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    我們不是在渡劫
    ，而是在引雷
    

    發(fā)布時間：2022-07-28人氣：143
    

    自然發(fā)生的雷電
    行蹤詭異
    、難以預(yù)測
    ；
    而人工引雷，
    就是讓雷電在可知可控的條件下發(fā)生的技術(shù)
    。
    蔣如斌 · 中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員
    格致論道77期 | 2022年2月26日 北京
    大家好
    ，我是蔣如斌，來自于中國科學(xué)院大氣物理研究所
    。很高興今天有機會跟大家分享我與雷電打交道的故事和經(jīng)歷
    。
    說到雷電，大家應(yīng)該都不陌生
      。就像這個畫面一樣
      ，它往往出現(xiàn)在狂風(fēng)暴雨的惡劣天氣中。大家可能也都看過一些仙俠主題的影視劇，其中雷電經(jīng)常會和“渡劫”聯(lián)系在一起
      。
     
    這是為什么呢
      ？我想，可能是因為像“電絞”這樣的刑罰是人們所能想象的最大的一種痛苦了吧
      。在對世界末日
      、驚世浩劫之類場景的想象中，也常常伴以天雷滾滾的形象
      。這就在一定程度上表明了人們對于雷電的敬畏之心
      ，也表明雷電的危害之大、威力之兇猛
      。
     雷祖：九天應(yīng)元雷聲普化天尊（左）
    雷公
      、電母（中）
    雷神 Thor（右）
     
    在東西方的古神話當(dāng)中，雷電往往也是神秘力量的代表
      。比如我國古代道教的雷祖以及很多亞洲國家的雷公和電母
      ，還有西方神話當(dāng)中的雷神等。
     
    “無惡不作“的雷電
    已完成：10% //////////
     
    人們對于雷電的敬畏和驚恐之心是非常自然的
    ，因為它確實能給我們生活的各個方面帶來嚴(yán)重的威脅
    ，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡
    。在雷電防護水平和公眾防雷意識都比較低的印度
    ，嚴(yán)重時可能1個月就有數(shù)百人因雷擊而死亡。
     
    大家注意看這棵樹下的4個人
    ，是不是覺得有一點嚇人
    ？當(dāng)然，這個視頻也再次提醒我們：在雷雨天氣的時候
    ，千萬千萬不要在大樹底下避雨
    。
    雷電的災(zāi)害實際上不僅如此。2019年3月底
    ，四川省涼山州發(fā)生了嚴(yán)重的森林火災(zāi)
    ，32名消防戰(zhàn)士在這場火災(zāi)中壯烈地犧牲。而這場火災(zāi)的罪魁禍?zhǔn)拙褪抢纂姟?/span>
     
    還有讓我們特別心痛的2011年7·23特大鐵路交通事故
    ，列車追尾導(dǎo)致了這場觸目驚心的災(zāi)難
    。這場災(zāi)難背后的原因，就是雷擊導(dǎo)致了列車運行控制中心設(shè)備的嚴(yán)重故障
    。
     
    此外
    ，雷電還會引起輸配電線路損毀，導(dǎo)致城鄉(xiāng)大規(guī)模停電
    ；它也會引燃化工原料
    ，使化工廠、油庫劇烈爆炸；它也會造成廣播
    、通訊中斷
    ，甚至嚴(yán)重威脅航空航天活動以及國防活動的安全。
     
    說到這里
    ，我想在大家的心中
      ，雷電可能已經(jīng)被描繪成了一個無惡不作的“瘋子”。雷電似乎天生就帶著一種不可饒恕的“原罪”
      ，但是和雷電打了十幾年的交道之后
      ，我總會試圖向周圍傳達：雷電實際上也有“性本善”的那些方面。
     
    雷電的“另一面”
    已完成：20% //////////
     
    這時候大家可能會非常鄙夷
      ，覺得看到了一個虛偽的形象
      ，也會有人說：蔣老師你是不是得了斯德哥爾摩綜合征？把它的暴力幻想成了它那該死的魅力
      ？我想說
      ，其實并不是這樣的。接下來
      ，我想帶大家一起去了解雷電那些不太一樣的側(cè)面
      。
    米勒實驗
     
    作為一種自然的物理過程，雷電的歷史實際比地球上的生命更加久遠
      。著名的米勒實驗曾經(jīng)模擬了早期地球的原始大氣
      ，把原始大氣放到圖中右上角的玻璃瓶里進行電擊，取得了一些氨基酸和其他有機物小分子
      ?div   id="m50uktp"   class="box-center">  ？茖W(xué)家在當(dāng)時推測，雷電可能在地球生命的起源過程中扮演了非常重要的角色
      。
     
    最近的研究探索了雷擊地球表面產(chǎn)生的閃電熔巖
      ，發(fā)現(xiàn)其中含有大量的活性磷和有機磷酸鹽分子。這類物質(zhì)實際上對生命誕生非常重要
    ，打個比方的話
    ，我們可以把雷電比作為女媧造人提供了最為寶貴的泥團。
     
    再把視角拉回到日常生活當(dāng)中
    。我們知道
    ，大氣電離層在我們的頭頂上方大概60公里，正是它對電波的反射
    ，使得廣播通訊的信號能夠在很遠的距離以外被接收到
    。
     
    但是研究發(fā)現(xiàn)，電離層實際上會源源不斷地向地球“漏電”
    。那么大家可能就會擔(dān)心
    ，這電會不會漏光
    ？如果這樣，我們的廣播通訊事業(yè)豈不會面臨著癱瘓的危險
    ？但實際上
    ，雷電和強對流雷暴云會默默地給電離層“充電”，動態(tài)地維持著電離層和地球電路的平衡
    。
     
    此外
    ，在擊穿大氣的過程中，雷電使得放電通道達到上萬度的高溫
    ，可以使氮氣
    、氧氣被完全電離，從而形成我們所說的氮氧化物
    ，進一步形成硝酸鹽
    ，而硝酸鹽恰恰是農(nóng)作物生長所需的養(yǎng)料。同時
    ，由于雷電產(chǎn)生的氮氧化物會進入全球的氮循環(huán)
    ，所以會對全球氣候和環(huán)境變化起到一定的調(diào)節(jié)作用。
     
    所以
    ，在雷雨灌溉大地的同時
    ，雷電也在起著固氮施肥的作用?div   id="4qifd00"   class="flower right">
    ？赡艽蠹視闷?div   id="4qifd00"   class="flower right">
    ，是不是能用雷電來發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)呢？就我個人而言
      ，對這一點持比較保守的態(tài)度
      。
     
    此外
    ，雷電還可以幫助我們監(jiān)測和預(yù)報強對流天氣
    ，比如短時的強降雨。這是為什么呢
    ？因為雷電本身孕育在強對流天氣系統(tǒng)的云系當(dāng)中
    ，蘊含了非常豐富的雨、雪
    、冰以及這種流場中風(fēng)的信息
    。通過準(zhǔn)確地探測雷電，并將相關(guān)信息整合到強對流天氣系統(tǒng)的數(shù)值模擬預(yù)報中
    ，就有可能改進它的預(yù)報效果
    。
     
    除了有用以外，雷電還可以說是一名“藝術(shù)家”
    。長期以來
    ，一般認(rèn)為雷電只能發(fā)生在地面以上十幾公里以內(nèi)的對流層當(dāng)中，而對流層以上到50公里的平流層、甚至平流層再往上的中間層大氣
    ，被認(rèn)為是沒有放電活動的
    。
     
    實際上，發(fā)生在對流層的雷電活動會產(chǎn)生強烈的電磁輻射效應(yīng)
    ，電磁波會傳到并影響幾十公里甚至上百公里的高空
    ，而在稀薄的大氣中會產(chǎn)生尺度更大、更加絢麗多彩的放電現(xiàn)象
    。它們有著非常有意思的名字
    ，比如紅色精靈、巨大噴流
    、藍色噴流等
    ，就像圖中所展示的這樣。
    我們來看一看用黑白相機拍攝到的紅色精靈
    。它發(fā)生
    、發(fā)展、放電的詳細過程
    ，就像一朵在高空中綻放的煙花
    ，特別漂亮和壯觀。
     
    講到這里
    ，我真的特別希望雷電在大家心中會有一個全新的印象
    。在我眼里，雷電是非常壯美的
    ，我認(rèn)為這種壯美并不是所謂的“惡之花”
    。我傾向于認(rèn)為，雷電所導(dǎo)致的錯誤
    、帶來的災(zāi)害甚至苦難是無心而為的結(jié)果
    ，我特別希望人類能夠跟雷電成為和諧共處的朋友。
     
    那么
    ，這就需要我們進一步地了解雷電
    、認(rèn)識雷電、靠近雷電
    ，但這其實不是一件容易的事情
    。我們來看一看雷電有什么樣的特點，研究它又有怎樣的難度
    。
     
    雷是如何引到地面的
    ？
    已完成：40% //////////
     
    一般來講，我們?nèi)庋鬯吹降睦纂娭皇且凰查g的放電現(xiàn)象
    ，或者一道閃光而已
    。
    這是我們用高速攝像機拍攝到的
    、從云打到地上的一次雷電放電過程，通過慢放可以看到它在空氣中蜿蜒爬行的放電通道
    。這個放電通道的發(fā)展速度有多快呢
    ？是10的5次方米每秒的量級，也就是說1秒鐘它能夠跑100公里甚至更遠的距離
    。
     
    而當(dāng)通道打到地上
    ，產(chǎn)生的這種強烈的閃光實際也有速度，也有發(fā)展方向
    。它能達到1/3的光速
    ，所以一般的高速攝像機甚至沒有辦法分辨這一過程。
     
    自然發(fā)生的雷電其實是行蹤詭異
    、難以預(yù)測的
    。雖然我們知道雷電會發(fā)生在強對流的云系當(dāng)中，但下一秒鐘它究竟會發(fā)生在哪里
    ，是打到我們的電視塔
    ？還是打到某個高聳的煙囪上？這是沒有辦法預(yù)測的
    ，因此這種詭異的行蹤也給研究帶來了難度
    。
    我們就會想，如果有辦法讓雷電在指定的時間和地點發(fā)生
    ，這樣是不是就可以對它進行更好的研究
    ？人工引雷，就是一項讓雷電在可知可控的條件下發(fā)生的技術(shù)
    ，也是我所在的研究團隊近十幾年來一直在從事的研究工作
    。
     
    怎樣去做人工引雷呢？首先需要有充了電的雷暴云
    。那當(dāng)天空充滿了電荷以后
    ，怎樣把它引下來？這就需要用到我們的引雷神器——也就是專業(yè)的引雷小火箭
    。
     
    從圖片中
    ，我們看到它的尾翼上固定著線軸，線軸上盤繞著幾百米長的細鋼絲
    。
    鋼絲的一端固定在地面上，隨著火箭的上升
    ，鋼絲被快速地拉伸開
    ，形成一條筆直的接地金屬通道。但是
    ，引雷火箭實際上只能飛到幾百米的高度
    ，而雷暴云或者說強對流云的電荷區(qū)一般在幾公里的高度以上
    ，這個放電橋梁是怎么構(gòu)建起來的呢？這要得益于火箭所在的位置
    ，也就是說細鋼絲尖端的位置發(fā)生了向上的尖端放電過程
    。這個放電形成了等離子通道，最終構(gòu)建了云和大地之間的放電
    ，雷就被引了下來
    。
    2021年7月，我們在山東開展了人工引雷實驗
    ，大家注意看小火箭拖著尾焰往上走的過程
    。當(dāng)時小伙伴們也很興奮。大家可能覺得這個視頻非?div   id="jfovm50"   class="index-wrap">？犰?div   id="jfovm50"   class="index-wrap">，但對我們來說，炫酷并不是重要的事情
      ，真正的研究也才剛剛開始
      。
    為什么要人工引雷？
    已完成：60% //////////
      
    雷引下來之后
      ，我們要做什么呢
    ？最重要的一件事情就是去探索雷電究竟是什么？雷電放電的參量
    、它產(chǎn)生的電磁輻射以及發(fā)生發(fā)展規(guī)律究竟如何
    ？這一系列事關(guān)雷電物理本質(zhì)的基礎(chǔ)科學(xué)問題，可以通過人工引雷回答
    。
    這幅圖是雷電的電流測量波形
    ，它就像是雷電的心跳頻率或者說心臟的泵血量，是一個非常重要的參量
    。
    我們還可以通過高速攝像機
    ，捕捉和拍攝它在大氣中舞動的曼妙身姿。
    當(dāng)然
    ，對于高速相機沒有辦法捕捉的過程
    ，我們還有其他神器，比如通過傳感器
    、利用射頻定位的辦法重構(gòu)閃電放電的物理過程
    。就可以得到這幅重構(gòu)的、非常漂亮的閃電發(fā)展圖像
    。
     
    通過人工引雷
    ，我們對雷電的物理過程、現(xiàn)象取得了一些新的認(rèn)識
    。在這里簡單地舉一個例子：它是怎樣發(fā)展和傳輸?shù)摹?/span>
    這里涉及連續(xù)傳輸
    、梯級傳輸兩個名詞
    ，我簡單地介紹一下。連續(xù)傳輸比較好理解
    ，它持續(xù)地往前發(fā)展放電通道
    ；而梯級傳輸則是間歇性的停頓，往前跳一步
    、再停頓
    、再往前跳一步地發(fā)展放電通道。
     
    一直以來
    ，我們都認(rèn)為通道中聚集正離子的所謂正極性通道是連續(xù)傳輸?shù)?div   id="m50uktp"   class="box-center">  ，而通道中聚集負電子的所謂負極性通道是梯級傳輸?shù)摹５?div   id="m50uktp"   class="box-center">  ，后來少量的觀測證據(jù)對此提出了質(zhì)疑
      。
     
    人工引雷可以很好地回答這個問題，比如我們可以精確地獲得它放電的電流參量
      ；我們也可以做不同距離
      、不同地方、不同頻段的電磁輻射探測
      ；因為它發(fā)生的位置是已知的
      ，我們也可以開展更快、更高速的高速攝像
      。這就系統(tǒng)地回答了正極性通道實際上也客觀地存在著梯級傳輸?shù)奶卣鳌?/span>
     
    說到這里
      ，大家可能覺得非常枯燥
      ，甚至有一點無聊
      ，覺得把這些問題搞清楚有什么意義？這個問題跟我有什么關(guān)系
      ？我一度也只能用“哪里存在未知
      ，我們就要去解決它”來回答。直到后來我們發(fā)現(xiàn)
      ，早期通道的梯級特征可以作為發(fā)生雷擊的一個先兆信號
      ，預(yù)測雷擊會在很快的時間段內(nèi)發(fā)生。
     
    通過探測先兆信號
      ，我們就有可能提前啟動防御動作
      ，避免雷擊的傷害。這種技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)和測試階段
    ，特別希望在未來它能夠?qū)崒嵲谠诘貙档屠纂姙?zāi)害發(fā)揮有用的效果
    。
     
    除了對科學(xué)問題進行探索和研究以外，人工引雷實際上還可以測試防雷技術(shù)
    。換句話說
    ，我們的防雷技術(shù)到底有沒有用，可以通過引雷的辦法打一打來進行檢驗
    。
     
    在通訊行業(yè)
    ，通訊信號塔遭雷擊的問題非常令人頭疼，于是就委托我們做人工引雷的實驗
    當(dāng)然問題也來了
    。左圖是傳統(tǒng)人工引雷的設(shè)置
    ，它是在地面進行的，而這個實驗要把雷引到10層樓高的信號塔塔尖上
    。那我們是不是要把火箭平臺搬到塔頂上呢
    ？那么狹小的空間顯然是不現(xiàn)實的。經(jīng)過一系列的論證和方案的提出
    ，最終我們提出采用“拆橋”的思路
    ，就是在傳統(tǒng)的方案中把“電”先斷掉。那怎么做呢
    ？
    就像圖中藍色虛線所代表的
    ，我們接了一段絕緣的尼龍線，這個地方的放電就會被切斷
    。那么這個電往哪里跑呢
    ？它只能去找旁邊最高的一個點進行放電，就自然地打到了我們的信號塔上
    。
    雷聲就是命令
    已完成：80% //////////
     
    對于開展人工引雷實驗
    ，我想大家可能還有一個非常關(guān)心的問題，那就是人工引雷是不是安全的
    。
     
    我想在這里跟大家解釋一下
    ，實際上我們做實驗還是比較安全的。前面介紹的引雷操作都在控制室內(nèi)完成
      ，我們也對控制室進行了比較好的雷電防護
      ，采用了比較周密的防護措施。通過提前監(jiān)測和預(yù)測
      ，室外的操作一般都會在雷雨到來之前準(zhǔn)備完善
      ，雷雨天氣的時候，我們就會回到安全的室內(nèi)操作
      。
     
    但是說實話
      ，人工引雷實際上是一個與天謀食的事業(yè)，所以也充滿了各種各樣的不確定性
      。比如在只下雨不打雷的天氣中
      ，我們一般不開展觀測。但是有一次遇上了這種天氣
      ，下雨的強度突然變大了
      ，隱約聽到了微弱的雷聲
      。
     
    對于我們來講，雷聲就是命令
    ，所以我們只能馬不停蹄地趕往引雷場地
    ，希望趕上最佳的引雷時機。由于當(dāng)時的條件限制
    ，我們只能采用步行的方式
    。走到一半雨勢變得非常猛烈，雷聲也從弱弱的悶雷變成了炸雷
    ，就像在耳邊撕裂一樣
    ，同時一道又一道的閃光也在我們的眼前出現(xiàn)。
    大家可以想象
    ，當(dāng)時的場面應(yīng)該是波瀾壯闊的
    ，悲壯的感覺溢于眼前。如果真的要寫一篇作文
    ，我想那種隨時為科學(xué)獻身
    、舍生忘死的精神或豪情很容易就會被渲染出來。但是對我來講
    ，是不是真的這樣呢
    ？我不太樂意去這樣詮釋。
     
    有人會問
    ，那你拼了命
    、勇往直前的力量是從哪里來的呢？其實我想說
    ，因為我們當(dāng)時走到了一半
    ，往前走和往后走的代價是一樣的。
     
    這樣一個科研小故事
    ，大家聽了可能會會心一笑
    。但是對于我們來講，實際上還有另外一個解讀角度：那就是其實我們對于雷電
    、雷暴天氣的認(rèn)識還遠遠不夠
    ，如果我們能夠做得更好，對它進行更好地監(jiān)測和預(yù)測
    ，這種半途遇險
    、騎虎難下的狀況就不會發(fā)生。在我們的科研工作當(dāng)中
    ，這種情況影響的可能是數(shù)據(jù)的獲取
    ，但如果相似的情況發(fā)生在航天發(fā)射或者軍事活動當(dāng)中，后果將不堪設(shè)想。
     
    所以說
    ，對于雷電的研究還有很長的路要走
    。我們希望摸清它的規(guī)律，了解它真正的習(xí)性
    。只有這樣
    ，我們才能更好地操控它甚至利用它
    ，讓它有用的方面為人類服務(wù)
    ，盡量減小有危害的方面。也只有這樣
    ，我們才能把“與雷電交朋友”的想法從愿望變成現(xiàn)實
    。
     
    當(dāng)然，這件事是比較困難的
    ，有很大難度
    。但是我和我研究雷電的小伙伴們，會把這項目標(biāo)當(dāng)作畢生的追求
    。

    



    

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    天饋線防雷器（LKX-ST）（BNC
    、RF接口
    、L9接口、（N(L16)
    、SMA接口
    、英制F接口等）
    


  1. 三相電源防雷箱(LKX-B385)(10KA\20KA\40KA\60KA\80KA\100KA\120KA...)
    三相電源防雷箱(LKX-B385)(10KA\20KA\40KA\60KA\80KA\100KA\120KA...)
    2. 


  2. 三相電源防雷器10/350（LKX-M380）一級 T1 15G 25G 50G
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  3. 三相電源防雷模塊（LKX-M385）(10KA\20KA\40KA60KA\80KA\100KA\120KA...)
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  4. 單相電源防雷器（LKX-M220）(10KA\20KA\40KA60KA\80KA\100KA\120KA...)
    單相電源防雷器（LKX-M220）(10KA\20KA\40KA60KA\80KA\100KA\120KA...)
    5. 


  5. 智能防雷監(jiān)測模塊(LKX-ZFJ)
    智能防雷監(jiān)測模塊(LKX-ZFJ)
    6.