人工引雷酷炫背后的玄机 专家揭秘成功引雷的关键

  地球上每天会有数百万次以上的雷电发生,一次闪电,云和大地间的电压可达1亿伏,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。中科院大气物理研究所的验收专家介绍,中国的引雷火箭叫“YL-1”,它是中国科学院重大科研装备研制项目“雷电综合探测网络及新一代人工引雷系统研制”的一部分。

此外,人工触发闪电的成功率与试验期间雷暴条件、触发方式、火箭质量、导线拖放情况有关系。整体而言,引雷能否成功是多个因素综合的结果。比如,火箭发射是否正常、发射时机是否得当、发射过程中有无自然闪电等。把握好人工引雷时机,需要准确的观测、扎实的理论基础和丰富的实践经验相结合。

  记者从中科院大气物理研究所了解到,中国最新的专用引雷火箭已经成功通过验收,有望收集自然界发生的雷电能源。

人工引雷火箭拖着一条细细的钢丝,钢丝需要有足够的抗拉强度,要细、要轻,以减轻火箭的负荷。火箭发射后上升的速度也是决定能否成功引雷的关键。火箭的发射速度太快,容易将钢丝拉断而导致引雷失败;火箭太慢,不利于火箭冲破其尖端电晕放电产生的屏蔽层,同样难以引发雷电。

传统的火箭,需要躲避暴雨,但是,“YL-1”却要在雨中“作业”,因此,火箭的质地和以往的都不一样,非常细小且轻便。火箭上天后,雷电会顺着细钢丝把“能源”引发到地面。在雷电发生前,一般地面上的电场会有“反应”,根据地面上监测站的数据,发射地点和时间十几分钟就能确定,当火箭发射到200—400米高度的时候,雷暴云和地面之间就形成了一个“走廊”,火箭的箭体“触发”到自然闪电后,瞬间捕捉,又即时通过细长的引导线,传输到地面收集系统。目前国家气象部门已和国家电力公司合作,拟开发引雷火箭这种产品,并在全国展开试点,向雷电讨要能源。

雷电外场试验是与电压非常高、电流非常大、电磁辐射非常强的观测对象打交道,试验人员的安全始终要被放在首位。因此,人工引雷必须采取严格的安全措施。在发射火箭引雷时,所有试验人员必须待在一个牢固可靠、有良好的屏蔽和接地的金属方舱内,即“法拉第笼”。这个金属方舱,即使是被雷击中,里面的试验人员也是安全的。在整个试验过程中,所有试验人员都必须严格遵守规章制度和操作规范。同时,试验人员要准确获取观测数据,每个环节都来不得半点儿马虎。

据介绍,人工触发闪电的特点是闪电发生位置确定、发生时间可预知、便于近距离测量,所产生的强电磁环境与自然地闪后续回击没有差异,并且可以实现闪电通道底部电流的直接测量,可获取其电流、近距离电磁场等关键数据。

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“并非每次人工引雷都能成功。”吕伟涛表示,世界上有多个国家曾开展或仍在开展人工引雷试验。国内外人工引雷试验成功率大多在30%-40%,随着探测手段的丰富完善和科学家经验的不断积累,人工引雷的成功率会有所提升。中国气象局雷电野外科学试验基地近几年引雷的成功率达到了60%以上。截至目前,这个雷电基地已连续14年开展人工引雷试验,成功引发189次闪电,极大地丰富了雷电物理、防护、探测等理论、技术研究所需的第一手观测资料。人工引下来的雷电能量还难以储存应用

“当前,人工触发闪电是能够较为真实地模拟自然闪电的唯一手段,需要开展人工引雷试验来实现。”吕伟涛认为,当引雷试验场上方有雷暴云经过的时候,在合适条件下,通过向上发射尾部拖曳金属导线的引雷火箭,快速上升的火箭会促使放电通道起始并向上发展入云,最终形成云和地之间强烈的放电现象。

新葡京官网入口,自然闪电常常是指雷暴云内、云间或者云与地之间自然发生的强烈放电现象。雷暴云与地面之间的放电称为云地闪或地闪,颇为鲜明的特征是击中地面或地上的物体;未击中地面或地上的物体的闪电则统称为云闪。由于持续的时间很短,绝大多数自然闪电不超过1秒钟,且发生时间和位置具有较强随机性和不确定性。

“成功引雷的关键是准确估测空中电场强度。”吕伟涛说,可发生放电的电场强度一般为每米百千伏量级。现有观测手段不能直接探测云中电荷和空中电场分布情况,试验人员只能通过测量地面大气电场推测空中电场强度及其变化趋势。

不少人都很好奇,能不能把雷电释放的能量收集起来呢?雷电出没动静很大,给人的感觉是能量超强,但一次典型的地闪释放的能量大约为109至1010焦耳。5个100瓦的灯泡亮1个月消耗的能量大约为1.3×109焦耳,所以一次雷电释放的能量并没有想象中那样大。但由于雷电放电具有很强的瞬时性,其能量往往在非常短的时间内被释放。因此,雷电瞬时功率非常强,目前还没有合适的能量储存器能经得起雷击的考验。另外,雷电出现时间和地点存在很大随机性,在一个固定地点发生的雷击很有限,即使对于几百米的高层建筑,每年被雷击中的概率也就几十次,因此收集雷电的能量并没那么容易。

传统的避雷系统是由避雷针、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。有科学家指出,人工引雷提供了最接近真实的自然雷电模拟源,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,有力推动雷电防护技术的创新研发和应用。引下来的雷电为什么看起来那么直?

因此,人工引雷是研究雷电放电过程、雷击效应及测试雷电探测设备、雷电防护技术和器件的重要手段;可以基于此开展很多科学试验,包括雷击过程及其机理的研究、新型雷电探测技术的研发与测试以及雷电防护技术的测试等。人工引雷必须满足苛刻的条件

人工引雷是由快速上升并拖曳金属导线的小火箭引发的,火箭的上升将从线轴拉出的导线拉直。放电过程通常从200-400米高度起始,向上自持发展,在空气中形成常见的不规则放电通道。当放电自持发展到云内时,云中电荷沿着已经建立的通道卸放到地。人工触发闪电触发高度(大约200-400米)以下的通道通常都是沿着拉直的导线。在最近网上广泛传播的图片和视频中,因为拍摄位置距离人工触发闪电通道很近,视野有限,只看到导线部分的通道,所以展现的闪电通道都是直的。实际上,在几百米以上,人工触发闪电的通道是在空气中自由传播的,通道就不会那么直了。来源
猜你会好奇 郝非尔 编辑 王鸿良 监制 黄玉迎 侯莎莎流程编辑 TF003