3.2.1. Естественные процессы в ионосфере

Наблюдения показывают, что ионосфера находится в состоянии постоянного и сложного движения.

В нижней ионосфере заряжённые ионизированные частицы движутся вместе с незаряжёнными (ионосферный ветер), движение их происходит под действием барического градиента.

На более высоких уровнях движение ионов происходит по преимуществу независимо от движения незаряжённых частиц и в значительной степени определяется земным магнитным полем (ионосферный дрейф) и электрическим полем Земли.

В ионосфере наблюдаются и приливные явления.

Кроме того, электромагнетизм ионосферы во многом определяет климатические режимы, что выяснилось лишь в последние десятилетия, когда изучение ионосферы повелось космическими аппаратами.

3.2.2. Антропогенные электромагнитные воздействия на ионосферу

Из всех способов потребления электроэнергии особо выделяются энергозатраты на радиосвязь и СВЧ-печи (только в США работает более 20 млн. передатчиков и 8 млн. СВЧ-печей).

Электрозатраты на радиосвязь превратили Землю в мощный источник радиоизлучения (светимость нашей планеты в радиодиапазоне ярче Солнца), возрастающий поток электромагнитной энергии вверх приходится на ионосферу. Немалая часть этой энергии не отражается, а концентрируется в ионосфере, вызывая её дополнительные локальные разогревы. Эти разогревы электронного газа ионосферы снижают электронную концентрацию в области главного ионосферного максимума путём ускорения процессов, рекомбинации (между ионами О⁺и молекулами N₂) и понижением электронной концентрации. При этом происходит не только резкое изменение естественных режимов состояния ионосферы (со всеми известными, а зачастую и неизвестными последствиями), но и нарушение радиосвязи за счёт антропогенных разогревов взонах интенсивных радиотрасс.

Происходит «всплывание» электромагнитной энергии с линий высоковольтных электропередач. Токи промышленной частоты (50–60 Гц) генерируют низкочастотные электромагнитные волны, которые сильно поглощаются грунтом и преобразуют условия существования естественных электрических полей (особенно в городах).

Эта «подзарядка» грунтов имеет громадное значение в местах особых тектоно-физических условий, где локализуются возможности для вертикального энергоперетока. Имеются случаи, когда на участке с аномальной глубинной электропроводностью горных пород и при очень сильном геомагнитном возмущении потеря напряжения па ЛЭП достигает 100%.

Радиотехнические воздействия имеют широкое распространение и обладают громадной мощностью. Используется коротковолновый диапазон с мощностью от 6 до 360 МВт, а в импульсном режиме — до 1000 МВт (Москва).Работы по радионакачке ионосферы начаты в 1970 г. К 1993 г. коротковолновый радиоразогрев (в диапазоне частот 1,2–12,0 МГц) осуществляется в восьми пунктахЗемли.

3.2.3. Антропогенное формирование сферы космического мусора

В последнейчетверти текущеговекапоявился новый термин —космический мусор,отображающий и существоявления,и неистребимуючеловеческую особенность — перекладывать недоброкачественностьсвоейдеятельности на плечи всётой жеокружающей среды, вданномслучае — верхней атмосферы, ионосферы.Появление техногенного мусора на этих высотахобязано далеко идущей цели «осваивания» и «использования»космоса длязакрепления успехов современной цивилизации.

Возникновение космического мусора — следствие технической реализации успешных (около 3 тыс. разрушающихся)ибезуспешных(подрывов) выводов на орбиту космических ступеней, ракет, аппаратов. 49% от общего количества фрагментовтакого мусораполучено путём преднамеренного подрыва изделий на орбитах.Нобываютинепреднамеренные взрывы(пример— взрывфранцузскойракеты«Ариан» породил более3 тыс.фрагментов).Кнастоящему времени в околоземном пространственакопилось более3,5млн. фрагментов. Поданным Совета национальной безопасностиСША,на орбитах высотой от 200 до 5500 км к 2010 году скопится 12 тыс.т мусора. Состав космического мусораракетногопроисхождения: 43% — обломки спутников и подрывы; 21%—отработавшиекосмоаппараты,подрывы; 16% — отдельныеэлементы,подрывы;15% —отработавшие ступени; 5% — работающиекосмоаппараты.Сейчас числофрагментоввозрастает ежегодно на 5%, а мелких осколков — на 8–9%.

Наибольшеескопление космического мусора наблюдается на высотах в пределах от 100 до 1100 кмот уровня океана. При этом впределах 400–1000 км высоты сосредоточена максимальная концентрация космическогомусора.Тепловая скорость атмосферного газа намного меньше скоростимусорочастиц(около 10 км/с). Если сравнить мусоросферусметеоритными телами,пробивающимипостоянно на высотахмусоросферы(в состоянии падения или рикошета),то окажется, чтосовременнаямассамусоросферы(около 3 тыс. т) тяжелееестественногометеорноговещества на этих высотах в 150 тыс. раз.Тормозящее значениемусоросферыуже замечено и, по оценкамД.Кесслера,полёты будут невозможнычерез 20–30 лет. Очистка атмосферы до высоты 1000 км становится неизбежной дажепо мотивам «дальнейшего осваивания» космоса.Самоочищениеионосферыот мусора тоже не неизбежно, но весьма длительно (от года для высот до 400 км до сотен лет для высот 1000 км). Работа по очищению ионосферы от мусора становится всё болеебезотлагательной, так как для спутника или другого космического аппарата встреча с осколком диаметром около 1 см уже катастрофична.При встрече с осколком особую опасность в составемусоросферыпредставляюткосмоаппаратысрадионуклиднымииреакторнымиисточниками энергии. К сожалению, все 38 радиационных спутников (31 спутник наш и 7 американских) локализованы на высотах 800–1100 км, то есть в интервале высот, гдевозможность столкновения с осколком наиболее высока. Запуск таких спутников опирался на представление, что время существования на этих высотах достаточно для остывания радиационных материалов до безопасных норм, то есть возможность столкновения не учитывалась.Следовательно,к общей энергетикемусоросферы(суммарная кинетическая энергия мусоросферы составляет около 3,6% от полнойкинетической энергии газа на этих высотах) надо приплюсовать и радиационную энергию.Вероятность столкновения такогокосмоаппаратас фрагментом возрастает по мере накопления космического мусора. А такое столкновение привело бы к радиационной катастрофе.

Неясно происхождениемодели интенсивного освоения космоса саварийнымиизапланированными взрывами ракетоносителей и спутниковна высотах 800–1000 км (всего 8–10 лет назад), поскольку всем космическим организациям известно, что на этих высотах имеется около 40«потенциальныхядерных изделий». Столкновение спутника, оснащённого ядерным реактором, с обломком на высоте 1000 км произведёт тормозной импульс до 200 м/с, что приведёт к «приземлению» такого спутника в течение одного часа и будет сопровождаться «радиационным посевом».