Фёдоров Е.Н.
Мазур Н.Г.
Пилипенко В.А.
 Статья на сайте eLibrary

Теоретически рассмотрена возможность обнаружения электромагнитного отклика в верхней ионосфере от крупномасштабных крайне низкочастотных (КНЧ) передатчиков низкоорбитальными спутниками. В качестве примера таких мегаантенн рассмотрены передатчик «Зевс» на частоте 82 Гц и установка FENICS с выведенными из эксплуатации линиями электропередач, запитываемыми генератором на частотах 0,5-100 Гц. Численно рассчитана утечка энергии КНЧ излучения в верхнюю ионосферу от заземлённого линейного тока конечной длины, подвешенного над высокоомной земной поверхностью. Высотный профиль параметров ионосферной плазмы реконструирован с использованием модели ионосферы IRI. Основным этапом анализа проблемы является решение уравнений Максвелла в системе атмосфера-ионосфера с источником в виде горизонтального токового диполя. Проведено разбиение электромагнитного поля на потенциальную и вихревую составляющие с помощью представления через потенциалы. Данная задача лишена осевой симметрии, а потенциальная и вихревая составляющие поля в отдельности такой симметрией обладают. Этот подход позволяет разделить переменные и перейти с помощью преобразования Ганкеля к одномерной краевой задаче. Возмущение, возбуждаемое горизонтальным током конечной длины, рассчитывается путём суммирования полей горизонтальных токовых диполей, плотно расположенных вдоль линии тока. Согласно предлагаемой модели, для горизонтальных КНЧ антенн с токами 100-200 А и длиной 60-100 км амплитуды электрического отклика ночной верхней ионосферы могут достигать значений 60-70 мкВ/м.

На английском языке
Electromagnetic field in the upper ionosphere from horizontal elf ground-based transmitter with a finite length
Fedorov E.N., Mazur N.G. and Pilipenko V.A.

We consider the feasibility of detection of electromagnetic response in the upper ionosphere to ground large-scale extremely low-frequency (ELF) transmitters by low-orbiting satellites. As an example of such mega transmitters, we consider the ZEVS 82-Hz transmitter and the FENICS installation with decommissioned electric power lines driven by an 0.5-100 Hz oscillator. We numerically simulated the ELF wave energy leakage into the upper ionosphere, generated by an oscillating grounded linear current with a finite length suspended above a high-resistive ground. An altitudinal profile of the plasma parameters has been reconstructed using the ionospheric IRI model. The main step in the analysis of the problem is the solution of the Maxwell equations in the atmosphere-ionosphere system with the source in the form of a horizontal current dipole. The electromagnetic field is split into potential and vortex components using the potentials introduced. This problem is devoid of axial symmetry, but the potential and vortex components have this symmetry individually. This approach has enabled us to separate the variables and pass to a one-dimensional boundary-value problem using the Hankel transform. A perturbation excited by a horizontal current of finite length is calculated by summing the fields of horizontal current dipoles that are densely distributed along the current line. According to the model proposed, the horizontal ELF antennas with a length of 60 to 100 km driven by a 100-200 A current can provide electric response amplitudes of up to 60-70 μV/m in the upper nightside ionosphere.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_09_697