人工引雷技术简介与发
展趋势分析
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人工引雷技术简介与发展趋势分析
聂武夫
（湖南省岳阳市气象局，414000）
摘 要：随着防雷技术的迅速发展，人工引雷已逐渐从实验阶段走向实际应用阶段，如果技术成熟将改变现有的“被动防雷”模式，将由现在安装防雷装置的“被动防雷”逐渐过度到安装防雷装置的“被动防雷”与人工引雷的“主动防雷”相结合的模式。本文主要介绍人工引雷技术的发展里程并就人工引雷技术未来发展趋势进行分析。 关键字：人工引雷；防雷技术；发展趋势
引言：
雷电是世界十大自然灾害之一，目前对于雷电的防护措施还是采取“预防为主，防治结合”的方针，属于被动防护的阶段。随着防雷技术的迅速发展，将由安装防雷装置的“被动防雷”将逐渐过度到安装防雷装置的“被动防雷”与人工引雷“主动防雷”相结合的阶段，人工引雷技术的日臻成熟，人工引雷的成功率逐渐提高，使得进行主动防雷成为可能，目前人工引雷电技术主要有：火箭导线引雷、激光引雷、水柱引雷、微波引雷、火焰引雷等，但这些人工引雷技术中最成熟的引雷效果最好的当属火箭导线引雷技术。 1、人工引雷技术的发展历程
人工引雷的发展主要是以火箭引雷技术发展代表的，人工引发雷电就是在一定的雷暴条件下向云体发射拖带细金属丝的专用小火箭以人工诱发雷电的专门技术. 人工引雷电使得自然界中随机发生的雷电变得在时间和空间上可知、可控，从而也使人类利用雷电、控制雷电的梦想部分地变成了现实，我国人工引雷的发展历程见表1。
（表1） 我国人工引雷技术的发展历程
1974年 宁夏固原
1989年 甘肃永登
1991年 北京康庄
1997年 江西石岗
2005年 山东
1974年利用土火箭在宁夏固原首次引雷成功；1989年利用专门研制的第一代小火箭在甘肃永登黑林子引雷成功；1991与第二炮兵合作在北京康庄引雷成功；1994年研制成功第二代抛伞安全型引雷火箭，并利用空中引雷方式首次在江西石岗引雷成功；1995年-2005年：相继在山东、广东、上海、甘肃、西藏等地引雷成功。
我国人工引雷技术相对起步较晚，20世纪60年代美国学者在室内实验中发现快速引入强电场中的细金属丝会导致击穿放电，并提出了人工引发雷电的设想，此后用向雷暴云发射拖带细金属导线的方法成功地实现了人工引发雷电。法、日、美以及中国都进行了人工引雷实验及综合测量，取得了令人满意的成果。人工引雷使时空随机发生的自然雷电变成在一定雷暴条件下可以控制地进行，便于集中各种测量手段对雷电放电过程进行近距离综合观测，为深入研究雷电物理、雷电探测、防护以及其它相关科学问题提供了一个有效的新途径。
20世纪90年代以来，又进一步发展完善了所谓“空中触发”引雷技术，即火箭拖带细金属丝的下端不直接接地，而是通过一段数十至数百米的绝缘尼龙线再和地面连接。这样当细金属丝被火箭带到空中后，在其上端及下端与尼龙线的连接处会在雷暴云电场作用下分别激发起上行和下行先导，它们在环境电场作用下分别向雷暴云和地面双向传输。
在雷暴云底部为负电荷的情况下一般是先产生上行正先导，随后产生下行负先导，它和自然雷电的下行先导相似，当其接近地面时，会在地面突出物上激发起上行迎面先导，进而产生类似自然
闪电回击一样的强烈放电过程。用空中触发方式引发的雷电其性质接近于自然下行雷电，更适宜于研究它和地面目标物相互作用的机理和过程。
目前人工引雷的主要手段还是采用火箭拖带细金属丝的方式。为了安全火箭应具有抛伞或自碎功能。其它人工引雷的手段如向雷暴云喷射火焰或高压水柱以及激光诱雷等，但均未取得真正意义上的成功，特别是激光诱雷，曾进行过大量室内实验，并产生了数米长的激光诱导放电，但在进行野外实验时并未获得确认的激光诱发雷电。为了人工引雷技术得到更广泛的应用，引雷技术的进一步发展是非常必要的也是十分有意义的。 2、火箭引雷技术
火箭引雷技术就是指向雷暴云发射尾部拖一细长导线的小型火箭来触发闪电，火箭导线引雷技术的本质在于沿着雷暴云电场快速移动或伸长一细长导线。
火箭高度引雷技术是在火箭导线引雷电技术上发展的的它特点是在导线与大地之间使用一根较长的尼龙线，从而使导线与大地绝缘，因为在这种引雷技术中导线被放置在一定高度上，所以称它为高度引雷技术。为了区别起见，常把导线直接接地的技术称作经典引雷技术。目前各国使用的尼龙线的长度不太一样，我国一般采用100米左右，尼龙线的长度越长可越真实地模拟雷电的下行梯级先导，为了让触发的闪电击中一预定地点，常在地面处接上一根几十米长的导线。
（图1）
对于雷暴云高度比较高时，可采用两级火箭引雷技术，日本已经试过两级火箭引雷方法，方法是等主火箭升到一定高度后启动次级火箭，导线的一端固定于主火箭，另一端从次级火箭处放出，在主火箭中安装有电流测量装置等仪器。 、引雷火箭
引雷火箭是人工引雷的主要工具其外形及尺寸可与通常的防雹火箭相似，但在外弹道上又有较大的不同。其主要区别是火箭最大速度要限在一定值以下，否则会把导线拉断而无法引发闪电，这个速度要根据导线所能承受的最大拉力而定。然而火箭也不能太慢，要达到一定的速度，该速度要大于带电粒子在电力作用下的迁移速度，以便火箭能冲破其尖端电晕放电产生的“离子屏蔽层”，从而产生连续流光传输，否则也不能引发闪电，根据以上特点，引雷火箭的主要参数可定为：火箭可达高度H≥800米；火箭最高速度V≤190米/秒；在主要工作段内火箭的速度120米/秒 （图2） 由图2中受力分析可得：导线的重力：Fg=mlg（线密度m=×10kg/m，l为导线长），导线被加 -6 速引起的力Fa=mla（a为火箭加速度），线运动引起的空气阻力Ff=4×10dl（d为线外径，l为导线长），放线速度引起的力Fv=2m2，可估算A点所受到的力FA=++=，所以选择抗拉强度为72 N的直径为 mm的钢丝时，将火箭的最大速度控制在190米/秒以内。 、导线及绕线方式 在火箭引雷过程中，导线是非常重要的，引雷用的导线必须具备以下条件：要有足够的抗拉强度；导线要细，重量要轻，以减轻火箭的负荷；导线表面要光滑，以减小飞行时的阻力。根据以上条件及上述计算，现选用的导线是直径的细钢丝，耐拉力为72 N，重量为km，表面光滑，满足使用要求。 为了使火箭顺利地将导线带上天空，导线要绕在一个线轴上，线轴可大可小，但太小不宜拉线，太大不宜绕制一般以直径150mm，高度50mm为宜。线轴的绕制是一项比较精细的工作，是人工引雷技术中一个重要的环节，绕线质量的好坏直接关系到拉线的成功率，绕线时每一层导线要密排绕，每圈之间不容许有空隙，以及上一层导线嵌入下一层导线里去，否则放线时易将线拉乱而断线；每一层导线绕好后还要涂一些快干胶将导线稍稍粘住，以免导线松脱造成乱线而被拉断，最外层导线要粘牢一些，但粘接力要小于耐拉力，线轴设置在火箭上，以克服线轴在地面上发射时产生张力而时线短的弊端。 、发射场地 人工引雷试验的地点一般选择在远离城市人烟稀少的野外，以火箭发射点为中心1 km范围内应无村庄及高压线。前述火箭的发射架的导轨由两根长 米宽50 mm的合金铝槽组成，火箭架下部装有气动开关点火器。同轴分流器装在一个法拉第铁笼内，上面接有引流杆，围绕法拉第铁笼四周安装火箭发射架，火箭尾部线轴上的导线与引流杆相连接，以便使人工引雷顺利地击中引流杆，通过同轴分流器测出人工引雷的电流及其波形。 -3 （图3） 一般观测室距离发射架70米-100 米处建立，以便控制与观测。人工引雷时，所有监测和测量仪器全部进入工作状态，打开火箭点火开关使火箭处于待发状态，当雷暴云已发射点上空且地面电场已达到发射指标时，此时打开电磁阀，压缩空气立刻充满输气管并打开气动开关接通电源，火箭点火并飞出火箭架，一般情况下3-4s后就会引下闪电。此时测量仪器均可将各种电参数记录下来，并用摄像机和照相机拍下了引雷实况，这样就完成了人工引雷作业。 3、结束语 人工引雷技术的发展，势必改变防雷技术的发展趋势。目前人工引雷技术还不够成熟，还没有达到大规模应用阶段，还有好多技术需要解决。 安装避雷装置的“被动防雷”模式，对大区域性的雷电防护效果不好，如雷电引起的森林失火问题，如果还通过安装避雷装置“被动防雷”模式是不可行的，因为如果按GB50057-2010的“滚球法”计算，那大区域森林要安装多少根避雷针，是不现实的。但如果通过人工引雷来防雷就比较实际，根据雷电发展的趋势，提前把雷电引导下来，可以减少象森林这样大区域范围的雷电自然灾害。 防雷模式必定由被动安装防雷装置的“被动防雷”将逐渐过度到安装防雷装置的“被动防雷”与人工引雷“主动防雷”相结合的阶段，防雷技术才能真正进入成熟阶段。 作者简介：聂武夫，男，1985年－，助理工程师，南京信息工程大学毕业，主要从事防雷工作。 参考资料： 1、《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010； 2、《人工引雷技术简介》； 3、《中国气象局发展战略》雷电的防御保障体系；
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