High Frequency Active Auroral Research Program（HAARP）部分摘取

原网站：https://haarp.gi.alaska.edu/

部分摘取：

利用最近研发的强大且灵活的电离层加热器（如EISCAT加热器，以及最近建成的HAARP加热器）对高频无线电波与电离层的非线性相互作用展开的研究，诞生了一些新技术。

邓肯（L.M.）和戈登（W.E.），1982年，《高功率无线电波对电离层的改造》，《大气与地球物理学报》，第44卷（12期）：1009-1017页。

• 生成超低频/极低频/甚低频（ULF/ELF/VLF）频段的电磁波，并将其注入地球-电离层波导（EIW）和磁层中低频/甚低频），其方式是通过调制高频加热电离层，这也被称为“虚拟天线”。

• 研究表明，人工周期性不均匀体（APIs）是测定电子密度、中性密度和温度的有力技术。在低电离层中，入射高频无线电波与反射高频无线电波相互干扰形成驻波，从而产生人工周期性不均匀体。由这些不均匀体散射的探测波携带着周围电子密度和垂直速度的信息。此外，通过测量不均匀体的时间弛豫（并确定双极扩散速率），可以推导出中性密度和温度。

正如研讨会上所解释的，在低功率下，电磁波在电离层中传播，不会对等离子体环境产生任何可观测的变化。另一方面，据报道，高功率无线电波可以驱动非线性过程，产生静电波，这些静电波与周围的等离子体相互作用，将电子加速到远高于其热能的水平。高能电子与中性粒子碰撞，产生受激物质，这些受激物质随后会以光学形式辐射。

最近有研究表明（Pedersen等人，2010年），HAARP的3.6兆瓦发射机具备在上层大气中产生大量人工等离子体的能力，这被认为“为电离层无线电波传播开辟了一个新领域，在这个领域中，发射机产生的等离子体将主导自然电离层等离子体”（第1页）。最终，一些参与者推测，或许可以将这种技术用作通信、雷达和其他系统的有源组件。对这些“层”产生的人工气辉进行成像，能够精确确定它们的存在、位置和动态；根据其位置不同，它们还可能对卫星通信和导航产生影响。

据几位研讨会参与者称，在HAARP进行实验的科学家和工程师因缺少一种关键的诊断仪器（即非相干散射仪）而受到阻碍。

ULF/ELF/VLF波的电离层生成

在超低频/极低频/甚低频段，传统的偶极天线效率极低，且需要很长的导线。然而，正如研讨会上反复提到的，通过电离层改性技术，利用虚拟电离层天线可以产生这些频率的信号。产生这类波有两种技术。第一种被称为电流调制，它要求高频加热器上方存在电集流，因此其使用仅限于高纬度发射机（目前，赤道电集流下方没有高频加热设施），其可用性和强度由电集流的强度控制。迄今为止的实验已经证明可以产生高达20千赫兹的频率，上限频率受产生高度处电子温度弛豫速率的限制。产生的波随后以电磁波的形式注入电磁离子回旋波，以哨声和剪切阿尔文波（SAW）的形式注入辐射带（Rietveld等人，1984年、1989年；Barr，1998年；Papadopoulos等人，1990年、2005年）。对D/E区电子的调制加热会调节等离子体电导率，从而在70至85公里的高度之间产生一个虚拟天线。

研讨会上提到的一种最近开发的替代技术——电离层电流驱动（ICD；Papadopoulos等人，2011a，b）不需要电喷的存在。因此，它可以在非电喷区域与加热器一起使用，例如位于阿雷西博和苏拉的那些区域，并且在电喷较弱或不存在的情况下，HAARP和EISCAT也可以使用它。ICD依赖于在F区加热期间产生的抗磁电流，当加热器关闭时，这种电流就会消失。研讨会上讨论了通过高频技术产生超低频/极低频/甚低频波，涉及水下通信和向辐射带注入波等应用。

HAARP电离层研究设备（IRI）在物理上能够发射2.8至10兆赫兹之间的任何频率，瞬时带宽至少为200千赫兹。这个频率范围是所有加热设施中最宽的，既低于也高于其他所有设施的频率范围。该频段的低端略低于HAARP上空电离层中电子回旋频率的两倍。它是唯一能够在这一重要数值以下发射的加热设施。能够发射高达10兆赫兹的频率，确保该设施即使在高等离子体密度条件下也能探测到F层。如此宽泛的范围使其能够在整个太阳活动周期内运行。

由于每台HAARP发射机可产生10瓦至10千瓦的功率，因此总发射功率范围可达3600瓦至3.6兆瓦，同时保持稳定的天线方向图。如前所述，HAARP天线由180个交叉偶极子组成，这些偶极子按12×15的矩形网格排列，并通过相位控制实现波束转向。在频段的低端（2.8兆赫兹），阵列主瓣波束宽度约为15°，而在频段的高端（10兆赫兹），波束宽度约为5°。在约5.8兆赫兹以下，天线波束可在天空中的任何位置进行转向，且不会出现栅瓣。波束的重新定位时间约为15微秒，这意味着波束可以近乎连续的运动方式扫过一个区域，也可以几乎瞬间从一个位置跳转到另一个位置。该发射机在调制方式上具有很强的灵活性，包括调幅（AM）、调频（FM）、相位调制、脉冲调制以及任何可通过“.wav”文件表示的信号。

除了IRI之外，HAARP基地还拥有许多诊断仪器和设施，以支持其他仪器。部分诊断设备归HAARP项目所有（其中一些配有相关的首席研究员[PI]），另一些则归首席研究员所在机构所有，并由HAARP项目提供支持。这些诊断仪器包括磁力计、宇宙噪声吸收仪、电离层探测仪、超高频（UHF）和甚高频（VHF）雷达、光学仪器、GPS闪烁接收器、超低频和甚低频接收器、地震仪、气象监测仪、高频接收天线以及频谱监测仪。