科学家利用无人机诱发并引导自然雷击

日本研究人员首次在雷暴天气中驾驶一架防雷无人机，利用它诱发并引导自然雷击，这在世界上尚属首次。该团队目前正在研究如何利用这种飞行避雷针来捕获和储存雷电能量。

正如您所料，平均每次雷击都蕴含着相当可观的能量；Real Clear Science估计约为 10 亿焦耳。这相当于约 278 千瓦时，足以为一辆标准的现代 Ioniq 6 充电近六次。全球每年约有

14 亿次雷击，相当于每秒 44 次，相当于约 383.6 太瓦时的电能从天空中免费闪现。这几乎相当于全球电力消耗的 1.5%（以 2023 年的水平计算）——如果我们能够捕获这些电能，这将是一笔相当可观的资源。

当然，我们并不建议你尝试；根据英国气象局的数据，一道典型的闪电大约和你的拇指一样粗，长2-3英里（3-5公里），其周围的空气温度比太阳表面高出约五倍。据估计，每年约有24万人被雷击中，虽然其中90%的人都能幸免于难，但这绝对不是什么好事。而且这还只是人员伤亡——仅在美国，雷击造成的财产损失每年就高达10亿美元的保险费。

在日本，这个数字每年在7亿至15亿美元之间。日本电信公司NTT的许多基础设施都面临此类损害的风险，因此该公司专门组建了一个团队，研究如何减轻或预防雷击损害，尤其是在传统避雷针难以安装的地方。

NTT 团队提出了一个非凡的空中解决方案，即一架看起来非常疯狂的多旋翼无人机：

该机器与标准工业四轴飞行器的关键区别在于：

一种“防雷”金属法拉第笼，当无人机被击中时，它可以将闪电重新引导到无人机周围，并引导大量电流径向流动，以抵消可能产生的强磁场效应。

一根长度超过 300 米（984 英尺）的导电地线，底部有一个高压开关。

一组尖尖的天线状避雷针从顶部伸出，大概是为了最大限度地增加干净雷击的机会，并将其干净地通过笼子引导到地线上。

实验的流程如下：NTT 团队等待一场合适的雷暴，这场雷暴在去年 12 月出现。当地面电场强度预示着即将发生雷击时，他们发射无人机，将其飞到 300 米（984 英尺）的高空，并在那里悬停，关闭接地线，使其处于雷暴产生的强电场中，并在顶部的无人机和底部未接地的电线之间形成巨大的电荷差。

实验装置。无人机通过滑轮连接到绞盘，并通过接地开关连接到低电阻接地端子。绞盘上方是一个“场磨机”，用于测量电场。

当他们打开开关时，电荷突然找到了一条非常容易的路径流向地面。电线和地面之间产生了超过2000伏的电压，在无人机周围的空气中产生了强大的电场波动。

这成功地引发了上方风暴云的雷击，部分熔化了无人机周围的法拉第笼。团队观察到蓝色闪电闪烁，地面系绳绞盘发出“砰砰”的声响，但无人机在整个过程中保持稳定并悬停在空中。

地面绞盘发出蓝色的电流闪光，巧妙地从远处捕捉。

NTT团队声称，这是“全球首次无人机利用电场波动成功诱导和引导闪电”。他们希望将这项飞行避雷针技术发展成一个系统，用于保护城市和基础设施免受雷击，尤其是像室外体育场和风力涡轮机这样的建筑，这些建筑很难通过在设计中集成避雷针来保护。

捕捉闪电作为清洁的环境能源NTT团队表示，他们还将尝试储存雷击中的能量。一份新闻稿写道：“此外，我们还将致力于研发储存雷电能量的方法，旨在储存和利用感应雷电的能量。”

该设计的未来迭代（但可能性很小）将以集群配置运行多架无人机，分几个阶段将闪电引导到地面，然后捕获能量

所涉及的挑战应该是相当明显的；世界上最强大的电动汽车快速充电器可以在几分钟内从零充满电池，而雷击会在眨眼间将几倍于此的能量传递到地线上。

所以，除非想看一场昂贵又热闹的烟火表演，否则完全没必要一次性把这么多电塞进锂电池里。或许一堆超高功率的超级电容器可以承受这种负荷——但这些电容器每瓦时的能量密度比锂电池大得多，也重得多，你可能需要用一两辆半挂车才能把它们运走。

对于一项确实需要一定程度的便携性的技术来说，这将是一个真正的挫折；如果不是，当头顶上没有雷暴时，它将在绝大多数时间里无所事事。并且也不能直接将雷电能量塞进电网；电网是为了相对平稳、稳定的电力传输而建造的，而不是为了处理超过 1 亿伏和 30000 安培的瞬时功率尖峰。

假设输电线加热和蒸发的速度不够快，无法阻止更大范围的损坏，那么至少会炸毁几台变压器。这些变压器通常都装满了油冷却剂，一旦爆炸，就会变成令人印象深刻的燃烧油弹——YouTube 上有很多有趣的视频展示了那种景象：

因此，如果 NTT 的研究人员真的想弄清楚如何将闪电装进瓶子里，并将其用作清洁能源，那么他们的工作就非常艰巨；他们需要某种巨大的缓冲系统，可以捕获如此巨大的瞬时能量峰值，然后以更文明的方式将其滴入存储系统或电网本身。尽管如此，他们设计和测试的飞行避雷针本身就足够令人印象深刻，而且肯定能找到保护各种基础设施的应用。真是个好主意！