竖琴计划，这是一种具有天线阵列等科学器材的高能无线电波发射器，一般用于等离子体湍流、电离层和高层大气的科学研究

发展历史

“竖琴计划”的设施属于“电离层加热器“（Ionospheric heater），这是一种具有天线阵列等科学器材的高能无线电波发射器，一般用于等离子体湍流、电离层和高层大气的科学研究[6]。这种科研设施的无线电发射机一般在高频（3-30MHz）的频段运行，该频段的无线电在地球上层大气的电离层自然平静且不受极光等电磁干扰的条件下，能够在该界面以半可控的方式激发等离子湍流等一系列现象，且会有大量无线电波被反射回地面。这一系列物理特性和作用过程，使得这类科学器材能够用于对电离层和高能大气等的探索研究。[6]

电离层是难以使用探空气球或卫星进行探测的，该圈层的空气对于探空气球来说过于稀薄，对于卫星来说又过于厚重。二者都难以对该圈层进行有效探测，而像”竖琴计划“战役的电离层加热器采用非接触式的探测手段，自然就成为了最佳的电离层研究工具。[6]

目前关于”竖琴计划“的具体在何时提出、出于何种目的提出等，美国官方渠道尚未提供正式的解释。“竖琴计划”研究设施的落成，得益于美国阿拉斯加州的共和党参议员特德·史蒂文斯的努力。[7]该计划最初由美国海军研究办公室、国防高级研究计划局（DARPA）等美国军方部门资助，由空军研究实验室共同管理，阿拉斯加大学费尔班克斯分校主要负责运行，天线阵列等实验设施的设计与建设工作由BAE（英国航空航天系统公司）承担。1993年，该设施开始施工。截至 2008 年，HAARP 已产生约 2.5 亿美元的税收资助建设和运营成本。[1]

2007年，“竖琴计划”的基地设施建成。在设施建成的初期，基地由美国空军、海军和2014 年 5 月，“竖琴计划”宣布将于当年晚些时候永久关闭，该设施的所有权于2015年8月转让给阿拉斯加大学费尔班克斯分校。[8]

项目概述

”竖琴计划“实验的主要目标是对大气最上层的电离层进行科学研究。该项目主要通过将高频无线电以脉冲信号或连续信号的形式发射或引导至电离层，然后使用甚高频雷达、超高频雷达、高频无线电接收机和光学摄像机观测和收听无线电信号在电离层的物理作用过程。[1]对电离层的科学探测和研究有着广泛的民用和军事用途，例如能够提高全球定位系统的精度、减小无线电信号传输的误差和延迟等，可以应用在通信、导航、测绘等多个领域中。

“竖琴计划”的设施于1993年开始建设，坐落于北纬62°23′30″、西经145°09′03″，位于阿拉斯加州加科纳以北、兰格尔-圣埃利亚斯国家公园以西。[1]

“竖琴计划”的天线阵列

“竖琴计划”设施的建设可以分为以下三个阶段：

开发性原型：该技术形态的“竖琴计划”设施有18个天线单元，以3×6的形态排列。该形态的天线阵列可输出约360kW的总功率，能够支持最基本的电离层实验的能量需求。[9]

拓展开发性原型：该技术形态的设施拥有48个天线单元，以6×8的形态排列。该形态的总输出功率约为960kW，与世界范围内的其他许多电离层加热器设施处于同一水平。[9]

最终完成的电离层研究设施（IRI）：这是”竖琴计划“设施的最终形态。它的天线阵列由180个天线单元组成，此时该设施的占地约为12-16公顷，发射机总功率为3.6MW。2007年3月，所有天线安装就位并开始测试。[9]

研究内容

”竖琴计划“设施的一些主要功能包括[10]：

借助庞大的天线阵列体积，生成甚低频(VLF) 无线电波。

产生人工极光。这种现象通常是难以被肉眼直接观察到的，但通常可以使用科学仪器检测到。在某些地球物理条件和发射机配置下，这种现象的亮度足以用肉眼观察。

生成0.1Hz 范围内的极低频电磁波(ELF)并向电离层发射。

生成进入电离层并能够反射到地球另一侧的超高频无线电信号，所发射的无线电波在传播途中会与范艾伦辐射带的粒子发生相互作用。

使用超高频无线电信号局部加热地球电离层的一小片区域。

“竖琴计划”设施上空的极光

”竖琴计划“的研究内容包括许多大气科学和射电观测领域的研究课题。整个计划分包含以下的研究方向和课题：

甚低频无线电：指3KHz到30KHz频段的无线电波。甚低频无线电多数用作潜艇通讯、无线心跳频率检测器及地球物理学研究等。另外对于雪崩、地震等自然灾害发生后的人命及财产搜索，甚低频无线电亦起了一定的作用。

太阳物理学：天文物理学的分支，对最接近我们的恒星尽可能的进行精密观测，进行研究、利用和解释。”竖琴计划“可以通过观测电离层，对太阳风暴等太阳活动进行观测和研究。

极光：地球的极光，由来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。“竖琴计划”也可对极光现象的作用过程和机制进行研究[11]。

电离层加热：电离层是地球大气层被太阳射线电离的部分，它是地球磁层的内界。由于它影响到无线电波的传播，它有非常重要的实际意义。“竖琴计划”可以对电离层进行人工局部加温并观测其变化和引发的后果[12]。

等离子体研究：等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用，因而也是“竖琴计划”的研究对象之一[13]。

“竖琴计划”其他的研究项目还包括受激电子排放、多频差动激光、陀螺高频加热研究、乘波体原理以及大气电波和流星雨电波等。[1]

仪器设备

”竖琴计划“设施的主要仪器是由天线阵列组成的电离层研究仪器（IRI）。该设备可以作为发射机向电离层主动发射信号，也可作为接收天线阵列接收电磁信号。“竖琴计划”的每个天线元件由一个交叉偶极子组成，可以极化以进行线性、普通模式（O 模式）或非寻常模式（X 模式）传输和接收。[7]

在主动电离层研究期间，发射机系统生成的信号被传送到天线阵列并向大气层发射。不同频率的信号能够抵达70至350公里的高度，并被“竖琴计划”设施上方直径数十公里、厚度几米的一部分大气吸收。“竖琴计划”发射机发射的电磁信号与电离层中的物质和能量发生相互作用，并被地面的实验器材探测。

除主体的IRI阵列外，“竖琴计划”的设施内还有其他用于研究的地球物理仪器[1]，例如：

由阿拉斯加大学费尔班克斯地球物理研究所制造的磁通门磁力计。该仪器可用于绘制地球磁场变化的图表，对探测地磁风暴、研究太阳风等有着重要作用。

超高频（VHF）和甚高频（UHF）雷达，用于探测和接受从电离层返回的电磁波信号。

可以提供电离层剖面图的数字探测器，使科学家能够为IRI选择合适的频率。

东京大学提供的感应磁力计，可测量0-5Hz超低频(ULF)范围内变化的地磁场。

成果发表

“竖琴计划”所属的科学家或其他科学家和科研机构利用“竖琴计划”设施获得的研究成果一般发布在《地球物理研究快报》《地球物理研究杂志》《自然》等国际主流地球物理、自然科学研究期刊上。例如：

2008年6月科恩等人发布在《地球物理快报》的《几何调制：通过对低电离层进行连续高频加热来产生可操纵ELF/VLF波的更有效方法》（'Geometric modulation: A more effective method of steerable ELF/VLF wave generation with continuous HF heating of the lower ionosphere'）[12]

海瑟尔等人2014年在《地球物理研究杂志：空间物理学》上发布的《根据光谱气辉测量推断的加热器诱导电离》（ 'Heater-induced ionization inferred from spectrometric airglow measurements'）[13]

托德·佩德森2005年在《自然》杂志上发布的《通过高功率无线电波在极光中产生可见的人造光发射》（'Creation of visible artificial optical emissions in the aurora by high-power radio waves'）[11]

类似设施

除”竖琴计划“外，全球范围内还有许多与之类似的电离层加热器实验设施：

“苏拉”电离层加热设施的天线阵列

“苏拉”（Sura）电离层加热设施，位于俄罗斯下诺夫哥罗德附近的瓦西里苏尔斯克，1981年开始投入使用。[14]

EISCAT-Heating，由欧洲非相干散射科学协会（EISCAT）运营，位于挪威。[15]

阿雷西博天文台，也称美国国家天文学和电离层中心（NAIC），位于波多黎各，已于2020年退役。[16]

普拉特维尔大气观测站，位于美国科罗拉多州普拉特维尔，是世界上最早的电离层加热器设施之一，于1968年至1984年间运行。该设施已经停止电离层加热相关研究，但仍作为大气观测站运行。[17]

HIPAS天文台，位于美国阿拉斯加州费尔班克斯附近，已于2009年拆除。[18]

相关争议

阿雷西博天文台

阴谋论

“竖琴计划”公开以来，就成为了诸多阴谋论观点的重要关注对象。有很多来自不同行业、国家的人对该项目可能存在的隐藏目的和能力进行了诸多猜测，也将很多玄之又玄的“未解之谜”与“竖琴计划”的实验关联在一起。例如加拿大经济学家、作家、阴谋论者米歇尔·乔苏朵夫斯基就曾在《崩溃：货币、债务和国家财富：零通胀政策如何导致世界货币和经济体系崩溃：经济改革第一个十年选集》一书中专门开辟了一个名为“气候操纵作为战争武器”的章节，认为“竖琴计划”有能力“引发洪水、飓风、干旱和地震”。[19]在其他的书籍和文章中，在伊朗、巴基斯坦、海地、土耳其、希腊、菲律宾、加拿大等其他地方发生的一系列自然灾害，乃至是环球航空800号航班空难、海湾战争综合征等都被一些阴谋论者认为是“竖琴计划”的实验导致的[20]。

《竖琴计划》书籍

关于“竖琴计划”最为著名的文学作品之一，应当是美国人杰里·E·史密斯于1998年撰写的《竖琴计划：美国最后的阴谋》一书[21]。该书于2013年被翻译为中文，由江苏文艺出版社出版。该书的中文版页数为243页，共分为以下几个章节：

《竖琴计划：美国最后的阴谋》中译本封面

第一章 旷野中的怪兽

第二章 与特斯拉相连

第三章 电磁之战：莫斯科信号，俄罗斯啄木鸟，地波紧急网络和HAARP

第四章 失控的科学或是“星球大战”

第五章 阴谋集团的秘密科研

第六章 阴谋是什么?

第七章 刑事诉讼

本书作者认为，“竖琴计划”是美国军方的一个巨大阴谋，其对外宣称的民用性质只不过是一个幌子，“竖琴计划”的真实目的是研究并实验气象武器、辐射武器、“透视技术”乃至“电磁武器”、“能量护盾”、“意念操控”等“新概念武器”，是美国军方“二十世纪最具野心的终极项目”。[21]

目前互联网上关于“竖琴计划”的各种传闻，也多以本书作为依据和来源。[22]

中文自媒体报道

2015年以来，一些中文自媒体平台作者开始了解并且关注“竖琴计划”，并围绕该计划撰写文章。这些文章主要集中在两类内容：对“竖琴计划”的所谓“揭秘”；将“竖琴计划”与自然灾害相关联，指控其为美国发动的”气象武器攻击“，与《竖琴计划：美国最后的阴谋》书中的观点十分类似。[23]

批驳观点

对于针对”竖琴计划”的一系列质疑和遐想，也曾有许多权威专家发表了针对“竖琴计划”阴谋论的批驳言论。例如：

斯坦福大学教授乌姆兰·伊南 (Umran Inan)曾向《大众科学》杂志表示，天气控制阴谋论是“完全无知”的，并解释说“我们绝对无法做任何事情来扰乱地球的天气系统。尽管“竖琴计划”辐射的能量非常大，但它与自然界的闪电等能量释放相比却微乎其微。”[10]

计算机科学家大卫·奈迪特驰（David Naiditch）将“竖琴计划”描述为“吸引阴谋论者的磁石”，并表示 HAARP 吸引了他们的注意力，因为“对于缺乏科学知识的人来说，其目的似乎非常神秘。”，并表示阴谋论的流行常常掩盖了“竖琴计划” 可能为科学界提供的好处和进步意义。[5]

华盛顿大学助理教授奥斯汀·贝尔德 (Austin Baird) 在《阿拉斯加快报》上撰文称：“’竖琴计划'容易受到阴谋论批评的原因是简单的。该设施的开放方式与全国其他联邦资助的研究设施不同，也没有尽力向公众解释其研究的重要性。”[24]

除此之外，自2016年开始，负责运营“竖琴计划”设施的阿拉斯加大学费尔班克斯分校地球物理研究所为回应针对该项目的各种言论和传闻，宣布将于当年8月开始举办一年一度的开放日，开放日期间欢迎来自全球的任何游客前往参观整个设施。[1]

流行文化

”竖琴计划“的设施或概念也有在一些流行文化作品中出现。例如：

”竖琴计划“的设施出现在2004年的电子游戏《X战警传奇》中。在游戏中，X 战警追踪变种人兄弟会至”竖琴计划“的基地。该设施与现实中的设施有很大不同，周围有雪谷，下面有巨大的冰隧道。它由大量安全部队守卫，包括武装警卫和坦克。[25]

UPN出品的电视剧《七日》第一季第11集的标题是“HAARP 攻击”，于1999年1月27日播出。[26]

一些军事装备

事实上，存在一些与“竖琴计划”原理和作用机制相近的军用设备，例如长波电台、天波雷达等。

长波电台

长波电台

长波电台与“竖琴计划”类似，也是由大功率的天线阵列组成。长波（包括超长波）是指频率为300kHz以下，波长为1000m-10000m的无线电波。长波由于波长较长，因此能够穿透海水、山脉等介质和障碍物传播，并可超视距传播。因此长波电台也常用于军事用途，主要用于潜艇通讯。[27]

天波雷达

天波雷达，又称天波超视距雷达。天波雷达与“竖琴计划”的作用原理有些类似，其探测原理利用了电离层反射和折射无线电波的特性，使得其发射的电磁可以不受地球曲率的限制，传播到极远的距离，进而实现天波雷达极大的探测距离。天波超视距雷达因其探测距离远，覆盖范围大，单位面积所需成本低，抗隐身能力强等优点，在国内外得到广泛关注与应用。[28]目前较为有代表性的天波雷达有美国的AN/TPS-71 ROTHR（“可重定位超视距雷达”）、俄罗斯的“啄木鸟”等。

俄罗斯”Дуга“（Duga/啄木鸟）天波雷达

天波雷达的功率一般要比“竖琴计划”之类的科研设施更大。如俄罗斯的“啄木鸟”天波雷达，峰值功率约为10MW[29]，是“竖琴计划”的约3倍。