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作者:高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/22 15:22:06
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“引雷人”蒋如斌

 

9月,迈入秋季的北方初显凉意。中科院大气物理研究所(以下简称大气物理所)研究员蒋如斌打包行囊,从山东滨州的实验场地回到北京。

从2009年开始,蒋如斌就过着候鸟般的生活。作为“引雷人”,他的工作就是迎着暴风雨出发,在变幻莫测的雷电当中找到科学规律。

“自然发生的雷电其实是行踪诡异、难以预测的,但雷声就是命令。我的工作是‘与雷电交朋友’,这件事比较困难,我会把这个目标当作毕生的追求。”蒋如斌说。

引雷是个细致活儿

“目前天空已经形成了携带电荷的雷暴云,电场显著增强,做好准备。”蒋如斌在火箭发射场观测控制室里,紧张地盯着电脑屏幕前的数据变化情况。

时机成熟,一声指令,2.4公斤的引雷小火箭点火发射,以每秒190米左右的速度上升。

几秒钟后,伴随着雷鸣,一道亮光到达地面,雷被“引下来了”。

这样带着几分“惊险刺激”的场景,蒋如斌已经习以为常。

与雷电结缘,是蒋如斌主动选择的。他本科就读于中山大学大气科学相关专业,大四临毕业,他获得了保送研究生的机会。

“大气物理所提出了两个研究方向:大气化学或者雷电。南方雷电灾害严重,同时我在物理方面有浓厚的兴趣,因此选择了雷电课题组。”蒋如斌说。

刚到大气物理所读研一年,他就获得了到山东滨州开展野外试验的机会。作为初入行业的新手,蒋如斌要为人工引雷实验打头阵。

人工引雷技术通常被称为“火箭—拖线人工引雷技术”,其中最关键的一个环节是引雷火箭,“这是一个细致活儿”。

小火箭尾翼上固定着线轴,线轴上盘绕着几百米长的细钢丝,钢丝的一端固定在地面上。随着火箭的上升,钢丝快速拉伸开,会形成一条笔直的接地金属通道。

不过,引雷火箭只能飞到几百米,而雷暴云的电荷区一般在几公里的高度以上。在钢丝拉伸的过程中,顶部会产生显著的尖端效应,导致局部电场剧烈畸变击穿空气,于是钢丝的尖端形成向上的放电通道,快速发展到雷暴云的电荷区,最终构建了云和大地之间的放电“桥梁”。

“人工引雷实验涉及很多细节问题,例如在与接地的引流杆连接时,火箭线轴上拉伸出的钢丝会暴露在空气中,很容易锈蚀。引雷时如果钢丝被拉断,试验就失败了。所以,我们会仔细地在钢丝上刷一层清漆。”蒋如斌说。

遗憾的是,第一次出野外蒋如斌就突发阑尾炎,没有全程参与试验。“尽管如此,我经历了前期的场地准备、引雷设施和观测仪器架设,以及试验作业等,这些新鲜的体验十分宝贵,让我学到了很多。”

雷声就是命令

“每年的5月—8月,山东滨州大尺度的强对流天气过程较多,天气系统有一定的代表性,因此我们定在这里开展野外试验。”蒋如斌表示。

雷电具有破坏性和危险性,人工引雷试验的设计需要重点考虑这些因素,保证相对安全。例如场地的选择要尽量远离城镇、村庄等人员密集区域,与高压线要达到一公里或更远的距离,最重要的就是控制室的防护,“雷雨作业期间我们全程在里面,这必须是一个金属屏蔽体,同时要做到良好的接地”。

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蒋如斌(右)正在安装人工引雷设备。受访者供图

对于“引雷人”来说,雷声就是命令。在野外试验的过程中,只要听到雷声,就要全身心投入试验观测中。

十多年前,引雷场地设在相对开阔的棉花地间。由于当时的条件限制,蒋如斌和试验同伴只能背着摄像机、试验观测设备,采用步行的方式从试验基地前往引雷场地。

“有一次天气过程前期起电并不明显,没有发生雷电,地面探测到的大气电场强度也很弱,一直处于层云降水的状态,我们并没有开展引雷作业。下午4点左右,雨势突然增强,同时响起了几声闷雷,我们心头一紧,必须立马出发。”蒋如斌至今都记得那次令人印象深刻的引雷经历。

“我们走到一半雨势变得非常猛烈,雨点横着拍在脸上。雷声也从闷雷变成了炸雷,在耳边‘撕裂’,同时一道又一道的闪光出现在眼前。我们弓着腰前行,已经没有回头路,因为回去和往前走的路程一样。事后回想这是有点危险的,但当时确实只能硬着头皮往前冲。”蒋如斌说。

2012年,滨州遇到了猛烈的台风天。面对这种天气,蒋如斌内心有些纠结:“我们希望研究台风当中的雷电,想要尝试在台风登陆后进行引雷,但之前没有类似的经验,只能先试试看。”

当时的引雷试验场地设置在徒骇河边。这是一条入海河流,台风带来的大雨让水位快速上涨,引雷的一些重要设备可能会被淹没。

“虽然雨还没停,但我们只能把设备取回来。为了确保安全,我们几个人之间互相用绳子绑着,一旦有人滑倒,前后的人可以立马把他扶起来。”蒋如斌说。

早期的野外试验,除了工作上的挑战外,还会遇到生活上的不便。比如自来水非常不稳定,洗澡就成为一个大问题。“我们在房顶放置晒水包、晒水桶,利用蓄电池式的可移动吸水泵存储足够的水,后来又安装太阳能热水器,一点一点解决生活上的难题。”

即便条件艰苦,蒋如斌依然热爱自己的科研方向,他时不时会想起刚入学时与雷电物理研究领域前辈郭昌明的对话。

“郭老师问我的第一个问题就是,你喜欢雷电吗?这是很突然的一个问题,我下意识地回答‘喜欢’。那时可能只是出于最初的冲劲儿,细究起来其实很难说足够坦然。在后来的工作中,这个问题一直萦绕于我的脑海,随着研究经历的逐渐丰富,这份喜欢才慢慢沉淀,内心的回答也变得坚定。”蒋如斌说。

探索永不止步

从20世纪60年代开始,美、法、中、日等国陆续成功开展了人工引雷试验。在科研过程中,人工引雷使得人类控制雷电、利用雷电的梦想部分成为了现实。

我国人工引雷科学试验发展背后凝聚着三四代人的不断努力和探索。截至目前,国内成功人工引雷总次数估计超过300次,大气电学的部分研究已经走在了世界前列。

把雷引下来不是最终目的,更为重要的一件事是去探索雷电究竟是什么。

“雷电是怎么发展运输的?它产生的电磁辐射以及发生发展规律究竟是怎样的?这一系列事关雷电物理本质的基础科学问题,都可以通过人工引雷观测来回答。”蒋如斌表示。

他还提到,目前人工引雷试验是基于地面固定装置开展,这限制了人工引雷的进一步开发利用。未来还会研发具有机动性的引雷设施,并将引雷设施小型化,从而实现可移动作业。

“为了有更多的野外观测机会,除了山东外,今年4月底开始我们在海南开展了试验。”蒋如斌说。

作为党员,野外工作时,蒋如斌也会以党小组的形式开展活动。“去年建党一百周年时,恰巧在野外,我就组织大家一起看了直播并进行讨论学习。”

关于雷电,人类还有很多前沿基础科学问题没有解决。蒋如斌在科研的路上不断前进,寻找更多的答案。

 
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