Задание 3

1. Какие факторы влияют на проводимость атмосферы?

Ответ

Проводимость атмосферы зависит от множества факторов, среди которых можно выделить основные:

• состояние атмосферы,

  • ионизация атмосферы,

  • концентрация примесей,

• состояние электрического поля атмосферы,

  • эксхаляция радона,

  • космические лучи,

  • вариации потенциала электросферы.

Благодаря ионизации атмосферы растет и ее проводимость. На проводимость могут также влиять примеси, особенно аэрозоли пыли и растворов элетролита, наличие которых также увеличивает проводимость атмосферы за счет облегчения пробоя диэлектрика. На состояние электрического поля атмосферы влияют эксхаляция радона, интенсивность галактических космических лучей, фотоионизационные процессы, вариации потенциала электросферы [1, 12].

Задание 4

Радиоимпульс с частотой f Гц, направленный вертикально вверх радиоустановкой ионосферной станции, был принят назад через 210^-3 с. Определить: высоту слоя ионосферы, от которого отразился радиосигнал; концентрацию электронов в месте отражения, название этой области ионосферы; длину волны радиосигнала, отразившегося от этой области; длины волн, на которых можно осуществлять наземную радиосвязь с помощью этой области; на которых можно было бы осуществлять связь с межпланетными космическими кораблями, если в ионосфере выше области, от которой отразился радиосигнал, не имелось бы областей с более высокой концентрацией электронов.

Таблица 2

Варианты исходных данных

№ варианта	f Гц  10-5	tс  10-4
1	1,02	4,00

Решение

Найдем высоту, соответствующую слою ионосферы, от которого произошло отражение сигнала по формуле:

H = c·Δt_c/2,

где c = 3·10⁸ м/с – скорость света. Получаем:

H = 3·10⁸ м/с ×·4,00·10^-4 с/2 = 60000 м = 60,0 км.

Данной высоте соответствует область D ионосферы. Концентрация электронов на данной высоте N ~ 10¹ – 10³ см^‑3 в зависимости от времени суток [13-15].

Длина волны отраженного радиосигнала:

λ = c/f = 3·10⁸ м/с/1,02·10^‑5 с^‑1 = 2,94·10¹³ м.

Для ведения наземной радиосвязи с использованием той или иной области ионосферы необходимо, чтобы шло эффективное отражение сигнала от этой области. Для этого частота должна быть ниже максимально применимой частоты (МПЧ), определяющейся состоянием ионосферы около области рефракции и длины цикла (рисунок 2). МПЧ преломлена от области максимальной электронной плотности области. D область не позволяет всем частотам быть использованными, начиная с более низких частоты вероятно будут поглощены. Поглощающая предельная частота (ППЧ) обеспечивается как волновод к более низкому пределу диапазона частот пригодных к употреблению. На рисунке 2, если частота f меньше границы ППЧ, то излучение будет поглощено слоем D. Если излучение производится с частотой выше ЕМПЧ, то радиоволны распостраняются сквозь область Е. Если частота излучения находится выше МПЧ, то радиоволна проходит сквозь слой F [14-18].

Рисунок 2 – Диапазон частот, пригодный к использованию [16].

МПЧ может быть определена по формуле [16]:

где f_кр – критическая частота слоя,

θ – угол падения волны на ионосферный слой, N_max – максимальная концентрация электронов. При secθ = 1 и максимальной концентрация электронов N_mdx = 10³ см^‑3 = 10⁶ м^‑3 получаем МПЧ

f_МПЧ = 9∙10³ Гц

и соответствующую ей длину волны

λ_МПЧ = 3·10⁸ м/с/9·10³ с^‑1 = 3,33·10⁴ м.

ППЧ оценим по приближенной формуле [18]:

f_ППЧ ~ 0,6f_МПЧ = 5,4∙10³ Гц

и найдем соответствующую ей длину волны

λ_ППЧ = 3·10⁸ м/с/5,4·10³ с^‑1 = 5,55·10⁴ м.

Таким образом, получаем диапазон волн для ведения наземной связи

3,33·10⁴ м ≤ λ ≤ 5,55·10⁴ м.

Для ведения космической связи должно выполняться условие

f > f_МПЧ

=> λ < λ_МПЧ = 3,33·10⁴ м.

Ответ: H = 60,0 км; концентрация электронов ~ 10¹ – 10³ см^‑3; область ионосферы D; λ = 2,94·10¹³ м; длины волн для осуществления наземной радиосвязи 3,33·10⁴ – 5,55·10⁴ м; длины волн для осуществления космической радиосвязи λ < 3,33·10⁴ м.