Документ 2100570

ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 551.51
2014 № 1 (2)
[email protected]
СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРАЦИИ ИСКУССТВЕННЫХ ОСАДКОВ ДЛЯ
ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
EXISTING METHODS OF ARTIFICIAL PRECIPITATION GENERATION FOR
PREVENTION AND EXTINGUISHMENT OF FOREST FIRES
Овчинников А.О., кандидат физико-математических наук, профессор
Санкт-Петербургский институт ГПС МЧС России
Чурадаева Л.В., Уральский институт ГПС МЧС России, Екатеринбург
Ovchinnikov A.O.,
Saint-Petersburg universitу of State fire service of EMERCOM of Russia
Churadaeva L.V.,
Ural Institute of State Fire Service of Emercom of Russia, Yekaterinburg
Проведён патентный поиск и рассмотрены изобретения, способствующие активному
воздействию на облака с целью искусственного регулирования осадков. Приведено
краткое описание принципа действия изобретения и его практическое применение.
Ключевые слова: искусственные осадки; воздействие на облака.
Patent search is сarried out and the inventions are considered contributing to the active impact
on the clouds for the purpose of artificial regulation of precipitation. The brief description of the
action principle of the invention and its practical application is given in the paper.
Keywords: artificial precipitation; impact on clouds.
Лесные пожары являются мощным
природным и антропогенным фактором,
существенно изменяющим функционирование
и состояние лесов. Лесные пожары наносят
серьёзный урон экологии, экономике, а часто и
человеческие жизни оказываются под угрозой.
Для стран, где леса занимают большую
территорию, лесные пожары являются
национальной проблемой и ущерб, наносимый
экономике, исчисляется десятками и сотнями
миллионов долларов в год.
Россия по праву считается лесной
державой, на неё приходится 1/5 часть всех
лесов мира, 1/2 часть всех хвойных лесов,
леса занимают около 50% всей площади
страны и составляют 809 090 тысяч га мира.
Проблема борьбы с лесными пожарами
является одной из важнейших задач
современной науки и практической жизни.
Помимо
существующих
методов
тушения лесных пожаров полной или
частичной локализации мест возгорания
способствуют осадки. В реальной жизни
очень редко это природное явление
«приходит» на помощь в нужный момент
времени или интенсивность осадков при
выпадении над районом пожара очень мала
для его локализации. Также если говорить о
снижении
показателя
класса
пожароопасности лесов, то целесообразно
было бы проводить профилактические
меры. В связи с этим исключительную
URL: uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal
актуальность приобретает разработка и
совершенствование методов и технических
средств активных воздействий на облака с
целью искусственного регулирования осадков.
К настоящему времени в различных
географических районах мира существуют
научные
эксперименты
и
проводятся
оперативные работы по искусственному
увеличению осадков.
Попытки влиять на погоду проводились
еще в древности. Однако они носили
примитивный характер из-за низкого уровня
развития науки и культуры. Средства
воздействия на погоду искали в самых нелепых
суевериях и религиозных предрассудках. В
XIX веке существовало убеждение, якобы
сильная стрельба из пушек вызывает такое
сотрясение воздуха, что начинает идти дождь.
В качестве примера приводился Бородинский
бой. Исследования метеорологов показали, что
погода во время сражений и после них бывает
именно такая, какая должна быть в силу общих
атмосферных условий. Применяли и другой
способ: на огромных матерчатых змеях к
градовой туче поднимали большие заряды
взрывчатого вещества. Надеялись, что взрыв
расколет градины на мелкие безвредные
кусочки льда. Но и это не помогало. Вновь об
этом
заговорили
в
период
Великой
Отечественной войны. Некоторые люди
указывали, что неизмеримо возросшая мощь
боевой техники, масса взрывов увеличили
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
выпадение
осадков
на
фронтах.
Исследования
ученых
показали
необоснованность таких воззрений. В
качестве примера можно указать на
ожесточенные бои под Берлином в апреле
1945 года. На этом участке фронта была
создана необычайная плотность огня. Но
никакого дождя не было, и сквозь дым
непрерывных
взрывов
проглядывало
солнце.
За
последние
годы
учеными
предложено
несколько
возможностей
искусственного воздействия на облака с
целью
вызова
осадков.
Рассмотрим
некоторые из изобретений и патентов:
1. Метеотрон (фр. météotron) искусственный
тепловой
источник
конвекции в атмосфере, предназначенный
для создания дождевых облаков. Изобретён
французским профессором Анри Дессеном в
1961 году.
Принцип действия заключается в
создании мощного потока тёплого влажного
воздуха, направленного вертикально вверх.
В
результате
в
пространстве
над
метеотроном создаётся область пониженного
давления,
что
может
привести
к
возникновению циклона.
Впервые устройство, послужившее в
будущем основой метеотрона, было
опробовано в 1954 году в окрестностях
французского города Ланнемезан (фр.
Lannemezan). А сам метеотрон как готовое
изобретение был опробован Анри Дессеном
в 1961 году. Он представлял собой
устройство, в котором происходил нагрев
воздуха, поднимавшегося в результате
вверх. В 1967 году более совершенное
устройство было разработано в СССР. В
нём
горячий
воздух
создавался
отработавшими
свой
ресурс
турбореактивными авиадвигателями. На
рубеже 50-60-х годов XX века во Франции,
а затем и в других странах начались
эксперименты
с
так
называемыми
метеотронами,
представлявшие
собой
расставленные по полю большие бочки с
соляркой
или
мазутом,
которые
одновременно поджигали. Чуть позже
появились уже управляемые горелки,
позволявшие
менять
интенсивность
пламени на большой площади. В этих
экспериментах, от которых бы нынешние
экологи пришли в ужас, за несколько
десятков минут сжигались сотни тонн
URL: uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal
2014 № 1 (2)
нефтепродуктов,
а
тепловая
мощность
метеотронов достигала сотен тысяч и
миллионов киловатт.
Вот
пример
одного
из
подобных
экспериментов: с помощью метеотрона с
пятьюдесятью
горелками
было
создано
искусственное кучевое облако. Чтобы его
пометить, в восходящий тепловой поток был
введен аммиак в распыленном виде. Через
десять минут визуально было отмечено
выпадение осадков из облака. Через полчаса
после начала работы метеотрона в десяти
километрах от него по направлению ветра
дождь из облака пролился на землю, а еще через
некоторое время ливень достиг максимальной
интенсивности. Анализ дождевой воды показал,
что она насыщена аммиаком, а следовательно,
дождь шел из искусственно созданного облака.
Способ получения дождевого облака при
помощи огневой установки — метеотрона
интересен лишь для истории науки. Широкое
его
внедрение
недопустимо
ни
по
экономическим, ни тем более по экологическим
соображениям.
2. RU 2071243 - это изобретение относится
к активным воздействиям на атмосферные
процессы и может быть использовано для
стимулирования
механизма
осадкообразования.
У
поверхности
земли
формируют
зачерненный со стороны падения солнечного
излучения экран из теплоизоляционного
материала,
а
солнечное
излучение
концентрируют на зачерненной поверхности
экрана с помощью зеркал. Для еще большей
эффективности экран устанавливают на
удалении от земной поверхности без
соприкосновений его поверхности с земной
поверхностью. Согласно расчету тепловая
конвекция нагретого таким образом воздуха
может достичь не только уровня конденсации
содержащихся в этом воздухе водяных паров
(образование кучевого облака), но и уровня
искусственной кристаллизации облачного
конденсата (с помощью засева этого облака
льдообразующими реагентами, например порошкообразным
йодистым
серебром).
Благодаря
этому,
даже
в
условиях
тропического антициклона, образующего выше
уровня 850 гПа мощный задерживающий слой
инверсии сжатия и характеризующегося выше
этого слоя очень большой сухостью воздуха,
кучевое облако сможет приобрести (за счет
реагентной аккумуляции в этом облаке
приносимой восходящим потоком влаги)
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
вертикальное развитие, необходимое для
эволюции этого облака в дождевое с
последующим выпадением осадков.
Техническим результатом данного
изобретения является более интенсивный
нагрев приземного воздуха за счет
увеличения
удельного
количества
солнечной энергии, что достигается за счет
того, что нагрев экрана осуществляется не
только непосредственно от солнца, но еще
и дополнительно от зеркал, находящихся
около этого экрана и направляющих на него
солнечные лучи. Изобретение может быть
эффективно применено для вызывания
атмосферных осадков независимо от
атмосферной стратификации практически
во всех природных зонах от умеренных до
тропических, включая и аридные.
3. RU 2058071 – это изобретение
относится к технике искусственного
изменения
атмосферных
условий
и
наиболее
эффективно
может
быть
использовано для вызывания осадков над
заданными районами, которые подвержены
негативному влиянию засухи, для снижения
степени пожароопасности лесных массивов.
Сущность изобретения заключается в
воздействии на атмосферу над заданным
районом электромагнитным излучением,
отличающийся тем, что электромагнитное
излучение формируют в виде импульсов, а
воздействие осуществляют в момент
времени, когда заданный район оказывается
в соответствующем ему центре ночной
стороны Земли. Кроме того, воздействие
осуществляют в течение не более 80 ч.
Также
устройство
может
создавать
вихревые потоки, которые втягивают
облачность с других территорий. Такой
прибор в течение десяти дней может
вызвать дождь в любом месте.
Экспериментальное
применение
предложенного способа дистанционного
изменения погоды проведено в 1992 г. по
заявкам из разных районов России и
Казахстана (Смирнов А.Ф. Засуху можно
побеждать // Сельская жизнь. № 95 (21533)
от 15.12.92. С. 3). В результате было
установлено, что способ позволяет не
только увеличивать количество осадков над
конкретными районами площадью в
несколько миллионов гектаров, но и
получать
для
сельского
хозяйства
значительный экономический эффект от их
своевременного выпадения.
URL: uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal
2014 № 1 (2)
Выполнение изобретения предложенным
образом позволяет, во-первых, значительно
(примерно в тысячи раз) сократить затраты на
искусственное
вызывание
осадков
над
заданными районами, так как для этого
оказывается
достаточно
использовать
небольшие
по
интенсивности
электромагнитные
поля.
Во-вторых,
воздействие
является
экологически
безопасным, так как оно аналогично одному из
известных типов солнечно-земных связей. Втретьих, осадки, оказывается, возможно
вызвать даже над районами, в пределах
которых наблюдается сильная засуха, либо
лесные пожары.
4. Метод вызывания осадков лазером.
Изобретение
относится
к
технике
искусственного вызывания осадков.
Мощные короткие импульсы лазера
провоцируют
конденсацию
воды
в перенасыщенном влагой холодном воздухе.
Исследователи из трёх стран предлагают
обстреливать облака с земли ультракороткими
и сверхмощными лазерными импульсами,
настройкой параметров которых можно
добиваться их фокусировки на заданной
высоте.
Физики провели опыт с воздухом внутри
камеры. Для его обстрела они применили
инфракрасный лазер, выдающий импульсы
длительностью 60 фемтоcекунд и мощностью
3,5 тераватта. Эти импульсы влияют на
показатель преломления воздуха так, что
возникает эффект самофокусировки, который
ещё больше увеличивает поток энергии
в сердцевине пучка, вызывая ионизацию газов
и далее конденсацию воды. Её учёные
фиксировали фотосъёмкой и при помощи
рассеивания луча измерительного лазера.
В лаборатории проверялась реакция воздуха на
лазер при разных значениях относительной
влажности и температуры. Кроме того, авторы
провели тест в открытой атмосфере, показав,
что после импульсов «конденсирующего»
лазера
наблюдается
небольшое,
но
статистически
значимое
отклонение
в показаниях лидара, фиксирующего состояние
воздуха в месте эксперимента.
Ряд сторонних специалистов высказали
мысль, что авторы технологии излишне
оптимистично смотрят на переход от
некоторого
роста
конденсации
до
провоцирования
полноценных
осадков
в реальных условиях.
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
5. RU 2462026 – это изобретение
относится к метеорологии и может быть
использовано для создания облаков и
стимулирования осадков.
Восходящий
поток
воздуха
подогревают на нескольких уровнях от
нагреваемой
солнцем
зачерненной
поверхности.
Устройство
для
осуществления этого способа состоит из
нагреваемой
Солнцем
многоярусной
системы
привязных
аэростатов
с
зачерненными
баллонами.
Баллоны
располагаются
в
виде
нескольких
расположенных один над другим ярусов. На
ярусах закреплены заземленные эмиттеры
электронов,
коронирующие
в
электрическом
поле
Земли.
Высота
верхнего и нижнего ярусов, их форма,
размеры и расстояния между ними
определяются
метеоусловиями
и
поставленной задачей. Обеспечивается
более эффективное образование облаков и
стимулирование осадков.
При
этом
способе
достигается
снижение затрат энергии. Ещё одним
плюсом является то, что ни одна из
характеристик многоярусной системы не
критична и может изменяться в достаточно
широких
пределах.
В
случае
изолированных «пятен» больших городов
метод может сработать, но для этого
потребуется много, очень много аэростатов.
6. RU 2112360 – это изобретение
относится к области физики атмосферы, а
именно к физическим воздействиям на
атмосферные процессы путем воздействия
на
облака
потоков
ионизирующего
излучения.
Авторами предлагаемого изобретения
на
основе
анализа
большого
экспериментального
материала
были
сделаны следующие выводы: увеличение
интенсивности осадков достигается путем
искусственного роста потока заряженных
частиц в облаке, которые генерируются
ускорителем
элементарных
частиц,
установленным
на
борту
самолета,
облетающего облако. Облучение облака
рассеянным потоком частиц увеличивает
уровень ионизации. Это в свою очередь
приводит к усилению конденсационнокоагуляционных процессов внутри облака.
Образовавшиеся в результате ионизации
воздуха заряженной частицей ионы могут
стать центрами (ядрами) конденсации. В
URL: uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal
2014 № 1 (2)
атмосфере Земли ядра конденсации имеют
различные размеры. Ядра, имеющие размер
меньше определенного (так называемого
критического радиуса), испаряются раньше,
чем успеют вырасти до размеров водяной
капли. В случае, если ядра конденсации
заряжены, то их критический радиус
уменьшается, и, таким образом, вероятность
вырастания ядра до размеров водяной капли
увеличивается. Следовательно, повышение
уровня ионизации приводит к повышению
влаговыделения из облака.
Данный метод выгодно отличается полной
экологической безопасностью, т.к. электрон,
обладающий энергией 50 МэВ, может пройти
максимум 25 г/см2, и если облучение
происходит выше 200 м над уровнем земли, то
все избыточное излучение поглотится в
воздухе и не достигнет уровня земли.
7. Метод
стимулирования
осадков
звуковыми волнами. Изобретение относится
к технике искусственного вызывания осадков.
Сущностью
изобретения
является
антиградовая пушка, которая расположена на
поверхности
земли.
При
подаче
электрического поджига в ее камеру сгорания с
газообразным топливом образует ударную
волну, устремляющуюся со сверхзвуковой
скоростью
к
облакам.
В
процессе
распространения ударной волны происходит
генерация акустических волн, детектируемых
микрофоном. Диапазон частот соответствует
значениям, необходимым для стимулирования
осадков. Таким образом, установлено, что
ударная волна является генератором и
транспортным
средством
для
доставки
звуковых волн к облакам и осаждения дождей.
При работе антиградовой пушки в частотном
режиме было установлено выпадение осадков.
В 1960-1970 гг. стали выполняться
экспериментальные исследования в лабораторных
и натурных условиях по стимулированию осадков
акустическими
волнами,
были
получены
положительные результаты. Опыты выполнялись с
искусственным туманом в камере объемом 500
куб.м. В качестве источника звука использовался
низкочастотный звуковой генератор высокой
мощности. Звуковые волны через рупорное
устройство поступали в камеру. Исследования
продемонстрировали, что наиболее эффективно
воздействовал звук с частотой 170-200 Гц,
происходило рассеивание тумана в 20-30 раз и
изменение его микроструктуры. Измерения
выполнялись также в натурных условиях. На
расстоянии 30-40 м от источника акустических
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
волн наступало значительное изменение
облачных капель, которое происходило тем
быстрее и эффективнее, чем больше водность
тумана. Звуковое поле с этими параметрами
вызывало изменение микроструктуры облаков.
Экспериментальные исследования показали,
что с увеличением интенсивности звука его
влияние на туман возрастает. Однако
акустический способ стимулирования осадков
имеет существенный недостаток - при
распространении звука от источника излучения
уменьшается его интенсивность и вследствие
этого ослабляется воздействие на облака. Для
осаждения осадков звуком необходима сила
звука порядка 140150 децибел.
Метод
получения
искусственных
осадков ударными волнами является
актуальным и перспективным, однако
необходимы инвестиции для создания
удобной установки с отработанными
режимами ее работы, приводящими к
надежному стимулированию дождей.
8. Метод активного воздействия на
облака самолетными средствами.
Разработанная технология позволяет
осуществлять производственные работы
по оперативному увеличению осадков для
нужд лесного хозяйства при тушении
лесных и торфяных пожаров и проведению
профилактических работ по снижению
класса пожароопасности лесов.
В настоящее время для активного
воздействия на облака применяются самолетыметеолаборатории,
которые
оснащаются
необходимыми средствами внесения реагентов
в
облака,
запатентованных
в
РФ:
пиротехнический состав для вызывания
осадков (патент № 2090548 от 1997 г.),
йодистое серебро Agl, углекислота, жидкий
азот и другие реагенты, используемые для
искусственного увеличения осадков. При
введении в вершину облака реагента
2014 № 1 (2)
происходит быстрый рост кристаллов, которые по
мере их падения переходят в крупные капли дождя.
В зависимости от влагоемкости облака через 10-12
мин из него выпадают обильные осадки, которые
продолжаются в течение 40-50 мин.
К районам, где применение метода можно
считать перспективным, относятся Зауралье,
север Тюменской обл., центральная часть
Республики Саха (Якутия), побережье оз.
Байкал и Тихого океана, Амурская обл.
Технология
активного
воздействия
на облака
с лесопатрульных
самолетов
является наиболее экономически эффективной,
не требующей дополнительных финансовых
затрат, но имеющей ограничения, одним
из которых является наличие ресурсной
облачности.
И даже после многих проделанных опытов
остается открытым вечный вопрос науки:
насколько допустимо вмешательство человека
в природные процессы? Не повлияет ли на
биосферу огромное количество аэрозольных
веществ, распыленных в воздухе? А вдруг
"необращенные" ядра проскочат слой, в
котором они должны были превратиться в
ледяные кристаллы, и, вырвавшись в верхние
слои атмосферы, нарушат ее сложившуюся
структуру, продырявят ее и оставят нас
беззащитными перед солнечной радиацией? И
не получится ли, что, напоив засушливые
районы, мы иссушим другие соседние
территории?
Блестящие перспективы – это, прежде
всего, гигантская ответственность перед
наукой, природой, человеком, самой жизнью
на земле. Любая научная гипотеза должна
сопровождаться самым точным расчетом, а
любая стратегия воздействия на природные
процессы
должна
иметь
несколько
альтернативных
сценариев
и
хорошо
проверена экспериментом.
Литература
1. Банк патентов. URL: http://bankpatentov.ru/node
2. РД 52.04.628-2001.Инструкция. Порядок проведения работ по искусственному вызыванию
осадков из конвективных облаков при борьбе с лесными пожарами с борта легкомоторных
воздушных судов.
3. Разработан метод вызывания осадков лазером. URL: http:// www.membrana.ru/particle/4007
4. Сборник избранных статей ГГО им.А.И.Воейкова, 50 лет отделу физики облаков ГГО. СанктПетербург: Астерион, 2008. 512 с.
5. Искусственное вызывание осадков. URL: http://www.zemnoyklimat.ru/page/iskusstvennoevyzyvanie-osadkov
6. «Метеотрон – машина погоды» URL: http://www.bookol.ru/fantastika/nauchnaya_fantastika/20079.htm
7. Дожди по заказу. URL: http://sngdaily.ru/2010/09/09/dozhdi-po-zakazu.html
URL: uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal