火箭引雷！武汉大学野外雷电实验室揭秘
“3、2、1，发射！”伴随着控制室里一声指令，一只约40厘米长的特制引雷火箭瞬间点火，尾部拖拽一根金属丝，以200多米每秒的速度牵引上升。2秒左右，一道约2公里高的巨型闪电，在阴雨的天幕中划下一道亮光，随即爆发出一阵巨大的雷鸣。“有了！有了！”控制室内发出了欢呼声。火箭上升过程中金属丝快速拉开，形成近地面长金属通道，引起雷暴云对地面放电，闪光通道的出现，意味着定点引雷成功。200余个通道的同步观测试验数据，随之将通过基地的各项设备传输和存储，用于分析和研究。
这是7月4日发生在武汉大学雷州野外雷电实验基地的一幕。因雷电频发而得名的广东雷州，平均一年约有90天是雷暴日。2022年，武汉大学野外雷电实验基地选址于此。
https://q9.itc.cn/q_70/images03/20240801/4401fcb1239f4acbadfdb6c583cf71dd.jpeg
引雷过程似接力赛
7月27日，记者赴武汉大学野外雷电实验基地（以下简称“基地”）进行了探访。从雷州市区到基地有80分钟车程，经过一片野鸭湖和桉树林，便到了藏于一块林场中的基地。
该基地是国内首个电气工程领域火箭引雷野外试验基地，由雷电防护与接地技术教育部工程研究中心王建国教授团队自主开发建设，是目前国际上试验对象规模最大的火箭引雷基地。
记者看到，基地建在村委会旁，用一个简易防护网隔离起来，错落分布着几个集装箱舱和梯形引雷发射塔。这个建在黄土地上、看起来平平无奇的基地，包揽了当今世界上几乎最完备和先进的野外雷电精密测量仪器。
如何引雷？武汉大学电气与自动化学院高电压与绝缘技术研究所博士后曹金鑫打了一个比方：“自然雷暴就像顺产，火箭引雷就像剖腹产。”
引雷过程，对于基地的10余名师生来说，似是一场接力赛跑。
基地有5个发射塔台，上百件精密仪器，这些仪器只在引雷前，才通过人工打开。
雷暴发生突然，移动过程快，通常从发现到结束只有二三十分钟。这要求全员在观测到雷暴经过前10分钟内迅速就位。
经过训练，准备时间已从最初15分钟缩短到现在的8分30秒。
负责远方观测点监测的研究生张李甚至算出了跑步路线时间，并精确到了秒。
负责开车的同学会搭载张李到达1.4公里外的观测点，他迅速爬上塔台，打开玻璃房子，架好设备，开机，用对讲机告知总控室，“准备好了”。
对在控制室负责的人员来说，整个引雷过程同样“惊心动魄”。下达发射火箭命令之前，需要判断雷云是否在正当顶、电场强度是否足够。监测屏上电场数值每秒都在变动，需要盯紧仪表盘并随时下令，“就像看股票大盘一样”。
用对讲机提醒团队做好发射准备，倒数“3、2、1”的时候，发令者心中要有80%的把握。发射早几秒或晚几秒，都可能导致没“捕捉”到雷电。当发射后看到明亮的回击通道，大家会集体欢呼；失败了，大家会懊悔。
记者了解到，引雷瞬间雷电流脉冲功率很大，时间很短，目前还不足以持续供电，但未来不乏雷云电能利用的可能。
https://q8.itc.cn/q_70/images03/20240801/840382201b0f4d0fb5f9315adff8871f.jpeg
等待雷暴的日子
每年6月初到8月中旬，雷州雷电高发，这也是基地师生“捕捉”雷电的好机会。
基地的关键设备由团队自己研制。今年新增的设备很多，其中包括3座引雷塔，塔下的梯子由绝缘材料环氧树脂建成，塔上的钢板需要自己打孔。
“每年投入100多万元，这么好的实验条件，在全国高校里也就我们有。”基地指导教授周蜜晒得黝黑，说这话时他一脸兴奋。
光伏舱布设是带电处理的，哪怕在阴天光弱的情况下，太阳能电压也很高。这时候，经验丰富的周蜜教授出马，站在木头凳子上，确保安全的条件下完成安装。
为了减少太阳晒伤，所有人每天6:30起床，早上就开始调试设备，然后在集装舱内作研究。日子枯燥，但真正让大家觉得苦的，在于雷暴时刻的未知。
“有可能1个多月都等不到1个雷。”1万平方米的引雷基地哪怕有先进的系统，对于自然界仍是一个很小的点。2022年，他们2个多月只等到1个雷。
有时候睡觉睡到一半，有值班人员发现，疑似有雷电了。大家衣服都来不及穿，穿着拖鞋，顶着暴雨就去开设备。淋成落汤鸡回到集装舱，结果没有雷电过程，“被天气调戏了一番”。
7月29日，引雷团队等来了今年第4个雷暴日，周蜜和曹金鑫指挥团队早早准备就位，等待近2小时，发射6枚火箭。遗憾的是，由于电场较弱，没有捕捉到强烈引雷过程。
1998年，王建国教授曾作为研究生参加中国早期的引雷火箭试验。他说，现在我们国家的引雷研究每年都有新的突破，同学们都很能干、能吃苦。大家对成为国际一流都有野心。
https://q4.itc.cn/q_70/images03/20240801/74a5ed6208204a6aa2122fdc06e3d8bb.jpeg
线上线下的“赛跑”
目前大部分雷电研究都是在实验室里做模拟，雷电具有天然的雷暴云和公里级的自然放电通道，开展雷电机理和效应的研究与火箭引雷这样的“大自然实验室”没有可比性，后者观测到的声、光、电、磁现象更强更真实更准确，具有重要的科学价值。
“对雷，很多人的态度就是怕，我们要从怕，到正确地防护。”王建国教授认为，对于雷电的危害，我们要知道它的大小、类型、来源，然后才能去评估它和防护它。
从大量基础数据，到总结雷电的特性、规律，最后形成定量、定性的结论用于指导设计和防护。结论作出之前，是成千上万次的试验和论证。
“你要说服人，就必须有数据，如果没有，那就属于拍脑袋。”王建国教授说。
为了让数据呈现更直观，分析效率更高，张李开发了一个可视化代码小程序供引雷小组使用，同学们可将每一次引雷后的上百项实验数据批量导入，并自动生成柱状图、波形图，最终从成千上万张结果里，总结特性和规律。
线上跑数据，线下也要练习跑步速度。对负责发射时需要爬2个塔的研究生张明鑫来说，8米高的塔，每天上上下下他需要爬十几次。
引雷时通常下着雨，十几秒衣服就湿透了。时间紧张，爬慢了，团队要多等几秒钟，可能就错过一次火箭发射机会。“保证人身安全的前提下，速度是首要要求。”张李因训练爬塔，治好了自己的恐高症。
火箭引雷的价值
雷电是联合国公布的最严重的十种自然灾害之一。据统计，全球每天会发生800万次雷电。我国每年因雷击造成的人员伤亡达3000—4000人。
因为雷电发生有很强的随机性，针对雷击过程开展的观测与研究一直十分困难。
王建国教授介绍，火箭引雷技术起步于20世纪，最初掌握在电力发展较早的欧美国家手中，这一差距在短短几十年间被不断缩小甚至赶超。曾经中国雷电的标准和参数都还是国外的数据，目前正逐渐本土化，这来源于科学的试验和严谨的数据。
举个例子：风力发电机一般处于海岸、丘陵、山脊乃至海面上，周围少有障碍物，容易被雷击。大型风机设备造价昂贵，售价往往数百万元到数千万元不等，一旦雷击损坏，维修周期和经济代价很大。
曾经，一家风机上市公司因设备频坏来找团队咨询。王建国教授带队前往黑龙江、内蒙古，上风机塔上查看，最后发现叶片上的避雷器配置不合理。
去年，在新增的一批设备中，基地添加了一台小型风力发电机。实验中，让风机在带电运行的同时，将雷打上去，这是国际上首次对带电运行的风机开展火箭引雷。
“有一种观点，一般风机的输出电压仅为690伏，这么强的雷直击叶片，能不能防得住啊？我们就是要通过这个实验，来验证它是防得住的。”王建国教授指着基地的风机说。用火箭引雷这种最接近自然雷电的手段，得出的结果最终可以运用到工程防护中去，通过标准惠及整个行业。
2012年—2014年，团队联合国电集团编制了两项国家能源行业标准——“NB/T31057风力发电场集电系统过电压保护技术规范”和“NB/T31056风力发电机组接地技术规范”，对风电场雷电过电压防护和风电机组接地技术进行了详细的规定，至今仍是新能源行业有效的技术标准。
今年56岁的王建国教授头发已经发白，整个暑假，他都和学生同吃同住守在这个野外基地。
文/占思柳
（武汉晚报）
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！
页:
[1]