Н. Наумов, доктор физико-математических наук;
подполковник В. Никольский, кандидат технических наук;
контр-адмирал запаса С Перцев, доктор технических наук;
подполковник запаса В. Руденко, кандидат физико-математических наук

В США и других зарубежных странах с 1960-х годов проводятся исследования в интересах оценки возможности искусственного влияния на природные геофизические процессы. Работы в рассматриваемой области находятся на этапе фундаментально-поисковых и концептуальных исследований.

Под геофизическим оружием понимаются средства, способные реализовать механизм локальной активизации природных явлений, приводящий к значительным разрушениям и жертвам. В качестве таковых рассматриваются тектонические процессы (землетрясения, извержения вулканов и прочее), а также климатические явления (торнадо, ливни, засухи, заморозки, разрушение озонового слоя, наводнения, цунами и др.).

Локальное применение активного воздействия на геофизические процессы для решения конкретных боевых задач уже практиковалось в ряде военных конфликтов, в том числе американцами во время войны во Вьетнаме. Там была предпринята попытка повлиять на погоду путем засева облаков йодистым серебром, что привело к увеличению количества осадков на 30 %

В дальнейшем диапазон исследований в области активных воздействий на геофизические процессы значительно расширился. Проводимые работы были направлены на создание средств и методов активного воздействия на природные процессы, протекающие во всех земных геосферах.

В ходе исследований по созданию такого оружия было установлено, что результаты его использования могут быть сопоставимы с последствиями крупных природных катастроф либо массированного применения ЯО. Осмысление этого факта привело к введению мировым сообществом ряда ограничений на проведение подобных исследований, которые были реализованы в международных договорах и соглашениях, ограничивающих преднамеренные воздействия на геофизические среды.

Из наиболее значимых договоров следует отметить следующие: "Конвенцию о запрещении военного или иного враждебного воздействия на природную среду" (1977), "Венскую конвенцию об охране озонового слоя" (1985), "Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой" (1987) и "Рамочную конвенцию ООН об изменении климата" (1992).

Наиболее существенными способами искусственного активного воздействия на геофизические процессы являются ядерные взрывы, выбросы химических соединений и нагрев электромагнитным излучением.

Ядерные взрывы на разных высотах подрыва воздействуют на геофизическую среду при помощи различных физических механизмов. Рентгеновское, гамма- и бета-излучение от высотных ядерных взрывов приводит к созданию обширной (площадью в миллионы квадратных километров) области ионизации, существенным образом влияющей на радиосвязь практически во всех диапазонах частот. Возможно образование искусственных радиационных поясов, представляющих серьезную угрозу космическим аппаратам.

Ядерные взрывы, произведенные под землей либо в области разрыва тектонических плит, способны вызвать землетрясения, цунами и т. п. После проведения ядерных взрывов возможно локальное интенсивное выпадение осадков, возникновение пожаров и сильных ветров. Вызванные применением ЯО последствия исследуются с момента его появление.

В настоящее время отработан и опробован ряд химически активных веществ (например, йодистое серебро, твердая углекислота), которые, будучи рассеяны в облаках, способны вызывать проливные дожди на больших площадях или (например, пропан, углекислота, йодистый свинец) обеспечивают рассеяние туманов. Распыление этих веществ может осуществляться с помощью наземных генераторов и бортовых устройств, устанавливаемых на самолетах и ракетах. Такое воздействие способно приводить к уменьшению дальности действия радиолокационных, инфракрасных и оптико-электронных систем наведения, используемых в современном высокоточном оружии (ВТО) и авиации, значительно понижая эффективность его применения.

Описанное воздействие является локальным и может использоваться для обеспечения повседневной деятельности войск, боевого применения авиации и ВТО воздушного базирования, а также для пространственного изш$~ нения тактических свойств местности за счет перераспределения осадков в интересах изменения условий ее проходимости.

Таким образом, практически уже созданное геофизическое средство воздействия на атмосферу может быть использовано в первую очередь для противодействия широко применяемому в последнее время высокоточному оружию, средствам связи (РЭБ), навигации, загоризонтной радиолокации, космическим аппаратам навигационного обеспечения.

С развитием космических технологий за рубежом, прежде всего в США, были развернуты широкомасштабные исследования с применением геофизических и суборбитальных ракет, направленные на изучение верхней атмосферы и создание новых способов измерения геофизической обстановки, в том числе для решения как наступательных, так и оборонительных задач. С помощью таких комплексов можно организовать доставку специальных химических соединений для модификации ионосферы.

В Соединенных Штатах основным заказчиком работ в области специальных исследований с помощью геофизических и суборбитальных ракет является Пентагон, Аналогичные мероприятия ведутся также во Франции, Великобритании, Испании, Норвегии, Канаде, Бразилии и Японии.

К наиболее значимым с военно-прикладной точки зрения можно отнести программы и эксперименты: Charged Aerosol Release Experiment (CARE) - эксперимент по выбросу заряженного аэрозоля на высоту до 2 500 км; "Северная звезда" на Аляске; "Флаксус" и другие, выполненные в США с использованием геофизических и суборбитальных ракет, высота подъема полезного груза которых составляет 300-360 км, в том числе на Аляске, где располагались радионагревные стенды (РНС) HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program) и HIPAS (High Power Auroral Simulation). Проведение исследований на РНС HIPAS было прекращено в декабре 2009 года, до 2010-го оборудование обсерватории было законсервировано, а в последующем аппаратура и технические здания стенда демонтированы.

Целью эксперимента "Северная звезда" было исследование взаимодействия струи ионизированного алюминия с окружающим пространством. Плазменные струи инжектировались в ионосферу на высотах 280 и 360 км. Процесс взаимодействия плазмы с воздушным облаком и окружающей средой изучался с использованием диагностических инструментов, установленных на отделяемых от ракеты контейнерах, и оптической аппаратуры спутникового и наземного базирования. Проведенные эксперименты были направлены на разработку активных методов управления свойствами ионосферы Земли путем создания в ней областей с заданными механическими и электрофизическими характеристиками.

HAARP

В рамках исследований активных воздействий на геофизические процессы в разных странах неоднократно проводились эксперименты по созданию в ионосфере искусственных плазменных образований. Их эволюция может способствовать генерации потоков заряженных частиц, локальных токовых систем и магнитогидродинамических возмущений. Активно воздействуют на геофизические процессы также выбросы химических плазмогасящих веществ, инжекция в ионосферу потоков заряженных частиц, лазерного излучения.

Удачная реализация экспериментов с выбросами плазменных образований может способствовать решению ряда задач, таких как воздействие на каналы передачи команд, управления, связи и разведки; изменение фоноцелевой обстановки в заданном районе и обеспечение скрытности образцов вооружения и Антенная система радионагретого стенда SPEAR (о. Шпицберген) военной техники; создание помех средствам противоракетной обороны.

В развитых странах в последние годы значительное внимание уделяется исследованию воздействия на ионосферу мощного коротковолнового радиоизлучения нагревных стендов, что подтверждают масштабы финансирования. Эти установки разогревают ионосферные электроны направленным близко к вертикали радиоизлучением, вызывая различные нелинейные процессы в ионосфере и магнитосфере Земли. В исследовании активных воздействий на ионосферу используются также системы передатчиков для волн очень низкой частоты (ОНЧ-волн), при помощи которых возможно инициировать высыпание высокоэнергетичных электронов из радиационных поясов Земли с целью воздействия на космические системы связи и навигации.

Радионагревные стенды рассматриваются за рубежом в качестве одного из важных элементов национальной лабораторно-полигонной инфраструктуры для проведения широкого спектра экспериментальных исследований фундаментального и прикладного характера, в том числе в интересах оценки возможности создания геофизического оружия. По оценкам западных экспертов, при успешном ходе этих экспериментов появится научно-технический задел, который может быть использован в военно-прикладных целях для создания перспективных технологий в области средств связи, разведки, радиоэлектронной борьбы, а также новых, более эффективных способов радиационной защиты космических аппаратов.

Сегодня эксперименты по изменению ионосферы проводятся в основном на стендах HAARP, "Еискат" (EISCAT) в Тромсё (Норвегия), которые расположены в приполярных областях, или в области так называемой авроральной ионосферы, где эффекты взаимодействия магнитосферы с солнечным ветром проявляются наиболее ярко. К указанным станциям можно добавить стенд SPEAR на о. Шпицберген, расположенный в области полярной шапки, и радиотелескоп/РЛС "Аресибо" в Пуэрто-Рико. По некоторым источникам, последний эксперимент на РНС SPEAR был проведен в период с 13 по 24 ноября 2013 года, после чего работы были прекращены на неопределенное время.

Наиболее мощными и совершенными в техническом отношении являются нагревные стенды HAARP на Аляске и "Еискат" в Норвегии. Эти стенды обладают высокой эффективной мощностью излучения, широким диапазоном частот "нагрева", возможностью излучения в различных режимах, включая непрерывное, импульсное и амплитудно-модулированное с частотой модуляции от крайне низкочастотного до очень низкочастотного (КНЧ-ОНЧ) диапазона, возможностью сканирования луча.

Для регистрации эффектов, возникающих при воздействии мощного коротковолнового радиоизлучения на ионосферу, созданы и используются измерительные комплексы, включающие ионозонды и магнетометры наземного и космического базирования, стационарные радиолокационные станции различного типа, посты оптического наблюдения.

Одним из основных средств оценки влияния радиоизлучений КВ-диапазона являются РЛС некогерентного рассеяния. В последние годы развернуто несколько типов таких станций, преимущественно в северных приполярных широтах: "Муир" (МUIR-Modular UHF Incoherent Radar) и "Амиср" (AMISR - Advanced Modular Incoherent Scatter Radar).

Станция "Муир", как и ряд других, с 2005 года работает в непосредственной близости от комплекса HAARP и предназначена для оценки влияния на ионосферу КВ-радиоизлучения данного комплекса и сбора данных о состоянии магнитосферы.

Расширенный вариант станции "Муир" - РЛС некогерентного рассеяния "Амиср", представляющая собой ФАР модульной конструкции, развернута в северных широтах США и Канады (всего две РЛС). Радиолокационная станция, подобная "Муир", с 2004 года начала работу в Перу (Джикамарка).

Таким образом, создана сеть РЛС некогерентного рассеяния, позволяющая оценивать состояние ионосферы на обширной территории - от о. Гренландия до штата Аляска в полярных широтах.

Мощность радиопередатчиков комплекса HAARP после модернизации в 2006 году составляет 3,6 МВт. Следует отметить, что HAARP является совместным проектом научно-исследовательских лабораторий ВМС и ВВС США, а также университета штата Аляска и управления перспективных исследований МО США (DARPA).

В последнее время за рубежом активно обсуждается возможность воздействия на экваториальную ионосферу с помощью нагревных стендов, а также создания мобильного варианта стенда морского базирования на нефтяной платформе. Такое развитие экспериментальной базы основано на предположении, что преобразование ионосферы над экватором может оказаться более эффективным, чем в районе полюсов, что позволит обеспечить глобальный охват Земли в области КНЧ- и ОНЧ-радиопередач и более значительный нагрев на больших высотах для инициирования воздействия на заряженные частицы радиационных поясов Зедри.

Прохождение мощного КВ-радиоизлучения через ионосферу сопровождается рядом нелинейных процессов, связанных с нагревом многокомпонентной плазмы в поле на-гревной волны и магнитном поле Земли и приводящих к ее изменению. В результате в ионосфере возникает низкочастотное электромагнитное излучение и свечение, а также формируются различные по величине неоднородности, которые могут служить основой для создания отражающих "экранов". Вторичное КНЧ-ОНЧ-излучение может попадать в волноводные каналы между Землей и ионосферой, а также между слоями ионосферы и выходить в магнитосферу вдоль линий магнитного поля Земли.

Возникающие в ионосфере явления очень разнообразны и в настоящее время полностью не изучены, что обусловлено сложностью протекающих там нелинейных процессов, сильной их зависимостью от природных факторов и высокой стоимостью проведения натурных опытов и измерений. Активные воздействия на ионосферу при помощи радиоизлучения рассматриваются как альтернатива воздействию проникающих излучений высотных ядерных взрывов и возможное эффективное средство воздействия на различные каналы радиосвязи и ионосферно-магнитосферные процессы. В перспективе разработанные подходы могут быть применены при создании перспективных видов вооружения.

Остановимся на основных физических эффектах, связанных с работой нагрев-ных стендов и представляющих интерес с военно-прикладной точки зрения.

В ионосфере на высотах 70-130 км протекают геостационарные токи, связанные в высоких широтах с постоянным электрическим полем, а в средних и низких - с увлечением плотности электронов и ионов ветровым движением нейтральных молекул. В результате воздействия мощного модулированного радиоизлучения нагревного стенда на плазму изменяется температура и концентрация заряженных частиц.

Это приводит к вариации электронной и ионной проводимости, то есть к модуляции протекающих в возмущенной области квазистационарных токов, которые и являются источником низкочастотного излучения. Последний располагается в нижней ионосфере и может служить для запитки искусственно создаваемого "волновода" между землей и ионосферой, между слоями ионосферы, а также магнитосферного "волновода".

Изучение особенностей нагрева нижней ионосферы показывает, что диапазон излучаемых частот такого источника простирается от единиц Гц до десятка кГц и совпадает с частотой модуляции коротковолнового излучения нагревного стенда. При выборе частоты модуляции, соответствующей КНЧ-ОНЧ-диапазону, может быть реализован канал сверхдальней связи с подводными лодками или подземное зондирование заглубленных объектов, поскольку электромагнитное излучение низкой частоты обладает достаточной проникающей способностью.

Еще один аспект заключается в том, что низкочастотное радиоизлучение способно воздействовать на человека, поскольку частоты электрической активности его головного мозга совпадают с областью частот, на которых возбуждаются шумановские и альфеновские резонансы, как раз и лежащие в области низких частот, генерируемых ионосферным источником.

Использование радионагревных стендов в этом направлении обсуждалось в литературе, однако анализ результатов медицинских исследований с привязкой к характеристикам нагревных стендов не дает четкого ответа о возможности т их помощью осуществлять десинхронизацию биоритмов человека, а также модификацию психики и поведения людей на облучаемой территории. Возможность технической реализации таких подходов на сегодня отсутствует по ряду причин: направленность излучения, недостаточная подводимая мощность и др.

Генерируемое с помощью стенда низкочастотное излучение проникает в магнитосферу в том числе по создаваемому при нагреве ионосферы каналу, что может привести к высыпанию заряженных частиц из радиационных поясов, то есть к их очистке. Это обусловлено тем, что при взаимодействии заряженных частиц С низкочастотными электромагнитными волнами изменяется вектор направлености их скорости, вследствие чего частицы попадают в плотные слои атмосферы, где, сталкиваясь с молекулами, быстро теряют энергию и уже не возвращаются в магнитосферу.

Таким образом, с помощью стенда может быть реализована искусственная "очистка" радиационных поясов от частиц, инжектированных туда при ядерных взрывах. Другим аспектом этого эффекта является "триггерный" механизм высвобождения энергии, то есть резкое увеличение высыпания в атмосферу высокоэнергетических частиц, образующихся при вспышках на Солнце, что может иметь климатические последствия.

Основываясь на результатах математического моделирования нагрева ионосферы высокочастотным излучением, американские специалисты считают, что используемые в настоящее время нагревные стенды тала HAARP вплотную приблизились к возможностям реализации ряда военно-прикладных эффектов. Эти эффекты могут проявляться в нарушении штатного функционирования радиоэлектронных и радиотехнических систем вероятного противника, в том числе систем радиосвязи, навигации, предупреждения о ракетно-ядерном нападении и воздушно-космической обороны, бортовых систем низкоорбитальных космических аппаратов.

Кроме того, могут быть созданы и реализованы технологии, обеспечивающие:
- работу каналов скрытой и сверхскрытой направленной связи в KB- и УКВ-диапазонах;
- связь в КНЧ/СНЧ-диапазонах с подводными лодками в погруженном состоянии;
- загоризонтную радиоразведку и пеленгование;
- обнаружение заглубленных и подводных объектов стратегического назначения;
- очистку радиационных поясов от высокоэнергетических частиц.

С одной стороны, исследование последствий активных воздействий на природную среду привело к пониманию ряда физических процессов, способных влиять на распространение радиоволн в широком диапазоне частот, создавать различного рода помехи и моделировать ряд геофизических эффектов. С другой стороны, они способствовали созданию в ряде зарубежных стран и, прежде всего в США, глобальной системы мониторинга крупномасштабных природных явлений, которая совместно с системой прогнозирования позволяет анализировать и использовать геофизическую информацию как в гражданских, так и военных целях.

В условиях интенсификации глобального изменения климата, термического и водного режимов планеты, повышения уровня Мирового океана прогнозирование возможных последствий происходящих природных процессов приобретает все большее значение. Такое прогнозирование позволит уменьшить материальные потери от воздействия изменения климата и стихийных бедствий, а также в полном объеме использовать открывающиеся возможности, связанные, например, с возрастанием доступности новых источников углеводородного сырья в "растаявшей" западной Арктике или с использованием Северного морскоро пути. Как известно, стратегические интересы США уже в настоящее время корректируются с учетом последствий изменения климата.

Создаваемая глобальная система мониторинга геофизической информации включает в себя космический, авиационный и наземный компоненты. Примером элемента глобальной системы мониторинга может служить международная геодинамическая сеть GPS-приемников. Практически все страны наращивают плотность покрытия наземными GPS-станциями. Особенно бурное развитие таких средств наблюдается в США, Японии, европейских странах, Китае, Австралии и даже Латинской Америке.

В настоящее время спутниковая навигационная система широко применяется для проведения геофизических измерений, мониторинга геодинамических процессов и процессов в околоземном космическом пространстве. Непрерывный мониторинг состояния ионосферы требуется для внесения коррекции и обеспечения системы точного позиционирования, выработки предупреждений о возможных опасных явлениях в околоземном космическом пространстве, прогнозирования погоды и климата, повышения точности определения различных техногенных воздействий от запусков ракет, взрывов, проведения подземных испытаний ядерного оружия.

Еще одним из сегментов глобальной системы мониторинга,' направленной на обнаружение и изучение ионосферных неоднородностей, в том числе создаваемых нагревными стендами, является сеть SuperDARN (Super Dual Auroral Radar Network). Радиолокационные станции этой сети работают в декаметровом диапазоне длин волн; каждый из них имеет большой сектор обзора (50° по азимуту и до 5000 км по дальности). Основная задача SuperDARN - одновременное определение расположения ионосферных неоднородностей и измерение их скоростей. Полученные данные позволяют в автоматическом режиме с разрешением 1 мин определить глобальное распределение ионосферной конвекции и критической частоты F-слоя.

Другой пример информационной геофизической сети - это службы прогноза космической погоды, например американская SWPC (Space Weather Prediction Center) и европейская SIDC (Solar Influence Data Analysis Center). Значимость этих служб обусловлена тем, что инициированные магнитными бурями эффекты оказывают заметное влияние на работу средств навигации и радиосвязь. Прогноз космической погоды позволяет минимизировать негативные последствия магнитных бурь.

Существующие методы активного воздействия на геофизическую обстановку, за исключением яде|рных взрывов, имеют гораздо меньшую энергетику, чем геофизические возмущения естественного происхождения. Например, возмущения магнитного поля Земли во время магнитных бурь в десятки раз превышают те, что удалось создать в настоящее время с помощью нагревных стендов. Вот почему основной идеей, которой руководствуются зарубежные специалисты при разработке новых технологий создания геофизического оружия, является использование резонансных и триггерных явлений. Это означает активизацию естественных природных процессов с высвобождением их большой внутренней энергии посредством гораздо менее мощного воздействия на геофизическую обстановку.

В последнее время отмечается значительное увеличение интенсивности исследований в области активного воздействия на геофизические процессы в различных средах. Большая часть этих исследований носит закрытый характер. Однако на современном уровне развития технологий представляется маловероятным создание геофизического оружия, способного оказать глобальное воздействие на население и инфраструктуру государств, а также оценить техническую возможность разработки перспективных средств (оружия), связанных с искусственным влиянием на ионосферу (магнитное поле Земли).

Вместе с тем нельзя исключать, что по аналогии с прогнозом космической погоды в ходе проводимых геофизических исследований могут быть разработаны эффективные методы прогнозирования других природных аномалий и катаклизмов. Очевидно, что заблаговременная информация о предстоящей неблагоприятной геофизической обстановке может быть использована в военных целях, что говорит об актуальности задачи геофизического обеспечения деятельности вооруженных сил.

Зарубежное военное обозрение. - 2014. - №1. - С. 24-31