О сверхдальнем распространении на КВ

Кандидат физ.-мат. наук  С. ГОЛЯН

РАДИО № 1, 1980 г.

На страницах журнала «Радио» в статьях А. Шпионского «Радиосвязь между антиподами» (1959, № 1) и «Дальнее радиоэхо» (1964, № 11), В. Четверика «Загадочное радиоэхо» (1974, № 12) рассказывалось о сверхдальнем распространении коротких волн и о некоторых его особенностях. Заинтересовались этим необычным при­родным явлением и радиолюбители.

Систематические наблюдения в эфире вел с 1965 по 1976 годы В. Каневский из Алма-Аты. Им было установлено за этот период более двух тысяч радиосвязей на расстояние более 10 тысяч километров на часто так 7 и 3,5 МГц, зафиксированы случаи приема обратных (идущих по дальнему пути, вокруг Земли), кругосветных и так называемых медленных сигналов. О своих экспериментах и выводах из них В. Каневский рассказал в статьях «Сверхдальние радиосвязи» (1974, № 7) и «Снопа сверхдальнее QSO » (1979, №3). Он и сейчас продолжает исследовать сверхдальнее распространение радиоволн на низкочастотных КВ диапазонах. В прошлом году, например, В. Каневский провел около ста DX QSO , причем сорок из них были установлены в диапазоне 7 МГц.

Эксперименты алмаатииского коротковолновика привлекли внимание радиолюбителей многих стран мира, а статья «Снова сверхдальние QSO» была перепечатана в ведущих зарубежных радиолюбительских журналах («QST», «Radio Communication» и др.).

Прислали свои отклики и ученые. Сегодня мы публикуем статью кандидата физико-математических наук С. Ф. Голяна. Следует подчеркнуть, что в природе сверхдальнего распространения коротких волн еще много «белых пятен», и наблюдения энтузиастов радиосвязи в этой области представляют большой интерес для науки.

В диапазонах KB нередко наблюдается сверхдальнее распространение радиоволн, характеризующееся сравнительно малым затуханием сигнала. Это явление давно интересует ученых, но некоторые его закономерности достаточно хорошо еще не изучены. Малое затухание сигнала, в частности, связывают с распространением радиоволн в ионосферных волноводных каналах или, в общем случае, с их распространением без промежуточных отражений от Земли.

Наиболее благоприятные условия для сверхдальнего прохождения на KB возникают, когда трасса связи проходит вблизи терминатора (границы света и тени на поверхности Земли), а точнее — вдоль вечернего сумеречного и утреннего послевосходного поясов. На всем протяжении таких поясов имеется достаточно высокий уровень электронной концентрации с равномерным ее распределением в области ионосферы. Это обуславливает существование вокруг Земли кольцевого канала, который может обеспечивать связь в широком диапазоне частот при относительно небольшом затухании сигнала. Положение терминатора определяется не только време­нем суток, но и временем года. В равнодействие он проходит через Северный и Южный полюса, и наилучшие условия для сверхдальнего распространения КВ, вплоть до кругосветного, будут в меридиональном направлении, Оптимальное время связи с использованием кольцевого КВ канала наступает примерно через час после захода (или восхода) Солнца, на данном меридиане (рис. 1). Цифры на этом рисунке показывают местное время соответствующих меридианов, стрелка — направление вращения Земли, точка — пункт связи. В другие периоды года терминатор уже не проходит через полюса, «опускаясь» (рис. 2) в декабре и июне вплоть до 66,5° северной и южной широты (т. е. соответственно до Северного и Южного полярного круга). Однако в любом случае наилучшими для сверхдальней КВ связи будут трассы, направление которых в данный момент года совпадает с терминатором.  

Направлениям, никогда не совпадающим с терминатором, также свойственны суточные и сезонные изменения условий сверхдальнего распространения КВ. Они будут оптимальными для связи в периоды, когда терминатор максимально приближается к этому направлению. При солнцестояниях, например, это условие выполняется в момент пересечения большого круга трассы с терминатором в точках на экваторе. Для трассы, большой круг которой проходит через пункт А, на рис. 2 это будут точки В и В¹. Такое положение относительно рассматриваемой трассы терминатор занимает дважды в году: 22 декабре в полдень и 22 июня в полночь по местному времени пункта А. Отсюда, в частности, видно, что для любом пункта, расположенного в средних широтах (φ < 66,5^о), наилучшие условия сверхдальнего распространения КВ в направлении запад - восток (никогда не совпадающим с терминатором) наступают: зимой — около полудня, летом — около полуночи по местному времени.

Все вышеизложенное одинаково относится к сверхдальнему распространению прямых (по короткому пути), обратных (по длинному пути) и кругосветных сигналов. При этом следует иметь в виду, что условия распространения КВ вдоль вечернего сумеречного пояса лучше по сравнению с утренним послевосходным, а ширина вечернего пояса больше утреннего.

Другой специфической особенностью обратных сигналов является их распространение поперек или под углом к терминатору в периоды, когда прямая трасса полностью осве­щена. При этом распространение обратных сигналов в ночной полусфере происходит без промежуточных отражений от Земли, а захват энергии в ионосферный волноводный канал и вывод ее из него осуществляются в областях вблизи пересечений обратной трассы с терминатором.

Поскольку кругосветное распространение является предельным случаем распространения обратных сигналов, то и кругосветные сигналы при определенных условиях могут проходить в поперечном направлении к сумеречным границам.

Из сказанного следует, что для любого заданного направ­ления наиболее вероятные периоды наступления оптимальных условий сверхдальнего распространения КВ, обусловленные свойствами регулярной (невозмущенной) ионосферы, могут быть рассчитаны. Такие расчеты хорошо подтверждаются экспериментами, которые велись в нашей стране и за рубежом, начиная с 20-х годов и особенно интенсивно в последние десятилетия.

Однако вопрос о механизмах аномального распростра­нения все еще до конца не ясен. В литературе описан ряд экспериментальных фактов, когда распространение KB с малым затуханием происходит и в другие периоды времени, отличные от вышеуказанных. Причины таких явлений изучаются.

При исследовании сверхдальнего распространения радиоволн ученые ощущают недостаток экспериментального материала. И здесь радиолюбители могут принести определенную пользу, фиксируя факты установления сверхдальних радиосвязей с малым затуханием, как это делает алмаатинский радиолюбитель В. Каневский. Однако думается, что анализ собранных данных проведен им не совсем корректно. Основываясь на статистике радиосвя­зей, установленных в одно и то же время суток с кор­респондентами, расположенными в определенных районах земного шара, и проведя на карте через эти районы и Алма-Ату некоторую кривую, В. Каневский выдвигает предположение, что аномальное распространение радио­волн происходит в направлении этой кривой.

Имеется достаточно экспериментальных подтверждений того, что ионосферное распространение радиоволн, вплоть до кругосветного, происходит в плоскости большого круга с незначительными отклонениями от нее (не более единиц градусов от истинного направления на излучатель). Наблюдаемые большие отклонения пеленга (десятки градусов) сопряжены с большими потерями энергии при рассеянии на неоднородностях ионосферы и земной поверхности и поэтому их можно не учитывать при рассмотрении радиосвязей с малым затуханием.

Приведенные в статьях В. Каневского так называемые «направления (оси) аномального распространения), если их рассматривать на глобусе, представляют собой очень извилистые кривые со значительными в отдельных местах отклонениями от рассматриваемых истинных азимутальных направлений (широтного, меридинального и юго-восточного соответственно). Эти отклонения достигают иногда нескольких десятков градусов. По таким извилистым «направлениям» распространение радиоволн в ионосфере происходить не может. А следовательно, и нет достаточных оснований для вывода о связи между условиями распространения радиоволн по таким «направлениям» с тектоническими разрывами земной коры.

Необходимо отметить, что статистический анализ большого количества полученных В. Каневским экспериментальных данных позволил выявить объективно существующие закономерности сверхдальнего распространения и определить, в какое время и в каких азимутальных направ­лениях лучше осуществлять радиосвязь. Но попутно в статистике оказались замешаны и побочные факторы (географическое распределение радиолюбительских станций, часы активной работы радиолюбителей разных стран), не имеющие отношения к объективным закономерностям распространения.

Было бы целесообразно более тщательно систематизировать экспериментальные данные. Например, получить зависимость числа связей в определенном азимутальном направлении (или, покрайней мере, в секторе азимутальных углов с отклонением не более единиц градусов от рассматриваемого истинного направления дуги большого круга) от времени суток, для различных сезонов, различных рабочих частот, отдельно для прямых и обратных сигналов. Тогда, по-видимому, значительную часть установленных радиосвязей можно объяснить вышеуказанными известными закономерностями сверхдальнего распространения.

Наибольший интерес представляет экспериментальные факты, выходящие за рамки известных закономерностей. На них и следует обращать особое внимание.

г. Москва