日本科学家刚刚用无人机召唤了闪电。原因如下

快速阅读: 据《ZME 科学》最新报道，日本电信电话公司（NTT）研发的无人机成功诱导闪电，为高风险地区提供实时保护。这一实验标志着人类操控闪电的新突破，尽管储存闪电能量仍具挑战。

插图来源：ZME Science/Sora。

当去年十二月一道闪电划破日本上空时，这并非偶然。这是因为一架无人机触发了它。

在一个暴风雨的日子里，日本电信电话公司（NTT）的工程师将一架小型无人机送入逐渐变暗的云层中。通过一根长金属线与地面相连，无人机在300米的高度悬停着。然后，在眨眼之间，它召唤了闪电。

闪电来得迅速，电光蓝色，并且强大到融化了部分无人机的保护罩。但无人机继续飞行。

最近才向公众透露的这个实验标志着人类与自然界中最不可控的力量之一关系的新篇章。

有关的抗雷击无人机。图片来源：NTT

将雷云变成目标

每年，全球因雷击造成的财产损失达数十亿美元，数千人受伤。仅在日本，每年与雷击相关的损失就高达14亿美元。虽然闪电不会两次击中同一个地方，但它倾向于击中同一地区，并且不分农村景观和高科技基础设施。

传统的避雷针提供了重要的保护。但它们是固定的，范围有限，对于风力发电场或户外体育场等地点来说不切实际。因此，NTT带着一个大胆的想法升空：建造一种能够更接近风暴的飞行避雷针。

在其系统的核心是一架多旋翼无人机，配备了定制的法拉第笼（一种用于阻挡某些电磁场的外壳）。无人机还装备了突出的尖刺天线以吸引雷击。它通过一根300米长的导电线与地面相连，扮演着安全导体的角色。

实验设置。无人机通过滑轮连接到绞车，通过接地开关连接到低电阻接地终端。在绞车上方可以看到一个“场磨”——一种测量电场的设备。图片来源：NTT

该系统使用基于地面的传感器检测何时条件成熟——通常是电场波动，这是雷击的前兆。当时机成熟时，无人机发射，上升到云层中，并在电压达到临界水平时，开关将系绳连接到低电阻接地系统。通向地球的路径对上面的带电粒子变得不可抗拒。

令人惊讶的是，即使闪电烧毁了它的保护罩，无人机仍然保持稳定并持续飞行。NTT表示，无人机的框架已经过测试，可以承受高达15万安培的电流冲击。作为参考，一次典型的闪电携带大约3万安培的电流——足以摧毁其路径上的大多数电子设备。

捕捉闪电的梦想

虽然召唤闪电听起来像是神话中的事情，但其影响却是非常实用的。通过引导闪电，这些无人机可以为脆弱的地点提供实时保护——从发电厂和机场到音乐会场地和海上平台。

NTT设想了一个未来，其中这些无人机组成的网络充当移动避雷针，被派往高风险区域，在闪电击中关键结构之前拦截它们。

然而，工程师们有着更大的梦想。

潜在的未来设计运行在多个无人机的蜂群配置中，分阶段将闪电引向地面，然后“储存”能量。图片来源：NTT

这种野心是大胆的。一次闪电携带约十亿焦耳的能量——足够为电动汽车充电多次。乘以全球每年发生的约14亿次闪电，你得到一个惊人的383.6太瓦时。这大约占全球电力消耗的1.5%。

但有一个问题。实际上有几个。

闪电中的能量几乎是瞬间释放的——就像试图用消防栓填充一个水气球。大多数常规电池会在吸收哪怕一小部分功率之前爆炸。即使是高容量超级电容器，这项任务的最佳选择，也是庞大而笨重的。直接将这么多电压插入电网会导致变压器爆炸和变电站起火。

更安全的天空新工具

目前，该公司设想未来，即在暴风雨来临之前可以快速部署这些无人机网络。它们将充当临时的移动避雷针，在最需要的地方和时间提供精准保护。

NTT还在探索是否有可能存储闪电的能量。但我们讨论过捕获它，这并不容易。目前，没有安全高效的方法来存储闪电能量。大多数系统会被突然的电压和电流峰值摧毁。因此，尽管能量采集可能是长远目标，但无人机的主要承诺今天是安全，而不是电力。

尽管如此，通过帮助我们了解如何触发和控制闪电，这个实验开辟了新途径。这是应对自然界中最不可控力量之一的重要一步。

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