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

防雷新概念 我国研制新型人工引雷火箭


今年夏天雷阵雨天气变得多了起来，这几天古城西安也乌云密布，电闪雷鸣。在西安郊区的一处空地上，一枚火箭拖着一根细线腾空而起，就在它钻入浓密的乌云后，震耳欲聋的雷声消失了，闪电无声的顺着火箭上的钢丝猛扎到地面。

原来，这是我国新一代人工引雷专用火箭正在试验。夏日的雷电惊心动魄，震撼人心。前些年它击中山东黄岛油库，燃起熊熊大火，损失惨重。据有关部门保守的估计，我国每年因雷电造成的经济损失高达亿元以上。

中国气象科学研究院雷电物理与防护工程实验室主任张义军介绍，“人工引雷”就是在适宜的雷爆条件下，通过一枚小型火箭将雷电人为地引发到地面。使本来随机发生的自然雷电在可控状态下进行，从而获得近距离研究雷电的机会。近日，在西安，我国新一代人工引雷专用火箭研制成功。目前，世界上也只有法国、美国、日本、巴西和中国掌握了人工引雷技术。

张义军解释说，雷电发生前，云层中的电场将会影响地面上的电场。所以根据地面上的电场强度，可以大概推断云层中的电场强度，以确定“触”雷时间。当火箭飞到200—400米高度时，就在雷暴云和大地之间建立了一条放电“通道”，触发闪电的过程和自然闪电的过程是完全相似的。

那么，人工引雷又是如何进行的呢？人工引雷火箭拖着一条细细的钢丝，这是引雷的关键。引雷火箭导线要有足够的抗拉强度，要细要轻，以减轻火箭的负荷，而且导线表面要光滑，以减小飞行阻力。

在实际引雷中，导线一般采用直径为0.2毫米的细钢丝，为了增加钢丝的机械强度及耐火强度，在钢丝外面包上一层尼龙。导线的长度大约为几百米，一般被绕在一个线轴上。线轴的绕制是一项比较精细的工作，绕线质量的好坏直接关系到拉线的成功率。

张义军介绍，引雷火箭是人工引雷的主要工具，火箭采用复合材料，箭体内有火箭发动机、发动机点火电爆管。为了防止火箭发射后落下时砸伤人员和附近的房屋，所以箭头内有降落伞、抛伞点火药及延时装置。

火箭发射后上升的速度是能否成功引雷的关键。火箭的发射速度，要掌握适中，最大速度以不超过每秒190米为宜。太快了，会把直径0.2毫米、仅能承受7公斤拉力的钢丝拉断，达不到引雷的目的。火箭太慢了，赶不上带电粒子的飘移速度，同样不能引雷电落地。

我国新一代引雷火箭的速度范围控制在120m／s-190m／s之间，满足成功拖线的要求；火箭在箭头内部装有降落伞，可在火箭发动机燃烧完并达到最大高度时将降落伞抛出，牵引箭头和火箭残体缓缓落下，保证了地面人员的安全。

那么人工引雷火箭究竟有哪些作用呢？张义军说，传统的避雷系统还是由避雷针、避雷带、引下线、接地体等构成的，但随着新型避雷装置的研究，需要进行更加实际的雷击试验。因此，“人工引雷”不但可以用于雷电物理研究，还能对雷电防护装置的性能进行综合试验和评估。对雷电防护设备的检测，过去只能在高压实验室内进行。而“人工引雷”提供了最接近真实的自然雷电模拟源，可对防雷设备机理及效果进行检验，结果更为可靠。

另外，气候变化和雷暴雷电活动之间有着密切的关系，人工引雷试验表明，人工引发雷电对雷暴电场和降水有明显影响，一般会导致降雨猛增。相关的模拟计算也表明，对冰雹云进行人工引雷可以使冰雹削减、降水增加。这样在一定条件下，人工引雷有可能成为人工影响天气过程的一个有效手段。

“人工引雷”所击地点的附近还会产生强大的电磁辐射。这种辐射则可能诱发农作物或其种子基因发生变异。比如在北京延庆县许家营的一次人工引雷试验中，引雷地点在玉米地旁，引雷成功的闪电击地点距玉米植株最近距离只有0.6米，两次引雷的时间又适值玉米的吐穗期和扬花期。引雷之后，不仅附近的玉米地结出的玉米产量高于其他地块四倍以上，而且在雷击地附近的玉米雄花上也结了穗。所以如果将“人工引雷”技术应用于人工育种，就能以大大低于太空育种的成本，选育出多种有实用价值的新品种。


地球上每天会有800万次雷电。一次闪电，云和大地间的电压可达1亿伏，电流强度可达10万安培，闪电的长度可达1万米，电火花直径也有十几厘米，闪电的功率可达100亿千瓦，是我国葛洲坝水电站发电功率的几千倍。雷电的确是一种强大的能源，如果能控制它并为人类造福将产生不可估量的价值。人工引雷火箭也许是走向成功的第一步。