ZEVS, rosyjski 82 Hz nadajnik ELF

ELF1

Zakres najniższych częstotliwości radiowych ELF (Extrem Low-Frequency) wykorzystuje się do komunikacji z łodziami podwodnymi ze względu na zdolność do przenikania głęboko pod powierzchnię oceanu. Na głębokościach poniżej 300 metrów znajdują się floty nuklearnych okrętów podwodnych Rosji i Stanów Zjednoczonych, które przemierzają wody oceanów przez wiele tygodni, bez potrzeby wynurzania się na powierzchnię. Głównym problemem jest zapewnienie łączności z załogami łodzi podwodnych. Na wodach, które regularnie patrolują okręty podwodne, istnieje kilka stacjonarnych stacji do komunikacji hydroakustycznej. Ten system łączy okręt podwodny z punktem nadbrzeżnym. Podwodna komunikacja dźwiękowa jest skuteczna na stosunkowo krótkich dystansach, 10 do 30 km. Pojawiają się problemy, gdy łódź podwodna działa z dala od akwenów objętych tymi systemami komunikacyjnymi. W obrębie wód międzynarodowych jedynymi środkami niezawodnej komunikacji z okrętami podwodnymi są fale radiowe w zakresie VLF lub ELF. Zdolność przenikania sygnałów radiowych w głąb wody zależy od częstotliwości i zasolenia wody. W środku Oceanu Atlantyckiego, przy zasoleniu 3,2%, sygnał VLF przenika do głębokości 10-20 metrów, jest to głębokość peryskopowa dla nowoczesnej łodzi podwodnej. W obszarach o mniejszym zasoleniu, takim jak Morze Śródziemne lub w wodach Morza Bałtyckiego, ten sam sygnał przenika na głębokości przekraczającą 40 metrów, aby przełamać ograniczenie komunikacji z obiektami znajdującymi się na większej głębokości, należy użyć fal ELF. Na dzień dzisiejszy zarówno Marynarka Wojenna Rosyjska, jak i Stanów Zjednoczonych wykorzystują nadajniki ELF, zdolne do komunikacji z okrętami podwodnymi poruszającymi się z pełną prędkością i głębokością operacyjną.

 

ELF2

 

Lokalizacja nadajnika ZEVS.

Rosyjski nadajnik ELF Zevs, jest położony na północnym zachodzie Murmańska: 69 ° N, 33 ° E, na Półwyspie Kolskim w północno-zachodniej Rosji. W  Murmańsku na Pólwyspie Koli jest rozlokowana rosyjska flota północna i wiele innych instalacji wojskowych, takich jak Rosyjska Arktyczna Flota Powietrzna, działająca na lotnisku Olegonorsk. Należy przypuszczać, że samoloty Tu-142 MR "stacje radiowe retransmiterów" stacjonujące na tym lotnisku wraz z ZEVS i nadajnikami VLF 18,1 / 21,10 kHz są podstawą łączności radiokomunikacyjnej ELF / VLF między Kremlem a Rosyjskim Centrum Operacyjnym dysponującym bronią jądrową. Budowa i eksploatacja nadajnika ELF nie jest zadaniem ani technicznie prostym, ani ekonomicznie opłacalnym. System antenowy potrzebuje dużo miejsca, oraz odpowiednich warunków geologicznych w miejscu jego lokalizacji. Zasilanie nadajnika ELF ze względu na jego dużą moc, wymaga małej elektrowni.
Zasadą numer jeden dla udanego miejsca lokalizacji nadajnika ELF, takiego jak Zevs i amerykańskiego odpowiednika pracującego na częstotliwości 76 Hz, wyposażonego w dwie anteny WMT (obiekt nadawczy Wisconsin) i MTF (Michigan Transmitter Facility), jest bardzo mała przewodność elektryczna powierzchni ziemi. Jest to niezbędna cecha, budowy wszystkich naziemnych nadajników ELF (w przeciwieństwie do wszystkich innych rodzajów nadajników radiowych). Odpowiednią lokalizacją nadajnika ELF znajduje się tam, gdzie są obszary, w których są kilku metrowe warstwy piasku lub moreny żwirowej, zawierającej, granit iglasty i gnejs metamorficzny. Idealne obszary występują w miejscu, gdzie znajdują się pozostałości bardzo starych prekambryjskich pasów górskich, znajdujących się w pobliżu powierzchni ziemi.
W Kanadzie i północnych stanach USA idealnym miejscem do lokalizacji nadajnika ELF jest obszar tarczy Laurentyńskiej, o powierzchni 4790000 km², gdzie na południowej krawędzi tarczy znajduje się Michigan i Wisconsin. Inną odpowiednią lokalizacją w Stanach Zjednoczonych jest Adirondacks w Nowym Jorku. W Europie są podobnie ukształtowane geologicznie miejsca do budowy nadajników ELF, które znajdują się w obszarach objętych tarczami bałtyckimi i kaledońskimi. Anteny nadawcze najlepiej umieścić w krajach z pozostałościami geologicznymi dawnych, zerodowanych gór, do których należy np. Szkocja. Glen Garry Forrest w Szkocji miał służyć jako miejsce dla nadajnika ELF Royal Navy pracującego na częstotliwości 72 Hz, do komunikacji z okrętami podwodnymi w Trydencie. Założenia projektowe zostały przetestowane, ale ze względu na wysokie koszty, Projekt Glen Garry ELF przeszedł do historii.

 

 

ELF4

 

Częstotliwość transmisji nadajnika ELF Zevs

Przy nadawanym sygnale na częstotliwości 82 Hz (0,000082 MHz) równym długości fali 3658536,5 m (3658,5 km), mówimy o prawdziwie długich falach. Wojskowa częstotliwość operacyjna Zevs jest długością fali większą niż średnica ziemi. Jeśli uważasz, że twoje podwórko jest za małe na antenę typu dipol półfalowy na amatorskie pasmo radiowe o długości 80 metrów, spróbuj wyobrazić sobie antenę typu dipol półfalowy na częstotliwość wynoszącą zaledwie 82 Hz. Przy tej ekstremalnej niskiej częstotliwości antena w postaci dipola półfalowego ma długość 1829,25 km, jest to więcej niż odległość z Moskwy do Berlina czy z Londynu do Napolu.Na szczęście nie ma potrzeby projektowania i konstruowania gigantycznych anten, takich jak te bardzo duże teoretyczne anteny dipolowe, aby uzyskać użyteczny sygnał z miejsca instalacji nadajnika, wysoko powyżej koła podbiegunowego w Murmańsku, do Rosyjskich okrętów podwodnych głęboko pod falami oceanów na całym globie. Rozwiązanie problemu gigantycznej anteny ELF jest w rzeczywistości pod twoimi stopami.

 

ELF5

Urządzenia nadawcze na Półwyspie Kola

Rosyjski nadajnik ELF Zevs, został na początku lat dziewięćdziesiątych wykryty przez kilka ośrodków pomiaru zakłóceń radionawigacyjnych należących do Uniwersytetu Stanford. Sygnał 82 Hz był nawet odbierany na Antarktyce (78 ° S 167 ° W). Naukowcy Uniwersytetu w Stanford ustalili, że źródło sygnału 82 Hz było w Rosji., przemawiała za tym stosunkowo duża siła sygnału transmisji 82 Hz w stacji naukowej Søndrestrømfjord na Grenlandii. Od tego czasu istnienie nadajnika zostało potwierdzone przez rosyjskie źródła. Nadajnik składa się z dwóch generatorów częstotliwości o napięciu sinusoidalnym i dwóch równoległych uziemionych antenach o długości około 60 km. Generatory zasilają anteny prądem w zakresie 200-300 A w zakresie częstotliwości od 20 Hz do 250 Hz. Jest jednak pewien ciekawy szczegół, dwie równoległe 60-kilometrowe anteny nie są w ogóle antenami, ale liniami zasilania. Prawdziwą anteną jest natomiast sama ziemia. Budując antenę w miejscu o słabej przewodności właściwej ziemi i uziemiając końce przewodu zasilającego anteny, sygnał jest wciskany głęboko w ziemię, dzięki czemu sama Ziemia jest skutecznym elementem promieniującym. Wygląd widocznej części, tej ogromnej anteny, to linia zasilająca, przypominająca stare telegraficzne przewody zawieszone na słupach telegraficznych. Na końcu każdej anteny znajduje się gruby miedziany drut wprowadzony do gruntu przez głęboki otwór, tworzący połączenie z uziemieniem.

Obliczenia wykonane na danych zebranych w 1990 r. pokazują, że nadajnik 82 Hz Zevs ELF jest o 10 dB bardziej wydajny, niż transmisje ELF w Stanach Zjednoczonych na częstotliwości 76 Hz z dwóch miejsc WMT oraz MTF.

Przemawia za tym kilka faktów: Moment magnetyczny M (Am²) poziomego dipola magnetycznego (HMD) jest wyrażony w następujący sposób:

M = ILW,

L to długość anteny (m),

I jest prądem anteny (A),

W jest skuteczną wysokością pionową lub głębokością anteny (m),

W jest obliczana przy użyciu wzoru opartego na stałych propagacji i odpowiadającej głębokości warstw przewodzących gruntu pod anteną ELF. Dla uproszczenia stwierdzimy, że W = h1, gdzie h1 jest głębokością pierwszej warstwy przewodzącej. Jeśli porównamy z nadajnikiem ELF w Stanach Zjednoczonych 76 Hz: Średnia efektywna przewodność ziemi pod anteny WTF / MTF wynosi około 2,4 x 10-4 S / m, co daje efektywną głębokość anteny W ~ 2,6 km przy częstotliwości 76 Hz . W obszarze bardzo słabo przewodzącego Półwyspu Kola znajduje się pierwsza warstwa o przewodności około 10-5 S / m na głębokości h1 około 10 km, poniżej której znajduje się druga warstwa o przewodności około 10 -3 S / m.

Dla łączonych anten WTF / MTF w USA, pracujących na częstotliwości 76 Hz, mamy: M ~ 2x300 (A) x 22,5 (km) x 2,6 (km) = 3,51 x 104 (A km²).

Ponieważ moment magnetyczny przetwornika Zevs w 1990 r. przyjęto, że jest przybliżeniu o 10 dB większy od kombinacji WTF / MTF w USA, musi wynosić 1,1 x 105 (A km²). Dla długości anteny 55 km wymagany prąd I wynosi 200 A. Oznacza to przy 82 Hz: M ~ 200 (A) x 55 (km) x 10 (km) = 1,1 x 105 (A km²).

Nadajnik ma bardzo niską sprawność, skuteczna moc wypromieniowana jest rzędu kilku wat, jednak gdy sama ziemia jest anteną rzeczywistą, zasięg transmisji na tych częstotliwościach jest globalny.

 

 

ELF3

Tryb transmisji nadajnika Zevs

Transmisja Zevs 82 Hz wykorzystuje (minimum shifted carrier - MSK). Ten typ transmisji jest używany przez prawie wszystkie nowoczesne nadajniki w paśmie VLF 3 - 30 kHz dla łączności podwodnej. To, co sprawia, że ​​tryb transmisji ZEVS i podobnych nadajników ELF jest tak wyjątkowy, jest bardzo wąskie przesunięcie częstotliwościowe nadajnika, podczas transmisji wiadomości. Obserwowana podczas nadawania częstotliwość zmienia się w bardzo wąskim zakresie od 81 Hz do 83,3 Hz. Przesunięcie wynosi tylko 2,3 Hz. Ten fakt wymaga raczej wyrafinowanego oprogramowania dekodującego, wykorzystywanego przez pokładowy komputerowy system łączności łodzi podwodnej. Częstotliwość nośna ELF przesuwa się z normalnej częstotliwości nośnej wynoszącej 82 Hz, do 81,6 Hz i do 82,7 Hz, przed wiadomością. Jest to najprawdopodobniej funkcja wywołania "nadawców wiadomości" rosyjskiego nadajnika ZEVS. Transmisja Zevs zarejestrowana we Włoszech przez Renato Romero 8 grudnia 2000 r., Godz. 08:40 UTC. Sygnał "oczekiwania wiadomości", 81,6 Hz niski przez 8 minut, wysoki 82,7 Hz przez 4 minuty. Po 16 minutach długa sekwencja wiadomości kończy się częstotliwością nośną 82 Hz. Ze względu na długą ekspozycję podczas rejestracji, pasma rezonansu Schumanna są dobrze widoczne u dołu widma (patrz fotografia powyżej). Transmisje ELF wykorzystują bardzo powolną szybkość transmisji danych, co w połączeniu z wysokimi poziomami zakłóceń przy wykorzystaniu częstotliwości ELF, stawia szczególne wymagania kodowaniu wiadomości. Szybkość transmisji wynosi kilka bitów na minutę.

 

 

ELF6

 

Pokojowe zastosowanie nadajnika ZEVS

Fale elektromagnetyczne ELF wnikają nie tylko do wody, ale również do ziemi na pewną głębokość. Ta właściwość służy do badań geofizycznych. Elektromagnetyczne monitorowanie skorupy ziemskiej przeprowadzono w 1994 roku w Instytucie Ziemi w Skoczu niedaleko Sankt Petersburga oraz w Instytucie Geologicznym Centrum Nauki Koli. Częstotliwości w paśmie 31-166 Hz za pomocą odbiorników o wysokiej rozdzielczości sygnałów, były mierzone w odległości kilku tysięcy kilometrów od źródła. Od 1995 roku nadajnik Zevs był używany w różnych projektach badawczych związanych z monitorowaniem aktywności sejsmicznej. Zjawiska takie jak zmiany przewodnictwa skalnego i zakłócenia jonosfery, są ważnym sygnałem ostrzegawczym o zbliżającym się trzęsieniu ziemi. Wykorzystanie nadajnika Zevs 82 Hz zapewnia większą dokładność pomiarów, co umożliwia wyodrębnienie danych, które nie były wcześniej możliwe do pozyskania przy użyciu standardowych źródeł pulsacyjnego pola elektromagnetycznego. Na Kaukazie Północnym, na wysokości 2700 km od Półwyspu Kolskiego, pole 82 Hz jest wystarczająco silne, aby zapewnić pewność pomiarów przy użyciu standardowych szerokopasmowych instrumentów ACF-2. Bliżej Półwyspu Koli, w odległości "tylko" 950 km na przesmyku Karelskim sygnał 82 Hz ELF służy do zbierania danych korelacyjnych dla odkształceń powierzchni ziemi. Odkształcenia powodują zmiany w przewodności ziemi, podobnie jak przed trzęsieniem ziemi. W Chinach powstaje obiecująca metoda wykrywania trzęsień ziemi we współpracy z St Petersburg State University w Rosji, oparta o badania eksperymentalne w kilku miejscach testowych w okolicach Pekinu, Baodi i Jixian W północnych Chinach.

 

 

Na podstawie artykułu Tronda Jacobsena