätzt, dass acht bis zehn Millionen Dollar ($ 8-10M) eine neue Anlage mit einer effektiven Strahlungsleistung von etwa dem der derzeitigen DOD-Anlage (HIPAS) bereitstellen werden, jedoch mit einer beträchtlichen Verbesserung der Frequenzabstimmbarkeit und der Antennenstrahllenkung Fähigkeit. Die Anlage wird modular aufgebaut sein, um effiziente und kostengünstige Stromerhöhungen zu ermöglichen, da zusätzliche Mittel verfügbar werden. Die gewünschte (Weltklasse-) Anlage, die die oben beschriebenen breiten Fähigkeiten und die Flexibilität aufweist, wird in der Größenordnung von fünfundzwanzig bis dreißig Millionen Dollar ($ 25-30M) kosten.

 

 

Programmteilnehmer

 

Das Programm wird gemeinsam von der Marine und der Luftwaffe geleitet. Angesichts der Vielzahl der zu behandelnden Themen ist jedoch eine aktive Beteiligung der Behörden, Universitäten und privaten Auftraggeber vorgesehen.

 

 

HF Aktives Aurorales Forschungsprogramm

 

Das DOD HF Active Auroral Research Programm (HAARP) ist besonders attraktiv, weil es sicherstellt, dass die Forschung in einem aufstrebenden, revolutionären Technologiegebiet auf die Identifizierung und Nutzung von Techniken zur deutlichen Verbesserung der C3-Fähigkeiten ausgerichtet sein wird. Das Herzstück des Programms ist die Entwicklung einer einzigartigen Ionosphärenheizung zur Durchführung der bahnbrechenden Experimente, die erforderlich sind, um das Potential zur Nutzung der Ionosphärenverstärkungs-Technologie für DOD-Zwecke (Dept. of Defense) adäquat zu bewerten. Nachstehend wird eine solche Forschungseinrichtung die Möglichkeit bieten, die Schaffung, Wartung und Steuerung einer großen Anzahl und Vielfalt ionosphärischer Prozesse zu untersuchen, die im Vergleich zu herkömmlichen C3-Systemen erhebliche betriebliche Fähigkeiten und Vorteile bieten könnten. Die im Rahmen des Programms durchzuführenden Forschungsarbeiten umfassen grundlegende, exploratorische und angewandte Bemühungen.

 

 

 

1. Einleitung

 

DoD-Agenturen haben bereits laufende Anstrengungen im Bereich der aktiven ionosphärischen Experimente, einschließlich ionosphärischer Verbesserungen. Dazu gehören sowohl raum- als auch bodenbasierte Ansätze. Die Raumfahrtbemühungen umfassen chemische Freisetzungen (z. B. das brasilianische Ionosphären-Modifikationsexperiment der Air Force, BIME, das RED AIR-Programm der Navy und die multiautorielle Beteiligung an den kombinierten Freisetzungs- und Strahlungseffektsatelliten, CRRES). Zusätzlich werden andere geplante Programme Teilchenstrahlen und Beschleuniger an Bord von Raketen (z.B. EXCEDE und CHARGE IV) und shuttle- oder satellitengestützte HF-Sender (z. B. WISP und ACTIVE) verwenden. Bodentechniken verwenden die Verwendung von Hochleistungs-, Hochfrequenz- (RF), Sendern (sogenannten "Heizern"), um die Energie in der Ionosphäre bereitzustellen, die bewirkt, dass sie verändert oder verbessert wird. Der Einsatz solcher Heizgeräte hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber platzbasierten Ansätzen.

 

Dies schließt die Möglichkeit der Wiederholung von Experimenten unter kontrollierten Bedingungen und die Fähigkeit ein, eine breite Vielfalt von Experimenten unter Verwendung derselben Einrichtung durchzuführen. Zum Beispiel können abhängig von der verwendeten RF-Frequenz und der effektiven Strahlungsleistung (ERP) verschiedene Bereiche der Atmosphäre und die Ionosphäre beeinflußt werden, um eine Anzahl praktischer Wirkungen zu erzeugen, wie in Tabelle 1 dargestellt. Wegen der großen Anzahl und der großen Vielfalt von diesen. Effekte und weil viele von ihnen das Potenzial haben, für wichtige C3-Anwendungen ausgenutzt zu werden, konzentriert sich das Programm auf die Entwicklung eines robusten Programms im Bereich der bodengestützten Hochleistungs-RF-Heizung der Ionosphäre.

 

 

Bisher wurden die meisten DoD-Ionosphärenheizungsversuche durchgeführt, um ein besseres Verständnis ionosphärischer Prozesse zu erhalten, d.h. sie wurden als geophysikalische Sonden verwendet. Dabei stört man die Ionosphäre, dann untersucht sie, wie sie auf die Störung reagiert und wie sie sich letztlich wieder an Umgebungsbedingungen erholt. Die Verwendung ionosphärischer Verbesserungen zur Simulation ionosphärischer Prozesse und Phänomene ist eine neuere Entwicklung, die durch das zunehmende Wissen ermöglicht wird, wie sie sich natürlich entwickeln. Durch Simulation natürlicher ionosphärischer Effekte ist es möglich zu beurteilen, wie sie die Leistungsfähigkeit von DoD-Systemen beeinflussen können. Von einem DoD-Standpunkt aus betrachtet, ist der aufregendste und herausfordernde Aspekt der ionosphärischen Verbesserung sein Potenzial, ionosphärische Prozesse so zu steuern, dass die Leistungsfähigkeit von C3-Systemen (oder die Zugänglichkeit für einen Gegner verweigern) beträchtlich gesteigert wird Ein revolutionäres Konzept, in dem es, anstatt die Einschränkungen, die den Betriebssystemen durch die natürliche Ionosphäre auferlegt werden, zu akzeptieren, die Steuerung des Ausbreitungsmediums zu erfassen und zu formen, um sicherzustellen, daß eine gewünschte Systemfähigkeit erreicht werden kann. Ein wichtiger Bestandteil des DOD-Programms ist das Ziel, jene ionosphärischen Prozesse und Phänomene zu identifizieren und zu untersuchen, die für solche Zwecke genutzt werden können.

 

 

2. Potenzielle Anwendungen

 

Eine kurze Beschreibung einer Vielzahl potenzieller Anwendungen der Ionosphärenverstärkungs-Technologie, die im DOD-Programm behandelt werden könnten, sind nachfolgend beschrieben.

 

 

2.1. Geophysikalische Prüfung

 

Die Verwendung ionosphärischer Erwärmung zur Untersuchung natürlicher ionosphärischer Prozesse ist eine traditionelle. Eine solche Forschung ist noch erforderlich, um Modelle der Ionosphäre zu entwickeln, die verwendet werden können, um die Leistung von C3-Systemen unter normalen und gestörten Ionosphärenbedingungen zuverlässig vorauszusagen. Dieser Aspekt der Ionosphärenforschung ist dem Forscher immer zur Verfügung; In der Tat, als ein Nebenprodukt jeder ionosphärischen Verbesserung Forschung, auch wenn es durch spezifische Ziele der Systemanwendung getrieben wird, wie unten diskutiert.

 

 

2.2. Erzeugung von ELF / VLF Wellen

 

Eine Reihe von kritischen DOD-Kommunikationssystemen beruht auf der Verwendung von ELF / VLF (30 Hz-30 kHz) Funkwellen. Dazu gehören diejenigen, die mit dem Minimum Essential Emergency Communications Network (MEECN) verbunden sind, und solche, die verwendet werden, um Nachrichten an untergetauchte U-Boote zu verbreiten. In dem letzteren sind Frequenzen im Bereich von 70-150 Hz besonders attraktiv, aber schwierig, mit bodengestützten Antennensystemen effizient zu erzeugen. Das Potential besteht darin, solche Wellen durch eine bodenbasierte Erwärmung der Ionosphäre zu erzeugen. Der Heizer wird verwendet, um die Leitfähigkeit der unteren Ionosphäre zu modulieren, die wiederum Ionosphärenströme moduliert. Dieser modulierte Strom erzeugt in Wirklichkeit eine virtuelle Antenne in der Ionosphäre für die Abstrahlung von Funkwellen. Die Technik wurde bereits zur Erzeugung von ELF / VLF-Signalen bei einer Reihe von vertikalen HF-Heizungsanlagen im Westen und der Sowjetunion verwendet. Bislang haben sich diese Bemühungen jedoch auf grundsätzliche Grundlagenforschung beschränkt und es wurden nur wenige Versuche unternommen, Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz einer solchen ELF / VLF-Generation zu untersuchen, um sie für Kommunikationsanwendungen attraktiv zu machen. In dieser Hinsicht wäre die erzeugte ELF attraktiv, wenn sie signifikant stärkere Signale liefern könnte als diejenigen, die von den Navy-bestehenden Antennensystemen in Wisconsin und Michigan erhältlich sind. Aktuelle theoretische Untersuchungen deuten darauf hin, dass dies möglich sein könnte, sofern die entsprechende HF-Heizungsanlage zur Verfügung stand. Da dieser Forschungsbereich besonders vielversprechend erscheint und aufgrund bestehender DOD-Anforderungen für ELF und VLF, ist er bereits ein Hauptantrieb des vorgeschlagenen Forschungsprogramms.

 

 

 

 

Zusätzlich zu seiner möglichen Anwendung auf weitreichende, überlebensfähige DOD-Kommunikationen gibt es eine weitere potentiell attraktive Anwendung starker ELF / VLF-Wellen, die in der Ionosphäre durch Erdbodenheizungen erzeugt werden. Es ist bekannt, daß ELF / VLF-Signale, die durch Blitzschläge erzeugt werden, sich durch die Ionosphäre ausbreiten und mit geladenen Teilchen zusammenwirken, die entlang geomagnetischer Feldlinien gefangen sind, wodurch sie von Zeit zu Zeit in die untere Ionosphäre ausfallen. Wenn solche Prozesse zuverlässig gesteuert werden könnten, wäre es möglich, Techniken zu entwickeln, um ausgewählte Bereiche der Strahlungsbänder von Partikeln für kurze Zeiträume auszulöschen, so dass die Satelliten in ihnen ohne Schaden für ihre elektronischen Komponenten und irgendwelche der kritischen Probleme, die damit verbunden sind, arbeiten können Mit diesem Konzept der Strahlungsbandsteuerung könnte als Teil des DOD-Programms untersucht werden.

 

 

2.3. Erzeugung von ionosphärischen Löchern / Linsen

 

Es ist bekannt, daß die HF-Erwärmung lokale Verarmungen ("Löcher") von Elektronen erzeugt, wodurch die Brechungseigenschaften der Ionosphäre verändert werden. Dies wiederum beeinflusst die Ausbreitung von Funkwellen, die durch diese Region hindurchgehen. Wenn Techniken entwickelt werden könnten, um diese Phänomene so zu nutzen, dass eine künstliche Linse erzeugt wird, sollte es möglich sein, die Linse als einen Fokus zu verwenden, um viel größere Mengen an HF-Energie in größere Höhen in der Ionosphäre zu liefern, als dies derzeit möglich ist, Wodurch der Weg für die Auslösung neuer ionosphärischer Prozesse und Phänomene erschlossen wird, die möglicherweise für DOD-Zwecke ausgenutzt werden könnten. In der Tat ist die allgemeine Frage der Entwicklung von Techniken, um sicherzustellen, dass große Energiedichten an ausgewählten Regionen in der Ionosphäre, von bodengestützten Heizungen zur Verfügung gestellt werden können, eine wichtige ist, die im DOD-Programm angesprochen werden muss.

 

 

2.4. Elektronenbeschleunigung

 

Wenn genügend Energiedichten in der Ionosphäre vorhanden sind, sollte es möglich sein, Elektronen zu hohen Energien zu beschleunigen, die von einigen eV bis zu KeV- und MeV-Werten reichen. Eine solche Fähigkeit würde die Mittel für eine Anzahl von interessanten DOD-Anwendungen bereitstellen.

 

 

Elektronen in der Ionosphäre, die auf wenige eV beschleunigt wurden, würden eine Vielzahl von IR- und optischen Emissionen erzeugen. Beobachtung und Quantifizierung von ihnen würden Daten über die Konzentration kleinerer Bestandteile in der unteren Ionosphäre und der oberen Atmosphäre liefern, die nicht mit herkömmlichen Sondierungstechniken erhalten werden können. Solche Daten wären für die Entwicklung zuverlässiger Modelle der unteren Ionosphäre von Bedeutung, die letztlich bei der Entwicklung von Radiowellenausbreitungsvorhersagetechniken verwendet werden. Darüber hinaus könnte Heizer erzeugt IR / optische Emission, über ausgewählte Bereiche der Erde möglicherweise verwendet werden, um blinde Raum-basierte militärische Sensoren.

 

Elektronen, die auf Energieniveau im Bereich von 14 bis 20 eV beschleunigt werden, würden durch Kollisionen mit neutralen Partikeln eine neue Ionisation in der Ionosphäre erzeugen. Dies deutet darauf hin, dass es möglich sein kann, die Ionosphäre "zu konditionieren", so dass sie die HF-Ausbreitung während Perioden unterstützen würde, in denen die natürliche Ionosphäre besonders schwach war. Dies könnte potenziell für HF-Kommunikations- und Überwachungszwecke von großer Reichweite (OTH) ausgenutzt werden. Schließlich könnte die Verwendung eines HF-Heizers zur Beschleunigung von Elektronen auf KeV- oder MeV-Energieniveaus in Verbindung mit Satellitensensormessungen für eine kontrollierte Untersuchung der Effekte von hochenergetischen Elektronen auf Raumplattformen verwendet werden. Es gibt bereits Anzeichen dafür, dass Hochleistungssender auf dem Raumfahrzeug Elektronen im Weltraum auf solch hohe Energieniveaus beschleunigen und dass diese geladenen Teilchen auf das Spatenfahrzeug schädliche Auswirkungen haben können. Die Prozesse, die solche Phänomene und die Entwicklung von Techniken auslösen, um sie zu vermeiden oder zu mildern, könnten im Rahmen des DOD-Programms untersucht werden.

 

 

2.5. Erzeugung der ausgerichteten Feld-Ionisierung

 

Die HF-Erwärmung der Ionosphäre führt zu Ionisationsfeldern, die mit dem geomagnetischen Feld fluchten und damit Streupunkte für HF-Wellen erzeugen. Natürliche Prozesse erzeugen auch solche Streuer, wie durch die Szintillationen, die an Satelliten-zu-Boden-Verbindungen in den äquatorialen und hohen Breitenbereichen beobachtet werden, nachgewiesen wird. Die Verwendung eines HF - Erhitzers zur Erzeugung derartiger Streuer würde einen kontrollierten Weg bieten, um die natürlichen physikalischen Prozesse zu untersuchen, die sie produzieren, und könnte denkbar zur Entwicklung von Techniken führen, um ihr natürliches Vorkommen, ihre Struktur und ihre Persistenz vorherzusagen Grad, auf den sie DOD-Systeme beeinflussen würden.

 

Eine interessante potentielle Anwendung der durch Wärme induzierten feldorientierten Ionisation ist bereits Teil eines laufenden DOD (Air Force / RADC) Forschungsprogramms, Ducted HF Propagation. Es ist bekannt, dass es in den E- und F-Gebieten der Ionosphäre (110-250 km Höhe) hohe Höhenkanäle gibt, die die weltweite HF-Ausbreitung unterstützen können. Normalerweise weisen jedoch geometrische Betrachtungen darauf hin, dass es nicht möglich ist, auf diese Kanäle von bodenbasierten HF-Sendern aus zuzugreifen. Von Zeit zu Zeit liefern jedoch natürliche Gradienten in der Ionosphäre (die oft mit dem Tag-Nacht-Terminator verbunden sind) Mittel zum Streuen solcher HF-Signale in die erhöhten Kanäle. Wenn der Zugang zu solchen Leitungen zuverlässig erfolgen könnte, können interessante, sehr große HF-Kommunikations- und Überwachungsapplikationen in Betracht gezogen werden.

 

Beispielsweise wäre eine überlebensfähige HF-Ausbreitung über nuklear gestörten ionosphärischen Regionen möglich; Oder die sehr weitreichende Erfassung von Raketen, die die Ionosphäre auf ihrem Weg zu Zielen durchbrechen, erreicht werden könnte. Die Verwendung eines HF-Erhitzers zur Erzeugung einer feldorientierten Ionisation in einer gesteuerten (zuverlässigen) Weise wurde als Mittel zur Entwicklung derartiger Konzepte vorgeschlagen und in einem bevorstehenden Satellitenexperiment, das während des FY92 durchgeführt werden soll, getestet. Das Experiment fordert eine Heizung in Alaska, um eine feldorientierte Ionisation zu erzeugen, die HF-Signale von einem nahe gelegenen Sender in erhöhte Kanäle streuen wird. Ein Satellitenempfänger zeichnet die Signale auf, um Daten über die Effizienz der feldbündigen Ionisation als HF-Streuer sowie die Lage-, Persistenz- und HF-Ausbreitungseigenschaften, die mit den erhöhten Kanälen assoziiert sind, bereitzustellen.

 

 

2.6. Schräge HF-Heizung

 

Die meisten HF-Heizversuche, die im Westen und in der Sowjetunion durchgeführt werden, verwenden vertikal fortpflanzende HF-Wellen. Der Bereich der betroffenen Ionosphäre liegt direkt über der Heizung. Für umfassendere militärische Anwendungen ist das Potenzial, die Bereiche der Ionosphäre bei relativ großen Entfernungen (1000 km oder mehr) von einer Heizeinrichtung signifikant zu verändern, sehr erwünscht. Dies beinhaltet das Konzept der schrägen Heizung. Das Thema nimmt eine zusätzliche Bedeutung ein, dass höhere und höhere effektive Strahlungskräfte für zukünftige HF-Kommunikations- und -Überwachungssysteme projiziert werden. Das Potential dieser Systeme, die Ionosphäre versehentlich zu modifizieren und damit selbstbegrenzende Effekte zu erzeugen, ist eine echte, die untersucht werden sollte. Darüber hinaus ist die Anfälligkeit von HF-Systemen gegenüber unerwünschten Effekten, die von anderen Hochleistungssendern (Freund oder Feind) sollte angesprochen werden.

 

 

 

2.7. Erzeugung von Ionisierungsschichten unterhalb von 90 km

 

Die Verwendung von Hochleistungs-Rf-Heizern zur Beschleunigung von Elektronen auf 14-20 eV öffnet den Weg für die Erzeugung von erheblichen Ionisationsschichten in Höhen, wo es normalerweise nur sehr wenige Elektronen gibt. Dieses Konzept wurde bereits Gegenstand von Untersuchungen der Air Force (Geophysics Lab), der Marine (MU) und DARPA. Insbesondere hat die Air Force das Konzept mit dem Namen Künstlicher Ionosphärenspiegel (AIM) auf den Punkt gebracht, um seine technische Machbarkeit zu demonstrieren und eine neue Initiative zur Durchführung von Proof-of-Concepts-Experimenten vorzuschlagen. Die für AIM in Betracht gezogenen HF-Heizeinrichtungen sind im Bereich von 400 MHz bis 3 GHz viel höher als die HF-Frequenzen (1,5 MHz bis 15 MHz), die für die Untersuchung der anderen in dieser Zusammenfassung diskutierten Themen geeignet sind. Als solches wird das DOD-Programm (HAARP) nicht direkt mit AIM-bezogenen ionosphärischen Verbesserungsanstrengungen verbunden sein.

 

 

 

3. IONOSPHERISCHE PROBLEME, DIE MIT HOHER STROMHEIZUNG HEIZEN

 

Wie in 1 dargestellt, ändert sich, da die an die Ionosphäre abgegebene HF-Leistung kontinuierlich erhöht wird, der dissipative Prozess, der die Reaktion der geophysikalischen Umgebung dominiert, diskontinuierlich, wodurch eine Vielzahl ionosphärischer Effekte erzeugt wird, die eine Untersuchung erfordern. Besonders interessant sind diejenigen, die bei sehr hohen Leistungspegeln (aber noch nicht im Westen von vorhandenen HF-Heizern) erwartet werden, unter dem Aspekt der möglichen Anwendungen für DOD-Zwecke,

 

 

3.1. Schwellen von ionosphärischen Effekten

 

Bei sehr bescheidenen HF-Potenzen werden zwei HF-Wellen, die sich durch ein gemeinsames Ionosphärenvolumen ausbreiten, eine Kreuzmodulation erfahren, eine Überlagerung der Amplitudenmodulation einer HF-Welle auf eine andere. Bei HF werden effektive Strahlungsleistungen für den Westen, messbares Bulk-Elektron und Ionen-Gas-Heizung erreicht, elektromagnetische Strahlung (bei anderen Frequenzen als transmittiert) stimuliert und verschiedene parametrische Instabilitäten im Plasma angeregt. Diese umfassen diejenigen, die das Plasma so strukturieren, dass es HF-Energie eines breiten Wellenlängenbereichs streut.

 

Abbildung 1. Schwellenwerte der Ionosphären-Effekte als Funktion von ERP (nicht verfügbar)

 

Es gibt auch Beweise im Westen, dass bei Höchstleistungsoperationen parametrische Instabilitäten beginnen, sich zu sättigen, und gleichzeitig bescheidene Energiemengen beginnen, in die Elektronenbeschleunigung zu gehen, was zu bescheidenen Niveaus von Elektronenstoß angeregtem Luftglühen führt. Dies deutet darauf hin, dass bei den höchsten HF-Potenzen, die im Westen verfügbar sind, die üblicherweise untersuchten Instabilitäten ihre maximale HF-Energieableitfähigkeit erreichen, über die die Plasmaprozesse bis zum nächsten Limitierungsprozess hinauslaufen. Die Airglow-Verbesserungen deuten stark darauf hin, dass dieser nächste Prozess dann Wellen-Partikel-Wechselwirkungen und Elektronenbeschleunigung beinhaltet.

 

Die Sowjets, die bei höheren Mächten als dem Westen arbeiten, haben nun eine beachtliche stimulierte Ionisation durch Elektronenstoßionisation beansprucht. Der Anspruch ist, dass HF-Energie über Wellenpartikel-Wechselwirkungen ionosphärische Elektronen auf Energien mit weit über 20 Elektronenvolt (eV) beschleunigt, so dass sie neutrale atmosphärische Partikel ionisieren, mit denen sie kollidieren. Da die sowjetischen HF-Einrichtungen um ein Vielfaches leistungsfähiger sind als die westlichen Einrichtungen in vergleichbaren Mittleren Breiten, und angesichts der Tatsache, dass diese anscheinend an der Schwelle eines neuen "Wellenpartikelregimes" liegen, wird angenommen, dass die Sowjets diese Schwelle überschritten haben und untersuchen ein Regime der Phänomene , das noch nicht verfügbar ist für Studium oder eine Anwendung im Westen.

 

 

Die Max-Planck-HF-Anlage in Tromso, Norwegen, besitzt eine Leistung, die mit den der sowjetischen Hochleistungsheizungen vergleichbar ist, hat jedoch niemals Luftglühverbesserungen erzeugt, die üblicherweise von US-HF-Anlagen mit niedrigerer HF-Leistung erzeugt werden, jedoch in niedrigeren Breiten. Dies wird einem gegenwärtigen unzureichenden Verständnis zugeschrieben, wie die Ionosphäre der auroralen Breite die Bedingungen erfüllen kann, die erforderlich sind, um den Teilchenbeschleunigungsprozeß zu dominieren, und Bedingungen, die in den (stabileren) mittleren Breitenbereichen erreicht werden.

 

Was klar ist, ist, dass bei der Gigawatt und über der effektiven Strahlungsenergiedichte, die in begrenzten Bereichen der Ionosphäre abgeschieden ist, ihre thermische, brechende, streuende und Emissionscharakteristik über ein sehr breites elektromagnetisches (Radiofrequenz) und optisches Spektrum drastisch verändert werden kann. Dies wird benötigt, um die gewünschten Effekte auszuwählen und unerwünschte zu unterdrücken. Dies kann nur erreicht werden, indem man die grundlegenden Prozesse identifiziert und versteht und sie miteinander verknüpft. Dies kann nur getan werden, wenn sie von einem starken experimentellen Programm getrieben wird, das durch eine enge Kopplung an den interaktiven Zyklus der Entwicklungstheorie gesteuert wird -Modell-experimentelle Prüfung.

 

 

3.2. Allgemeine Ionosphärenprobleme

 

Wenn eine Hochleistungs-HF-Funkwelle in der Ionosphäre reflektiert, werden verschiedene Instabilitätsprozesse ausgelöst. In frühen Zeiten (weniger als 200 ms) nach dem HF-Einschalten werden Mikroinstabilitäten, die von ponderomotorischen Kräften angetrieben werden, über ein großes (1-10 km) Höhenintervall erregt, das sich von dem Punkt der HF-Reflexion nach unten in den Bereich der oberen Hybridresonanz erstreckt. Allerdings scheint zu sehr frühen Zeiten (weniger als 50 ms) und zu späten Zeiten (größer als l0 s) die stärkste HF-induzierte Langmuir-Turbulenz in der Nähe der HF-Reflexion zu bestehen. Die Langmuir-Turbulenz verursacht auch eine Population von beschleunigten Elektronen. Über Zeitskalen op 100 von Millisekunden und länger müssen die Mikroinstabilitäten mit anderen Instabilitäten koexistieren, die entweder ausgelöst oder direkt durch die HF-induzierte Turbulenz angetrieben werden. Einige dieser Instabilitäten sind vermutlich explosive Charakter. Es wird angenommen, dass die Dissipation der Langmuir-Turbulenz zu meßtechnischen Unregelmäßigkeiten über mehrere Instabilitätswege führt. Schließlich können über Zeitskalen von zehn Sekunden und länger mehrere thermisch angetriebene Instabilitäten angeregt werden, die zu Ionosphären-Unregelmäßigkeiten im Ionenbereich führen. Einige dieser Unregelmäßigkeiten sind auf das geomagnetische Feld ausgerichtet, während andere entweder entlang der Achse des HF-Strahls oder parallel zur Horizontalen ausgerichtet sind.

 

Vor kurzem hat sich die ionosphärische Diagnostik der HF-Modifikation bis zu dem Punkt entwickelt, wo einzelne Instabilitätsprozesse im Detail untersucht werden können. Wegen der verbesserten diagnostischen Fähigkeiten ist es nun klar, dass die Wellen-Plasma-Wechselwirkungen, die einst als ziemlich einfach angesehen wurden, in der Tat ziemlich komplex sind. So zeigen die jüngsten experimentellen Ergebnisse am Arecibo-Observatorium, dass Plasmaprozesse, die für die Anregung der Langmuir-Turbulenz in der Ionosphäre verantwortlich sind, sich grundlegend von den bisherigen Behandlungen auf der Basis der sogenannten "schwachen Turbulenztheorie" unterscheiden.

 

 

Dieser theoretische Ansatz basiert auf zufälligen Phasenannäherungen, um die Amplifikation linearer Plasmawellen mit parametrischen Instabilitäten zu behandeln. Die Forschung in der HF-Ionosphärenmodifikation während des Zeitraums 1970-1986 konzentrierte sich auf parametrische Instabilitäten, um Beobachtungsergebnisse zu erklären. Im Gegensatz dazu gibt es zunehmend Hinweise darauf, dass das herkömmliche Bild falsch ist und dass das ionosphärische Plasma eine hochgradig nichtlineare Entwicklung durchläuft, die in der Bildung lokalisierter Zustände starker Plasmabrennungen kulminiert. Der stark lokalisierte Zustand (oft als Caviton bezeichnet) besteht aus hochfrequenten Plasmawellen, die in selbstkonsistenten Elektronendichteverarmungen eingeschlossen sind.

 

Es ist wichtig zu erkennen, dass viele verschiedene Instabilitäten gleichzeitig im Plasma angeregt werden und dass ein Instabilitätsprozess die Entwicklung eines anderen stark beeinflussen kann. Studien der Konkurrenz zwischen ähnlichen Arten von Instabilitätsprozessen und der Wechselwirkung zwischen ungleichen Wellen-Plasma-Wechselwirkungen sind in den frühesten Stadien der Entwicklung. Es ist jedoch klar, dass der Grad, in dem eine Instabilität im Plasma angeregt wird, eine Vielzahl anderer HF-induzierter Prozesse durch HF-induzierte Pumpwellenabsorption, Änderungen in den Partikelverteilungsfunktionen und die Störung auf andere kohärent gesteuert und beeinflussen kann, die auf glatten ionosphärischen Elektronendichtegradienten beruhen. Da die Effizienz vieler Instabilitätsprozesse von dem geomagnetischen Dipwinkel abhängt, wird erwartet, dass sich die Natur des Instabilitätswettbewerbs im Plasma mit dem geomagnetischen Breitengrad ändert. Tatsächlich unterstützen Beobachtungsergebnisse diese Vorstellung stark. Folglich kann es sehr schwierig sein, die Beobachtungsergebnisse, die bei einem geomagnetischen Breitengrad zu einem anderen erhalten werden, zu extrapolieren. Darüber hinaus sind sogar an einer Versuchsstation physikalische Phänomene, die durch eine Hochleistungs-HF-Welle angeregt werden, stark abhängig von Hintergrund-Ionosphärenbedingungen. Eine klassische Illustration dieses Punktes kann in Arecibo-Beobachtungen gefunden werden, wenn lokale Elektronenenergiedissipationsraten niedrig sind. In diesem Fall überhitzt sich das Ionosphärenplasma buchstäblich aufgrund des Fehlens von effektiven Elektronenwärmeverlustprozessen.

 

Die mit diesem Phänomen einhergehende große (Faktor von vier) Erhöhung der Elektronentemperatur führt zu einer Klasse von Instabilitätsprozessen, die sich völlig von anderen unterscheidet, die unter "normalen" Bedingungen beobachtet werden, bei denen das thermische Ionosphärengleichgewicht nicht stark gestört wird. Bei ERPs größer als ein Gigawatt (größer als 90 dBW) sind ponderomotive Kräfte im Vergleich zu thermischen Kräften nicht mehr klein. Dies kann die Natur der Instabilitätsprozesse in der Ionosphäre qualitativ verändern. Experimentelle Forschung in diesem Bereich muss jedoch warten, bis solche leistungsstarke Ionosphärenheizungen entwickelt werden.

 

 

3.3. Ionosphärenprobleme mit hoher Breite

 

Die Radiowellenerwärmung der Ionosphäre in mittleren Breiten (z. B. Arecibo und Platteville) ist unter Bedingungen aufgetreten, bei denen die Hintergrund-Ionosphäre (vor dem Einschalten der Heizvorrichtung) ziemlich laminar, stabil, fest usw. war , Aurorale Breiten wie HIPAS und Tromso) ist die Hintergrund-Ionosphäre eine dynamische Einheit. Sogar die Lage der Aurora und des Elektrojets verändern sich in Abhängigkeit von Breite, Höhe und Ortszeit. Darüber hinaus kann die Hintergrund-E- und F-Region-Ionosphäre nicht laminar auf Skalengrößen von weniger als 20 km und weniger als 100 km sein. Vielmehr besteht die Möglichkeit von E-und F-Region-Unregelmäßigkeiten (mit Skalierungsgrößen von cms bis kms), die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgrund (beispielsweise) elektrostrahldynamischer Instabilitäten in der E-Region auftreten und F oder stromgetriebene Instabilitäten ausbreiten Die F-Region. Hochenergetische Teilchen, z. B. aus Sonneneruptionen, können auch zur D-Region-Strukturierung führen. Darüber hinaus kann eine Anbindung an die Magnetosphäre über die hohe Leitfähigkeit entlang von Magnetfeldlinien eine wichtige Rolle spielen. Das theoretische Verständnis von Ionosphärenheizprozessen mit hohem Breitengrad hat sich verbessert; Jedoch ist es angesichts der dynamischen Natur der Ionosphäre mit hohem Breitengrad wichtig, die Hintergrund-Ionosphäre vor dem Beginn von Erwärmungsexperimenten zu diagnostizieren. Diese Diagnosefähigkeit unterstützt die Bestimmung von Langzeitstatistiken sowie Echtzeitparametern. Während diese Diagnostik ein integraler Bestandteil der Wärmeexperimente bei Arecibo und Tromso war, wurden HF-Heizversuche bei HIPAS durch einen Mangel an ähnlicher Diagnostik stark behindert.

 

 

4. GEWÜNSCHTE HF-HEIZUNG

 

Um das breite Spektrum der in den vorangegangenen Abschnitten besprochenen Themen zu lösen, ist eine neue, einzigartige HF-Heizungsanlage erforderlich. Eine Übersicht über die erwünschten Fähigkeiten eines derartigen Heizgerätes sowie eine Diagnose, die für die Behandlung dieser Probleme erforderlich ist, sind in Tabelle 2 angegeben.

 

(Tabelle 2 in diesem Dokument nicht verfügbar)

 

 

4.1. Heizeigenschaften

 

Die Ziele für die HF-Heizung sind sehr ehrgeizig. Um eine brauchbare Einrichtung in verschiedenen Entwicklungsstadien zu haben, ist es wichtig, dass die Heizeinrichtung modular aufgebaut ist, so dass ihre effektive Strahlungsleistung auf effiziente und kostengünstige Art und Weise erhöht werden kann, wenn Ressourcen zur Verfügung stehen. Andere erwünschte Eigenschaften des HF-Heizers sind nachfolgend beschrieben.

 

 

Wirksame Strahlungsleistung (ERP)

 

 

Ein Gigawatt wirksamer Strahlungsleistung (90 dBW) stellt ein wichtiges Schwellenleistungsniveau dar, über das signifikante Wellenerzeugungs- und Elektronenbeschleunigungseffizienzen erzielt werden können und andere signifikante Heizwirkungen sind zu erwarten. Bis heute hat die Sowjetunion eine so starke HF-Heizung gebaut, die höchsten ERPs von US erreicht. Etwa ein Viertel davon. Derzeit wird ein Heizgerät in Norwegen, das vom Max-Planck-Institut in der Bundesrepublik Deutschland betrieben wird, rekonfiguriert, um 1 Gigawatt ERP bei einer einzigen HF-Frequenz bereitzustellen. Die HAARP soll letztlich einen HF-Heizer mit einem ERP gut über 1 Gigawatt (in der Größenordnung von 95-100 dBW) haben; Kurz gesagt, die mächtigste Einrichtung der Welt für die Durchführung ionosphärischer Modifikationsforschung. Hierzu sollte der beheizte Bereich im F-Bereich für Diagnosemessungen einen Mindestdurchmesser von mindestens 50 km aufweisen.

 

 

4.1.2. Frequenzbereich

 

Der gewünschte Heizer würde einen Frequenzbereich von etwa 1 MHz bis etwa 15 MHz aufweisen, wodurch ein breites Spektrum ionosphärischer Prozesse untersucht werden kann. Dies schließt die Elektron-Kreiselfrequenz ein und erlaubt Operationen unter allen erwarteten Ionosphärenbedingungen. Ein Mehrfrequenzbetrieb, der verschiedene Abschnitte der Antennenanordnung verwendet, ist ebenfalls ein wünschenswertes Merkmal. Schließlich ist eine Frequenzänderung in der Größenordnung von Millisekunden über die Bandbreite der HF-Sendeantenne erwünscht.

 

 

4.3. Scan-Fähigkeiten

 

Eine Heizung, die Abtastfähigkeiten aufweist, ist sehr wünschenswert, um die Größe der erhitzten Bereiche in der Ionosphäre zu vergrößern. Obgleich ein Abtastbereich von vertikal bis sehr schräg (etwa 10 Grad über dem Horizont) wünschenswert wäre, werden technische Erwägungen höchstwahrscheinlich den Abtastbereich auf etwa 45 Grad von der Vertikalen verengen. Die Fähigkeit einer schnellen Abtastung (Mikrosekunden-Zeitskala) in jeder Richtung ist ebenfalls sehr erwünscht.

 

 

4.1.4. Betriebsarten

 

Die Flexibilität bei der Auswahl von Heizbetriebsarten, einschließlich Dauerstrich- (CW) und gepulster Moden, ermöglicht eine breitere Palette an ionosphärischen Modifikationstechniken und -problemen.

 

 

4.1.5. Wellenpolarisation

 

Die Heizung sollte es ermöglichen, sowohl X- als auch O-Polarisationen zu übertragen, um ionosphärische Prozesse über eine Reihe von Höhen zu untersuchen.

 

 

4.1.6. Beweglichkeit beim Ändern der Heizkörperparameter

 

Die Fähigkeit, schnell die Heizparameter wie Betriebsfrequenz, Abtastwinkel und Richtung, Leistungspegel und Modulation zu ändern, ist wichtig, um Probleme wie die Vergrößerung der Größe des modifizierten Bereichs in der Ionosphäre und die Entwicklung von Techniken zur Gewährleistung der Energieversorgung zu lösen Die in der Ionosphäre erwünschten Dichten von der Heizung ohne Selbstbegrenzungseffekte einzusetzen.

 

 

4.2. Heizungsdiagnose

 

Um sowohl natürliche ionosphärische Prozesse als auch jene, die durch aktive Modifikation der Ionosphäre induziert werden, zu verstehen, ist eine angemessene Instrumentierung erforderlich, um eine breite Palette ionosphärischer Parameter auf der geeigneten zeitlichen und räumlichen Skala zu messen.

 

 

4.2.1. Inkohärente Streuung - Radareinrichtung

 

Eine Schlüsseldiagnose für diese Messungen ist eine inkohärente Scatteradaranlage, um die Mittel zur Überwachung derartiger Hintergrundplasmabedingungen wie Elektronendichten, Elektronen- und Ionentemperaturen und elektrische Felder als Funktion der Höhe bereitzustellen. Zusätzlich liefert das inkohärente Streufeladar die Möglichkeit, die Erzeugung von Plasmaströmen und die Beschleunigung von Elektronen auf hohe Energien in der Ionosphäre durch HF-Erwärmung genau zu untersuchen. Die inhärent gestreute Radaranlage, die zur Ergänzung der geplanten neuen HF-Heizung vorgesehen ist, wird derzeit in einem separaten DOD-Programm im Rahmen eines Upgrades der Poker Flat-Rakete in Alaska gefördert.

 

 

4.2.2. Weitere Diagnose

 

Die Fähigkeit, in situ-Messungen des erhitzten Bereichs in der Ionosphäre durch eine Raketen-getragene Instrumentierung zu leiten, ist ebenfalls sehr erwünscht. Andere zu verwendende Diagnostika können abhängig von der spezifischen Natur der HF-Erhitzungsexperimente, HF-Empfänger zum Nachweis von stimulierten elektromagnetischen Emissionen aus durch Wärme induzierten Turbulenzen in der Ionosphäre umfassen; HF / VHF-Radar, um die Amplituden von kurzwelligen (1-10 m) geomagnetischen feldbezogenen Unregelmäßigkeiten zu bestimmen; Um das Fluß- und Energiespektrum der beschleunigten Elektronen zu bestimmen und eine dreidimensionale Ansicht des künstlich erzeugten Luftglases in der oberen Atmosphäre zu liefern; und Szintillationsbeobachtungen, die bei der Beurteilung des Einflusses der HF-Erhitzung auf Satellitendatenstrecken und in Diagnostik großer ionosphärischer Strukturen.

 

 

 

4.2.3. Zusätzliche Diagnose für ELF-Erzeugungsexperimente

 

 

 

Diese könnten eine Kette von ELF-Empfängern umfassen, um Signalstärken in verschiedenen Abständen von der Heizeinrichtung aufzuzeichnen; Eine digitale HF-Ionosonde, um in den E- und F-Bereichen Hintergrund-Elektronendichteprofile zu bestimmen; Eine Magnetometerkette, um Änderungen im Erdmagnetfeld zu beobachten, um Ionosphärenströme mit großem Volumen und elektrische Felder zu bestimmen; Photometern, um bei der Bestimmung ionosphärischer Leitfähigkeiten zu helfen und fällende Partikel zu beobachten; Ein VLF-Sounder, um Änderungen in der D-Region der Ionosphäre zu bestimmen; Und ein Riometer, um in diesen Bereichen zusätzliche Daten bereitzustellen, insbesondere für gestörte ionosphärische Bedingungen.

 

 

4.3. HF-Heizung

 

Eines der Hauptprobleme im Rahmen des Programms ist die Erzeugung von ELF-Wellen in der Ionosphäre durch HF-Heizung. Dies erfordert das Lokalisieren des Heizgeräts, wo es starke atmosphärische Ströme gibt, entweder an einem äquatorialen Ort oder an einem Ort mit hoher Breite (auroral). Zusätzliche Faktoren, die bei der Lokalisierung des Heizgeräts zu berücksichtigen sind, umfassen andere technische (Forschungs) Bedürfnisse und Anforderungen, Umweltfragen, zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten (Immobilien), Infrastruktur und Überlegungen über die Verfügbarkeit und den Standort der Diagnostik. Der Standort der neuen HF-Heizanlage ist für Alaska, relativ nahe bei einer neuen inkohärenten Streuflotte, bereits für das Poker Flat-Raketenprogramm unter einem eigenen DOD-Programm geplant. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die HF-Heizvorrichtung so angeordnet ist, dass eine Raketenmessgeräte-Instrumentierung in den erwärmten Bereich der Ionosphäre geflossen werden kann. Der genaue Standort in Alaska für die vorgeschlagene neue HF-Heizanlage ist noch nicht festgelegt.

 

 

4.4. Geschätzte Kosten der neuen HF-Heizungsanlage

 

Es wird geschätzt, dass acht bis zehn Millionen Dollar ($ 8-10M) eine neue HF-Heizanlage mit einer effektiven Strahlungsleistung von annähernd derjenigen der derzeitigen DOD-Einrichtung (HIPAS) bereitstellen werden, jedoch mit einer beträchtlichen Verbesserung der Frequenzstabilität und der Antennen- Strahlsteuerung, Die neue Anlage wird modular aufgebaut sein, um effiziente und kostengünstige Leistungssteigerungen zu ermöglichen, da zusätzliche Mittel verfügbar werden. Die gewünschte (Weltklasse-) Anlage, die die oben beschriebenen breiten Fähigkeiten und die Flexibilität aufweist, wird in der Größenordnung von fünfundzwanzig bis dreißig Millionen Dollar ($ 25-30M) kosten.

 

 

5. PROGRAMM-TEILNEHMER

 

 

Das Programm wird gemeinsam von der Marine und der Luftwaffe geleitet. Angesichts der Vielfalt der zu behandelnden Themen ist eine erhebliche Beteiligung des Programms an anderen staatlichen Stellen (DARPA, DNA, NSF, etc.), Universitäten und privaten Auftragnehmern vorgesehen.

 

 

J. E. Smith (6 May 2006)

 

 

 

Quelle: http://www.bariumblues.com/haarp_executive_summary.htm

http://www.bariumblues.com/index.htm