В.А. Малышев – д.т.н., профессор,  кафедра общевоенных дисциплин, ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж)

E-mail: vamalyshev@list.ru

В.Г. Машков – к.т.н., доцент, докторант,  кафедра эксплуатации радиотехнических средств (обеспечения полетов), ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж) E-mail: mvgblaze@mail.ru

Постановка проблемы. Точность измерения глубины снежного и толщины ледяного покровов при посадке воздушного судна вертолетного типа на неподготовленную снежно-ледяную площадку напрямую влияет на уровень безопасности полетов.

Цель. Определить диапазоны изменения скорости распространения электромагнитной волны в снежно-ледяной подстилающей поверхности, соответствующие изменениям таких параметров, как плотность, структура и содержание воды. Знание этих диапазонов позволит восстанавливать структуру снежно-ледяного покрова по данным радиолокационного зондирования, более точного определять глубину снежного и толщину ледяного покровов и использовать полученную информацию при оценке возможности выполнения безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа на неподготовленную площадку со снежно-ледяным покровом.

Результаты. Представлены результаты расчетов скорости распространения электромагнитной волны в снежно-ледяном покрове в зависимости от плотности, доли содержания воды и структуры. Скорости распространения электромагнитной волны в сухом снеге Vds  278,1...212,7 м/мкс, сухом фирне Vdf  212,7...189,0 м/мкс и сухом льде Vdi 189,0...167,9 м/мкс весьма заметно изменяются в зависимости от доли содержания воды, преимущественной ориентации и формы включений льда и воздуха в снеге. Показано, что при доле содержания воды в среде Pw  0 , характерном для отрицательных температур, скорость распространения электромагнитной волны в среде Vr будет зависеть только от плотности среды r и структуры этой среды, для сухого льда в незначительных пределах 1 м/мкс от температуры Tdi  1... 40C . В сухом снеге весомый вклад в изменение скорости распространения электромагнитной волны вносят вертикально и горизонтально вытянутые сферические включения. При нулевой температуре в диапазоне частот f  2...8 ГГц определяющее влияние на скорость распространения электромагнитной волны в среде Vr будут оказывать доля содержания воды в среде Pw , плотность r и структура среды.

Практическая значимость. Выполненные оценки комплексной относительной диэлектрической проницаемости среды, определяющей скорость распространения электромагнитных волн, показывают заметное влияние на нее плотности, доли содержания воды и структуры подстилающей поверхности (снег, фирн, лед), что позволяет идентифицировать слои подстилающей поверхности с целью дистанционного определения возможности посадки воздушного судна вертолетного типа на неподготовленную площадку со снежно-ледяным покровом.

1. Пат. РФ № 2707275. Способ выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа / Машков В.Г., Малышев В.А. МПК G01S 13/94. Заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж). № 2019100117; заявл. 09.01.2019; опубл. 26.11.2019. Бюл. № 33. 10 с.
2. Котляков В.М., Мачерет Ю.Я., Сосновский А.В., Глазовский А.Ф. Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове // Лед и снег (научно-практический журнал Института географии РАН). 2017. Т. 57. № 1. С. 45−56.
3. Dowdeswell J.A., Evans S. Investigations of the form and flow of ice sheets and glaciers using radio-echo sounding // Reports on Progress in Physics. V. 67. 2004. P. 1821−1861.
4. Мачерет Ю.Я. Радиозондирование ледников. М.: Научный мир. 2006. 392 с.
5. Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. Вода в ледниках. Методы и результаты геофизических и дистанционных исследований // М.: ГЕОС. 2014. 528 с.
6. Беховых Л.А., Макарычев С.В., Шорина И.В. Основы гидрофизики: Учеб. пособие // Барнаул: Изд-во АГАУ. 2008. 172 с.
7. Основы измерения диэлектрических свойств материалов. Заметки по применению. М.: Российское представительство Agilent Technologies. 2010. 32 с.
8. Рекомендация МСЭ-R P.527-4. Электрические характеристики земной поверхности. Серия Р. Распространение радиоволн. М.: Международный союз электросвязи. 2017. 19 с.
9. Мосин О.В. Диэлектрические свойства воды и льда. http://www.o8ode.ru/article/krie/Dielectric_properties_of_water_and_ice. Дата обращения 13.06.2018.
10. Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O. http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/voda-irastvory/teploprovodnost-i-plotnost-vody-teplofizicheskie-svojstva-vody-h2o. Дата обращения 28.01.2020.
11. Арабаджи В.С. Электризация снега в метелях. Загадки простой воды. http://class-fizika.narod.ru/w23.htm. Дата обращения 23.12.2019.
12. Фролов А.Д., Мачерет Ю.Я. Оценка содержания воды в субполярных и теплых ледниках по данным измерений скорости распространения радиоволн // МГИ. 1998. № 84. С. 148−154.
13. Frolov A.D., Macheret Yu.Ya. On dielectric properties of dry and wet snow // Hydrological processes. 1999. V. 13. P. 1755−1760.
14. Denoth А. On the calculation of the dielectric constant of snow // Rencontre internationale sur la neige et les avalanches. Association nationale pour 1’etude de la neige et des avalanches. 1978. P. 61−70.
15. Denoth A. Effect of grain geometry on electrical properties of snow at frequencies up to 100 MHz // Journ. of Applied Physics. 1982. V. 53. Part 1. № 11. P. 7496−7501.
16. Denoth A. Snow dielectric measurements // Advance Space Research. 1989. V. 9. № 1. P. 233−243.
17. Denoth А., Schittelkopf Н. Mixing formulas for deter mining the free water content of wet snow from mea surements of the dielectric constant // Zeitschrift fur letscherkunde und Glazialgeologie. 1978. Bd. 14. Нt. 1. P. 73−80.
18. Matzler C. Microwave permittivity of dry snow // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1996. V. 34. № 2.
    1. 573−581.
19. Stiles W.H., Ulaby F.T. Dielectric properties of snow // Proc. of the Workshop on the Properties of Snow. Snowbird (Utah). 8−10 April 1981. U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory. Special report № 82−18. P. 91−103.
20. Богородицкий В.В., Пасынков В.П. Материалы в радиоэлектронике // М.-Л.: Мосэнергоиздат. 1961. 352 с.
21. Looyenga H. Dielectric constants of heterogeneous mixture // Physica. 1965. V. 31. № 3. P. 401−406.
22. Мачерет Ю.Я. Оценка содержания воды в ледниках по гиперболическим отражениям // Материалы гляциологических исследований (Институт географии РАН). 2000. № 89. С. 3−10.
23. Robin G. de Q. Velocity of radio waves in ice by means of interferometric technique // Journ. of Glaciology. 1975. V. 15. № 73.
    1. 151−159.
24. Tiuri M., Sihvola A., Nyfors E., Hillikainen M. The complex dielectric constant of snow using microwave techniques // IEEE Journ. of Oceanic Engineering. 1984. V. OE-9. № 5. P. 377−382.
25. Kovacs A., Gow A., Morey R.M. A reassessment of the in-situ dielectric constant of polar firn // CREEL Report 93-26. 1993. P. 1−29.
26. Macheret Yu.Ya. Estimation of absolute water content in Spitsbergen glaciers // Polar Research. 2000. V. 19. № 2. P. 205−216.
27. Bradford J.H., Nichols J., Mikesell D., Harper J. Continuous profiles of electromagnetic velocity and water content in glaciers: an example from Bench glacier. Alaska. USA // Annals of Glaciology. 2009. V. 50 (51). P. 1−9.
28. Giordano S. Order and disorder of heterogeneous material microstructure: electric and elastic characterization of dispersions of pseudo–oriented spheroids // Intern. Journ. of Engineering Science. 2005. V. 43. P. 1033−1058.
29. Bradford J.H., Nichols J., Harper J.T., Meirbachtol T. Compressional and EM velocity anisotropy in a temperate glacier due to basal crevasses, and implications for water content estimation // Annals of Glaciology. 2013. V. 54 (64). P. 168−178.