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

防雷新概念 我國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，這幾天古城西安也烏云密布，電閃雷鳴。在西安郊區的一處空地上，一枚火箭拖著一根細線騰空而起，就在它鉆入濃密的烏云后，震耳欲聾的雷聲消失了，閃電無聲的順著火箭上的鋼絲猛扎到地面。

原來，這是我國新一代人工引雷專用火箭正在試驗。夏日的雷電驚心動魄，震撼人心。前些年它擊中山東黃島油庫，燃起熊熊大火，損失慘重。據有關部門保守的估計，我國每年因雷電造成的經濟損失高達億元以上。

中國氣象科學研究院雷電物理與防護工程實驗室主任張義軍介紹，“人工引雷”就是在適宜的雷爆條件下，通過一枚小型火箭將雷電人為地引發到地面。使本來隨機發生的自然雷電在可控狀態下進行，從而獲得近距離研究雷電的機會。近日，在西安，我國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、美國、日本、巴西和中國掌握了人工引雷技術。

張義軍解釋說，雷電發生前，云層中的電場將會影響地面上的電場。所以根據地面上的電場強度，可以大概推斷云層中的電場強度，以確定“觸”雷時間。當火箭飛到200—400米高度時，就在雷暴云和大地之間建立了一條放電“通道”，觸發閃電的過程和自然閃電的過程是完全相似的。

那么，人工引雷又是如何進行的呢？人工引雷火箭拖著一條細細的鋼絲，這是引雷的關鍵。引雷火箭導線要有足夠的抗拉強度，要細要輕，以減輕火箭的負荷，而且導線表面要光滑，以減小飛行阻力。

在實際引雷中，導線一般采用直徑為0.2毫米的細鋼絲，為了增加鋼絲的機械強度及耐火強度，在鋼絲外面包上一層尼龍。導線的長度大約為幾百米，一般被繞在一個線軸上。線軸的繞制是一項比較精細的工作，繞線質量的好壞直接關系到拉線的成功率。

張義軍介紹，引雷火箭是人工引雷的主要工具，火箭采用復合材料，箭體內有火箭發動機、發動機點火電爆管。為了防止火箭發射后落下時砸傷人員和附近的房屋，所以箭頭內有降落傘、拋傘點火藥及延時裝置。

火箭發射后上升的速度是能否成功引雷的關鍵。火箭的發射速度，要掌握適中，最大速度以不超過每秒190米為宜。太快了，會把直徑0.2毫米、僅能承受7公斤拉力的鋼絲拉斷，達不到引雷的目的。火箭太慢了，趕不上帶電粒子的飄移速度，同樣不能引雷電落地。

我國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；火箭在箭頭內部裝有降落傘，可在火箭發動機燃燒完并達到最大高度時將降落傘拋出，牽引箭頭和火箭殘體緩緩落下，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，傳統的避雷系統還是由避雷針、避雷帶、引下線、接地體等構成的，但隨著新型避雷裝置的研究，需要進行更加實際的雷擊試驗。因此，“人工引雷”不但可以用于雷電物理研究，還能對雷電防護裝置的性能進行綜合試驗和評估。對雷電防護設備的檢測，過去只能在高壓實驗室內進行。而“人工引雷”提供了最接近真實的自然雷電模擬源，可對防雷設備機理及效果進行檢驗，結果更為可靠。

另外，氣候變化和雷暴雷電活動之間有著密切的關系，人工引雷試驗表明，人工引發雷電對雷暴電場和降水有明顯影響，一般會導致降雨猛增。相關的模擬計算也表明，對冰雹云進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程的一個有效手段。

“人工引雷”所擊地點的附近還會產生強大的電磁輻射。這種輻射則可能誘發農作物或其種子基因發生變異。比如在北京延慶縣許家營的一次人工引雷試驗中，引雷地點在玉米地旁，引雷成功的閃電擊地點距玉米植株最近距離只有0.6米，兩次引雷的時間又適值玉米的吐穗期和揚花期。引雷之后，不僅附近的玉米地結出的玉米產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了穗。所以如果將“人工引雷”技術應用于人工育種，就能以大大低于太空育種的成本，選育出多種有實用價值的新品種。


地球上每天會有800萬次雷電。一次閃電，云和大地間的電壓可達1億伏，電流強度可達10萬安培，閃電的長度可達1萬米，電火花直徑也有十幾厘米，閃電的功率可達100億千瓦，是我國葛洲壩水電站發電功率的幾千倍。雷電的確是一種強大的能源，如果能控制它并為人類造福將產生不可估量的價值。人工引雷火箭也許是走向成功的第一步。