способ создания искусственного облака

описание изобретения

область применения.

предлагаемое изобретение относится к методам активного воздействия на атмосферные процессы (A01G1/00) и может быть использовано для создания искусственной тени на открытых участках земной поверхности, подвергающихся избыточному воздействию солнечных лучей, в частности для уменьшения ультрафиолетового облучения людей, животных и сельскохозяйственных угодий, для улучшения условий быта, труда и отдыха населения в жарких климатических зонах.

уровень техники.

известны способы создания искусственных облаков в верхней части атмосферы с использованием пара, конденсата воды и пониженной температуры воздуха на этих высотах, например, способ, описанный в патенте китая CNl 335054 от 13.02.2002 года «Artificial сlоud mаkiпg method» автора ваi Yiпg,, основанный на использовании эффекта трубы, по которой менее охлажденный воздух из нижней части атмосферы с более высоким давлением поступает (или закачивается) в зону верхней части атмосферы с более низкой температурой и пониженным давлением, где, далее, происходит выделение конденсата воды, который при замерзании превращается в облако. недостатками указанного способа является ограниченный диапазон использования и сложность применения на практике для воздействия на климатические условия, так как для покрытия достаточной по размеру площади неба искусственными облаками потребуется сооружение большого количества гигантских труб, по которым должен прокачиваться воздух из нижних слоев атмосферы к верхним. затратность инженерного воплощения подобного проекта на практике (из-за размеров сооружения), ставит под сомнение возможность внедрения и экономическую целесообразность внедрения такого изобретения.

наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ создания искусственных облаков с использованием пара, конденсата воды, реагентов и пониженной температуры воздуха верхних слоев атмосферы,

включающий доставку летательным аппаратом на заданную высоту емкости с жидкостью и реагентов и затем их распыление для активизации образования облачности, см. «Cпocoб создания искусственного облака в верхней атмосфере земли и устройство для его осуществления)), описанные в патенте RU2007070, при этом, распыление реагента осуществляют путем одномоментного воздействия в замкнутом объеме на реагент импульсом равновеликих встречно направленных сил, с обеспечением преимущественной возможности распыления реагента в плоскости, перпендикулярной направлению действия этих сил.

недостатком указанного способа являются ограниченный диапазон его применения в основном, для научных целей и визуальных исследований явлений в атмосфере, путем создания, например, искусственных светящихся облаков. эти облака невозможно использовать для создания устойчивой тени на поверхности земли, чтобы защитить людей, животных и сельскохозяйственные угодия от солнечного излучения, поскольку нахождение такого облака над затененной территорией будет краткосрочным, вследствие действия ветров в верхней части атмосферы, облако будет перемещаться с высокой скоростью от первоначального места своего создания и будет унесено ветром за границы затеняемой территории.

целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона применения способа искусственного создания облаков для получения устойчивой тени над заданной территорией и защита природы, людей и сельскохозяйственных угодий от пагубного воздействия прямого солнечного излучения.

технический результат, который достигается при использовании заявленного изобретения, состоит в обеспечении возможности использовать облака для получения устойчивой искусственной тени, позволяющей защищать людей, животных и сельскохозяйственные угодья от пагубного воздействия избыточной солнечной радиации на заданной территории в течение заданного периода.

сущность изобретения

заявленный технический результат достигается за счет того, что способ создания искусственного облака, характеризующийся активным воздействием в верхних слоях атмосферы на атмосферные процессы с использованием водяного пара, реагентов, путем

их доставки на заданную высоту летательным аппаратом и последующего распыления, отличается тем, что на начальном этапе производят измерение скорости и направления ветра в верхних слоях тропосферы над земной поверхностью подлежащей затемнению, затем летательным аппаратом доставляют воду и реагенты в определенное место в атмосфере, расположенное с наветренной стороны над затеняемой территорией и начинают непрерывный выброс воды или водяного пара смешанного с реагентом или без реагента в атмосферу при продолжении полета летательного аппарата по замкнутому маршруту эллипсоидной или круговой, или иной рациональной формы траектории в плоскости, расположенной под углом α к горизонту и/или направлению ветра, причем α принимает значение от 0 до 70 градусов.

коррекцию маршрута летательного аппарата в его активной фазе относительно затеняемой территории осуществляют с учетом месторасположения солнца, изменения направления и скорости ветра на высотах наиболее продуктивного использования водяного пара, кристаллизующего реагента и расхода топлива летательного аппарата, рассчитанных с учетом высоты нахождения границы между тропосферой и тропопаузой для географических координат территории, подвергающейся искусственному затенению.

непрерывность затенения территории в течение дня, обеспечивают конвейерным использованием группы летательных аппаратов, доставляющих воду и реагенты в зону образования искусственного облака.

отличительными особенностями предлагаемого изобретения является то, что вначале измеряют скорость и определяют направление ветра в верхних слоях тропосферы над земной поверхностью подлежащей затемнению, затем, доставляют воду и реагенты в определенное место в атмосфере, расположенное с наветренной стороны на расстоянии, зависящем от скорости ветра и ожидаемого времени начального появления облака над затеняемой территорией и начинают непрерывный выброс воды или водяного пара смешанного с реагентом или без реагента в атмосферу при продолжении полета летательного аппарата по замкнутому маршруту эллипсоидной или круговой, или иной рациональной формы траектории в плоскости, расположенной под углом α к горизонту и направлению ветра, причем α принимает значение от 0 до 70 градусов. диапазон значений угла α от 0 до 70 градусов обусловлен тем, что выбор значения угла α зависит от того, как должен совершать полет по замкнутому маршруту летальный аппарат. если ветер сильный или требуется экономить топливо, летальному аппарату

ставят задачу совершать полет в пределах малого угла или вообще равного 0. если ветер слабый и/или стоит задача создать толстое слоистое облако, угол α выбирают большим - примерно от 45 до 70 градусов. больший угол α нецелесообразен в виду ограничений технических возможностей летальных аппаратов по набору большого угла высоты. топливо в таком режиме полета расходуется очень быстро, облако быстро распадается в виду большого перепада высот между верхней и нижней точкой облака и создание и поддержание облака длительное время станет невыгодным и сложно осуществимым. коррекция маршрута летательного аппарата в его активной фазе относительно затеняемой территории осуществляется с учетом месторасположения солнца, изменения направления и скорости ветра на высотах наиболее продуктивного использования водяного пара, кристаллизующего реагента и расхода топлива летательного аппарата, рассчитанных с учетом высоты нахождения границы между тропосферой и тропопаузой для географических координат территории, подвергающейся искусственному затенению. непрерывность затенения территории в течение дня, обеспечивается конвейерным использованием группы летательных аппаратов, доставляющих воду и реагенты в зону образования искусственного облака.

для реализации предложенного способа необходимо выполнить несколько процедур. пример практической реализации способа проиллюстрирован изображением на фиг.1. применение способа, по схеме на фиг. 1, осуществляется следующим образом. летательный аппарат (1), укомплектованный соответствующим оборудованием, включающим в себя емкость с водой, парогенератор или устройство для увлажнения реактивных струй этого самолета, емкость с реагентом и систему управления сжиганием пиротехнического компонента диспергирующего жидкий или пастообразный кристаллизующий реагент, например, AgI, поднимают в зону работы, на высоту, наиболее продуктивной реализации предлагаемого способа.

предварительно на высотах предполагаемой работы в районе верхней тропосферы измеряют скорость и направление ветра, и в зависимости от этих параметров, вода и реагент доставляются летательным аппаратом в зону наиболее продуктивного их использования в верхних слоях тропосферы на расчетное расстояние от затеняемой территории с ее наветренной стороны.

расчет расстояния доставки названных компонентов против ветра от затеняемой территории осуществляется простьм методом, исходя из требуемого времени начала процесса затенения территории и измеренной скорости ветра. например, при скорости

ветра 60 км/час доставка компонентов на 60 км против ветра в сторону от территории затенения - обеспечит появление над ней искусственного облака через час, от начала рабочей фазы полета летательного аппарата-носителя.

отлетев на заданное расстояние от территории затенения, летательный аппарат (1) ^% начинает полет по замкнутому маршруту (2) эллипсоидной или иной рациональной формы траектории в плоскости, расположенной под небольшим углом α к горизонту (4) и направлению ветра (3). в рабочей фазе реализации способа, на установленном расстоянии от затеняемой территории с наветренной стороны, с борта летательного аппарата (1) - носителя осуществляют непрерывный сброс и распыление водяного пара и реагента или просто пара в атмосферу по всей траектории полета (2). непрерывное распыление пара и реагента приводит к образованию облачного шлейфа (5) (возникающего вдоль траектории полета летательного аппарата), который смещается в воздухе по ветру в направлении к территории затенения (6). шлейф (5) образуется в результате сублимации (кристаллизации) выбрасываемого в атмосферу пара на аэрозолях (центрах кристаллизации) выхлопных газов авиадвигателей и специальных центрах кристаллизации - микрочастицах кристаллизующих реагентов. сублимация, представляющая собой фазовый переход воды из газообразного состояния сразу в твердое (без жидкой фазы), то есть, образование (на центрах кристаллизации) твердых облачных элементов в виде снежинок и других форм, будет происходить в связи с тем, что на этих высотах образования облаков (как естественных, так и искусственных), температура воздуха достигает от —70 до —80 град. цельсия и ниже. в этих условиях облака могут состоять только из указанных твердых элементов. эти облака не испаряются. их разрушение происходит исключительно под действием атмосферной турбуленции.

при реализации предлагаемого способа образования искусственных облаков, вышеописанные твердые облачные элементы (в указанных условиях) объединяются в облачный шлейф (5), тянущийся вслед за летательным аппаратом (1), представляющий собой по форме сплющенную спираль (2). далее, эти твердые облачные элементы под действием реактивных струй, ветра (3) и атмосферной турбулентности разлетаются в стороны и сокращают просветы между витками спирали шлейфа до полного их (просветов) исчезновения, когда шлейф (5), перемещенный ветром, достигает территории затенения (6). над этой территорией, спиралевидный шлейф примет форму

«cплющeннoгo цилиндpa», который и образует требуемую устойчивую искусственную тень (6), накрывающую земную поверхность.

коррекция рабочего полета летательного аппарата-носителя, то есть, изменения его маршрута, угла наклона эллипсоидной (или иной замкнутой) траектории, географической ориентации полета, высоты проведения выброса пара и реагентов в атмосферу относительно затеняемой территории, осуществляется с учетом местоположения солнца (7) и изменения параметров ветра (3). наиболее эффективной с точки зрения расхода пара и реагентов, а также, использования авиатоплива является рабочая высота на границе между тропосферой и тропопаузой, которая в различных географических широтах определяется известным расчетным путем. однако, в случае очень большой скорости ветра на этой границе (струйные течения), высота активной фазы полета может быть снижена до уровня верхних слоев тропосферы с приемлемой скоростью ветра, где в то же время, расход рабочих компонентов — авиатоплива, воды и реагентов, будет оставаться в пределах экономической целесообразности. если грузоподъемность и время нахождения в рабочей фазе полета летательного аппарата — носителя (при непрерывном выбросе выше названных компонентов) во время создания искусственных облаков окажутся не достаточными для обеспечения требуемой дневной продолжительности искусственного затенения территории, тогда может быть применено конвейерное использование группы летательных аппаратов-носителей для дополнительной доставки воды и реагентов и сохранения непрерывности процесса затенения.

рассмотрим конкретный пример применения способа создания искусственной облачности в реальных условиях имевших место, например, 1 июля 2001 года над территорией саудовской аравии с широтой 26,44 и долготой 49,81 градусов, в 11 часов утра, когда температура воздуха у земли составляла 42 градуса по цельсию. реактивный самолет Cу-27 с характеристиками полезной нагрузки 6 тонн и потолком подъема до 18 км на высоте границы между тропосферой и тропопаузой составляющей в этом регионе планеты 17609 метров, совершает полет по эллипсоидной замкнутой траектории (2), изображенной на фиг. 1. при низкой температуре за бортом самолета равной - 83 градуса по цельсию, для фазового перехода водяного пара в процессе сублимации на ядрах кристаллизации в аэрозоле, под выхлопами двигателя и влиянием кристаллизующих реагентов, для создания облака размером 12,5 кубических метров потребуется не более 0,01 грамма водяного пара.

поэтому, распыление в воздухе 6 тонн воды, предварительно превращенной в пар смешанный с реагентом, на границе между тропосферой и тропопаузой, в этих условиях превратиться в облако размером 7 500 000 000 кубических метров (7,5 куб. км)! для обеспечения непрерывного процесса затенения территории в течение 6 часов во время самого жаркого времени дня с 11.00 до 17.00 понадобится 4 самолета-вылета по 1,5 часа летного времени, что будет обеспечено двумя самолетами марки Cу-27 в конвейерном режиме полета с дозаправкой морской водой и топливом. предлагаемый способ воздействия на атмосферные процессы, позволит существенно изменить в положительную сторону условия жизни людей и ведения сельского хозяйства без каких-либо экологически вредных последствий, так как распыление водяного пара и безвредных реагентов, создающих искусственное облако, приведет в дальнейшем к полному рассеянию облака, пролетевшего по ветру над затеняемой территорией без появления осадков.

этот способ может быть рекомендован для защиты сельскохозяйственных угодий, населенных пунктов, туристических объектов и т.д. от пагубного действия жары в летнее время, когда высокая температура воздуха приводит к массе негативных последствий: от появления засухи и полного выгорания растений до образования факторов риска заболеваний человека, вызванных избытком солнечной радиации. применение способа позволит спасти здоровье людям, например, вынужденно находящимся под открытым небом во время сорокоградусной и более жары, существенно продлить туристические сезоны на курортах с жарким климатом, сэкономить электрическую энергию, за счет снижения ее потребления системами вентиляции и кондиционирования.

предлагаемый способ создания искусственного облака будет востребован и найдет применение в странах, расположенных в субтропических и тропических зонах земли для ослабления негативных последствий вызываемых избыточным солнцем.