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防雷新概念 我國(guó)研制新型人工引雷火箭
2021-11-09 11:08:33

防雷新概念 我國(guó)研制新型人工引雷火箭


今年夏天雷陣雨天氣變得多了起來(lái)，這幾天古城西安也烏云密布，電閃雷鳴。在西安郊區(qū)的一處空地上，一枚火箭拖著一根細(xì)線騰空而起，就在它鉆入濃密的烏云后，震耳欲聾的雷聲消失了，閃電無(wú)聲的順著火箭上的鋼絲猛扎到地面。

原來(lái)，這是我國(guó)新一代人工引雷專用火箭正在試驗(yàn)。夏日的雷電驚心動(dòng)魄，震撼人心。前些年它擊中山東黃島油庫(kù)，燃起熊熊大火，損失慘重。據(jù)有關(guān)部門(mén)保守的估計(jì)，我國(guó)每年因雷電造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)億元以上。

中國(guó)氣象科學(xué)研究院雷電物理與防護(hù)工程實(shí)驗(yàn)室主任張義軍介紹，“人工引雷”就是在適宜的雷爆條件下，通過(guò)一枚小型火箭將雷電人為地引發(fā)到地面。使本來(lái)隨機(jī)發(fā)生的自然雷電在可控狀態(tài)下進(jìn)行，從而獲得近距離研究雷電的機(jī)會(huì)。近日，在西安，我國(guó)新一代人工引雷專用火箭研制成功。目前，世界上也只有法國(guó)、美國(guó)、日本、巴西和中國(guó)掌握了人工引雷技術(shù)。

張義軍解釋說(shuō)，雷電發(fā)生前，云層中的電場(chǎng)將會(huì)影響地面上的電場(chǎng)。所以根據(jù)地面上的電場(chǎng)強(qiáng)度，可以大概推斷云層中的電場(chǎng)強(qiáng)度，以確定“觸”雷時(shí)間。當(dāng)火箭飛到200—400米高度時(shí)，就在雷暴云和大地之間建立了一條放電“通道”，觸發(fā)閃電的過(guò)程和自然閃電的過(guò)程是完全相似的。

那么，人工引雷又是如何進(jìn)行的呢？人工引雷火箭拖著一條細(xì)細(xì)的鋼絲，這是引雷的關(guān)鍵。引雷火箭導(dǎo)線要有足夠的抗拉強(qiáng)度，要細(xì)要輕，以減輕火箭的負(fù)荷，而且導(dǎo)線表面要光滑，以減小飛行阻力。

在實(shí)際引雷中，導(dǎo)線一般采用直徑為0.2毫米的細(xì)鋼絲，為了增加鋼絲的機(jī)械強(qiáng)度及耐火強(qiáng)度，在鋼絲外面包上一層尼龍。導(dǎo)線的長(zhǎng)度大約為幾百米，一般被繞在一個(gè)線軸上。線軸的繞制是一項(xiàng)比較精細(xì)的工作，繞線質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到拉線的成功率。

張義軍介紹，引雷火箭是人工引雷的主要工具，火箭采用復(fù)合材料，箭體內(nèi)有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電爆管。為了防止火箭發(fā)射后落下時(shí)砸傷人員和附近的房屋，所以箭頭內(nèi)有降落傘、拋傘點(diǎn)火藥及延時(shí)裝置。

火箭發(fā)射后上升的速度是能否成功引雷的關(guān)鍵?；鸺陌l(fā)射速度，要掌握適中，最大速度以不超過(guò)每秒190米為宜。太快了，會(huì)把直徑0.2毫米、僅能承受7公斤拉力的鋼絲拉斷，達(dá)不到引雷的目的?；鸺耍s不上帶電粒子的飄移速度，同樣不能引雷電落地。

我國(guó)新一代引雷火箭的速度范圍控制在120m／s-190m／s之間，滿足成功拖線的要求；火箭在箭頭內(nèi)部裝有降落傘，可在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒完并達(dá)到最大高度時(shí)將降落傘拋出，牽引箭頭和火箭殘?bào)w緩緩落下，保證了地面人員的安全。

那么人工引雷火箭究竟有哪些作用呢？張義軍說(shuō)，傳統(tǒng)的避雷系統(tǒng)還是由避雷針、避雷帶、引下線、接地體等構(gòu)成的，但隨著新型避雷裝置的研究，需要進(jìn)行更加實(shí)際的雷擊試驗(yàn)。因此，“人工引雷”不但可以用于雷電物理研究，還能對(duì)雷電防護(hù)裝置的性能進(jìn)行綜合試驗(yàn)和評(píng)估。對(duì)雷電防護(hù)設(shè)備的檢測(cè)，過(guò)去只能在高壓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。而“人工引雷”提供了最接近真實(shí)的自然雷電模擬源，可對(duì)防雷設(shè)備機(jī)理及效果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果更為可靠。

另外，氣候變化和雷暴雷電活動(dòng)之間有著密切的關(guān)系，人工引雷試驗(yàn)表明，人工引發(fā)雷電對(duì)雷暴電場(chǎng)和降水有明顯影響，一般會(huì)導(dǎo)致降雨猛增。相關(guān)的模擬計(jì)算也表明，對(duì)冰雹云進(jìn)行人工引雷可以使冰雹削減、降水增加。這樣在一定條件下，人工引雷有可能成為人工影響天氣過(guò)程的一個(gè)有效手段。

“人工引雷”所擊地點(diǎn)的附近還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射。這種輻射則可能誘發(fā)農(nóng)作物或其種子基因發(fā)生變異。比如在北京延慶縣許家營(yíng)的一次人工引雷試驗(yàn)中，引雷地點(diǎn)在玉米地旁，引雷成功的閃電擊地點(diǎn)距玉米植株最近距離只有0.6米，兩次引雷的時(shí)間又適值玉米的吐穗期和揚(yáng)花期。引雷之后，不僅附近的玉米地結(jié)出的玉米產(chǎn)量高于其他地塊四倍以上，而且在雷擊地附近的玉米雄花上也結(jié)了穗。所以如果將“人工引雷”技術(shù)應(yīng)用于人工育種，就能以大大低于太空育種的成本，選育出多種有實(shí)用價(jià)值的新品種。


地球上每天會(huì)有800萬(wàn)次雷電。一次閃電，云和大地間的電壓可達(dá)1億伏，電流強(qiáng)度可達(dá)10萬(wàn)安培，閃電的長(zhǎng)度可達(dá)1萬(wàn)米，電火花直徑也有十幾厘米，閃電的功率可達(dá)100億千瓦，是我國(guó)葛洲壩水電站發(fā)電功率的幾千倍。雷電的確是一種強(qiáng)大的能源，如果能控制它并為人類造福將產(chǎn)生不可估量的價(jià)值。人工引雷火箭也許是走向成功的第一步。