Экспериментальное моделирование генерации СВЧ излучения при взаимодействии молниевого разряда с летательным аппаратом

На специализированной испытательной установке — высоковольтном генераторе Маркса, позволяющей формировать искровой разряд длиной до 20 метров, моделируется процесс воздействия радиоизлучения молнии в СВЧ диапазоне на летательный аппарат (ЛА). Металлическая модель ЛА в масштабе 1:50 размещалась в искровом промежутке стержень – плоскость длиной 9 м. На высоковольтный электрод от генератора подавался положительный импульс напряжения (фронт 100 мкс, длительность 7500 мкс). Формируемый искровой разряд проходил через модель ЛА. Получено, что при прохождении канала искры через корпус модели возникают в том числе, электромагнитные импульсы СВЧ диапазона длительностью менее 500 пс и временем фронта менее 100 пс. Измерение возникающих СВЧ импульсов осуществлялось с помощью специальной радиотехнической аппаратуры субнаносекундного диапазона. Скоростная фотосъемка развития разряда, производимая синхронно с электромагнитными измерениями, показала, что импульсы СВЧ диапазона (до 10 ГГц) возникают на стадии развития лидера искрового разряда в части промежутка «высоковольтный электрод – изолированная модель». Такие импульсы могут рассматриваться как фактор, опасный для различных радиотехнических СВЧ систем ЛА при его поражении молнией. А также для иных, в том числе и энергетических объектов, в которых имеется аппаратура с микроэлектроникой. Такие СВЧ импульсы могут возникать также при близких разрядах молнии (например, в молниеприемник электрической подстанции), при возникновении мощной стримерной короны на аппаратах и проводах линий сверхвысокого напряжения), возникновении высоковольтного искрового разряда при срабатывании коммутационной аппаратуры (разъединители, разрядники). При этом возможны нарушения работы аппаратуры управления (например, релейная защита), в которой имеется микроэлектроника, а также различных средств связи, имеющихся на объектах электроэнергетики, работающих в диапазоне СВЧ (более 1 ГГц).

1. Design and optimization of detection antenna for corona discharge in high-voltage transmission lines. Xiao X., Hu W., Ran J., Xu Z., Hei G., Han X., Zhao L., J. Phys. Conf. Ser. 2020, 1486, 062024. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1486/6/062024

2. Simultaneous observation of lightning emission in different wave ranges of electromagnetic spectrum in Tien Shan mountains. Gurevich A. V., Garipov G. K., A. M. Almenova and al. Atmospheric Research 2018, 211, 73 – 84. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2018.04.018

3. Parameters of high-voltage discharges on helicopter rotor blades and related electromagnetic interference. M. E. Gushchin, I. Y. Zudin, S. V. Korobkov, A. V. Kostrov, P. A. Mikryukova, S. E.Priver, A. V. Strikovskiy, V. S. Syssoev, Tech. Phys. Lett. 2020, 46(1), 66 – 68. http://doi.org/10.1134/S1063785020010241

4. Stand for research of radio emission of a long electric spark. V. S. Syssoev, Yu. A. Kuznetsov, M. Yu. Naumova, A. I. Orlov, D. I. Sukharevsky, N. M. Lepekhin, N. N. Shvets, L. M. Makalsky, A. V. Kukhno, M. E. Gushchin, E. A. Mareev. Technical Physics Letters 2022, 48(4), 50 – 53. doi.org/10.21883/TPL.2022.04.53173.19070.

5. X-Ray and Gamma Radiation of Lightning Discharge: Orbital Observations and Laboratory Simulation in Experiments with Long Sparks. E. A. Mareev, Yu. V. Shlyugaev, M. V. Shatalina,. F. G. Sarafanov, V. V. Bogomolov, A. F. Iyudin, S. I. Svertilov, I. V. Yashin. Astronomy Reports 2023, 67(1), 104 – 114. https://doi.org/10.1134/S1063772923010067

6. Nanosecond electromagnetic pulses generated by electric discharges: Observation with clouds of charged water droplets and implications for lightning. M. E. Gushchin, S. V. Korobkov, I. Y. Zudin, A. S. Nikolenko, P. A. Mikryukov, E. A. Mareev, V. S. Syssoev, D. I. Sukharevsky, A. I. Orlov, M. Y. Naumova, Y. A. Kuznetsov, N. N. Shvets, A. S. Belov. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL092108. https://doi.org/10.1029/2020GL092108

7. Streamer formation processes trigger intense x-ray and highfrequency radio emissions in a high-voltage discharge. E. V. Parkevich, K. V. Shpakov, I. S. Baidin, A. A. Rodionov, A. I. Khirianova, T. F. Khirianov, Ya. K. Bolotov, M. A. Medvedev, V. A.Ryabov, Yu. K. Kurilenkov, and A. V. Oginov. Phys. Rev. 2022 E 105, L053201. doi.org/10.1103/PhysRevE.105.L053201.

8. Temporal correlation between hard x rays and radio emissions in the MHz and GHz frequency ranges generated by a laboratory high-voltage discharge. E. V. Parkevich, A. I. Khirianova, T. F. Khirianov, I. S. Baidin, K. V. Shpakov, A. A. Rodionov, Ya. K. Bolotov, V. A. Ryabov, S. A. Ambrozevich, and A. V. Oginov. J. Appl. Phys. 2023; 134 (15): 153303. https://doi.org/10.1063/5.0168616

9. Natural sources of intense ultra-high-frequency radiation in high-voltage atmospheric discharges. E. V. Parkevich, A. I. Khirianova, T. F. Khirianov, I. S. Baidin, K. V. Shpakov, D. V. Tolbukhin, A. A. Rodionov, Ya. K. Bolotov; V. A. Ryabov, S. A. Ambrozevich, and A. V. Oginov. Phys. Rev. E 2023, 108, 025201. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.108.025201

10. Amplitude – Temporal and Spectral Characteristics of Pulsed UHF-SHF Radiation of a High-Voltage Streamer Discharge in Air under the Atmospheric Pressure. I. Zudin, M. Gushchin, I. Vershinin, S. Korobkov, P. Mikryukov, A. Strikovskiy, A. Nikolenko, A. Belov, V. Syssoev, A. Orlov, D. Sukharevsky, M. Naumova, Y. Kuznetsov, N. Shvets, and E. Basov. Energies 2022, 15, 9425. https://doi.org/10.3390/en15249425

11. An experimental study of the breakthroughphase and return-stroke processes in long sparks. N. A. Bogatov, V. S. Syssoev, D. I. Sukharevsky, A. I. Orlov, V. A. Rakov & E. A. Mareev. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 2022, 127, e2021JD035870. doi. org 10.1029/2021JD035870.

12. Antenna Array with TEM-Horn for Radiation of High-Power Ultra Short Electromagnetic Pulses. V. M. Fedorov, M. V. Efanov, V. Y. Ostashev, V. P. Tarakanov, A. V. Ul’yanov. Electronics 2021, 10, 1011. https://doi.org/10.3390/electronics10091011

13. url: https://rp5.ru/Weather_archive_in_Novo-Iyerusalim [Data 5.12.2023].

14. Streamer Discharge Plasma Generator. V. S. Syssoev, M. Y. Naumova, Y. A. Kuznetsov et al. Inorg. Mater. Appl. Res. 13, 1380 – 1384 (2022). http://sci-hub.tw/10.1134/S2075113322050410

15. Стенд для исследования радиоизлучения длинной электрической искры. В. С. Сысоев, Ю. А. Кузнецов, М. Ю. Наумова, А. И. Орлов, Д. И. Сухаревский, Н. М. Лепехин, Н. Н. Швец, Л. М. Макальский, А. В. Кухно, М. Е. Гущин, Е. А. Мареев. Письма в ЖТФ, 2022, вып. 8, с.14. DOI: 10.21883/PJTF.2022.08.52360.19070. https://journals.ioffe.ru/articles/52360