根据航天学家的估计，每一架民航飞机每年至少会遭受一次雷击。大约90%的雷击是由飞机本身触发的：在雷暴环境中，具有导电性的飞机外壳实际上成为了会吸引雷电的避雷针，其触发的雷击可能损坏飞机外部结构并对机上电子设备造成影响。
　　为了避免遭受雷击，常见做法是让飞机绕开天空中的雷暴区域。现在，麻省理工学院的工程师们提出了一种减少飞机遭受雷击的新方式，即在飞机上搭载一个可以为飞机充电的系统。这种用充电来避免雷击的新方法看起来与人们的直觉相违背，但是该研究团队发现，只要充电程度合适，飞机遭受雷击的可能性将大幅减小。
　　人们发现，当飞机穿过环境电场时，其外壳的带电状态将由平衡状态发生偏转，正是这种现象启发了MIT的研究者提出的新方法。
　　当外部电场对飞机产生极化效果时，飞机的一端将有更多的正电荷，而另一端机翼则有更多负电荷。随着机身的极化效果加剧，将会产生一股被称为“正先导”的高度导电等离子体流，而“正先导”正是雷击的初始阶段。
　　在这种情形下，研究者们提出可以暂时为飞机有较多负电荷的一端充电，以防止该侧机身的带电状态达到造成雷击的临界值。
　　研究者们通过模型展示了该方法在概念上的可行性。他们已经向《美国航空航天学会期刊》报告了这一研究成果。
　　该研究团队包括荣誉退休教授ManuelMarfinez-Sanchez和助理教授CarmenGuerra-Garcia，他们设想在飞机外壳上安装具有传感器和驱动器的自动控制系统，并由小型电源供电。传感器用于监测周围的电场是否有形成“先导”的可能，以此来决定让驱动器在合适的方向为飞机充电。研究者们表示，为飞机充电所需功率比普通灯泡需要的功率还低。
　　“我们正尝试尽可能让飞机不受雷电影响”，文章的共同作者、MIT航空航天院院长的laime Peraire这样告诉我们，“除了工程上的解决方法，我们也在研究这种方法背后的物理现象模型。这个领域我们知之甚少，我们正尝试获取更多有关飞机本身触发雷击现象的理解。”
　　文章的另一位共同作者是航空航天院的一位研究科学家Ngoc Cuong Nguyen。

雷电研究的兴盛

　　需要说明的是，由于飞机机舱对外部的良好绝缘，雷电本身对机舱内的乘客并不会造成多少伤害。通常来说，乘客只是会看到强闪光和听到隆隆作响。但由于被雷击过的飞机必须接受安全检查，可能会耽搁其下一班飞行。而且如果飞机受损，很有可能无法飞行，这是航空公司最不想看到的情形。
　　更糟糕的是，新型飞机包含非金属复合结构（如碳纤维），相比金属结构，这些结构面对雷击将更加脆弱。因为电荷会在导电性差的板内聚集，板与板之间产生的电势差可能会导致板中的某些区域产生火花。对这种情况的标准保护措施是在飞机的外表上覆盖一层轻型金属网。
　　Guerra-Garcia告诉我们：“现代飞机几乎50%由复合结构制造，这极大地改变了研究现状。因为雷击对于这类飞机造成的损坏与过去很不相同，而复合结构维修成本比金属的维修成本高得多。这使得学界对于雷击研究日益兴盛了起来”

从“先导”开始研究

　　Guerra-Garcia和她的同事研究了为飞机充电是否能减少雷击的可能性，这个想法最初来自此研究项目的赞助公司波音公司的一位合作者。
　　Martinez-Sanchez表示：“波音公司急切地希望减少雷击发生率，因为他们为了防止遭受雷擊所支付的成本相当高。”
　　为了了解充电防雷击法是否有效，MIT的研究团队开发出一个飞机触发雷击的简单模型。当飞机穿过雷暴或者其他带电环境时，飞机的外表将被极化，形成“先导”，即强导电等离子体流，等离子体流将从飞机的一端最终流向环境中极性相反的带电区域。
　　Guerra-Garcia说：“当两个等离子体流高速传播向云层和地面，就会形成回路，电流将流过回路。”
　　“这些先导中也有电流，但强度不大，”Marlinez-Sanchez补充道，“但在最糟糕的情况下，先导形成的回路会产生超过10万安培的电流，就会对飞机造成损坏。”
　　研究者们建立了描述能产生“先导”的电场情况的数学模型，该模型还可以描述“先导”将如何发展造成雷击。他们将此模型应用到一个典型的飞机造型上，观察通过为飞机充电是否能防止形成“先导”继而造成雷击。

　　结果表明，综合不同电场方向和强度来看，使用了充电法的飞机需要环境电场强度增加50%才会产生“先导”。换句话说，通过对飞机充电到合适程度，飞机遭受雷击的概率将大幅降低。
　　Martinez-Sanchez说：“从数据上看，我们可以得知充电法能大幅减少飞机的雷击事故。但问题是如何应用充电法，这正是我们现在的研究内容。”
　　目前，研究生Theodore Mouratidis正在MIT的莱特兄弟风洞内进行先导实验，测试为一个简单金属圆球充电的可行性。研究者们希望进行更“真实”的实验，比如让无人机穿过雷暴。
　　Martinez-Sanchez说，为了让充电系统更实用，研究者会研究缩短其反应时间。基于他们的模型，目前的系统可以在零点几秒内完成对飞机的保护性充电，但对于某些雷电类型来说，这种速度仍然不足以保护飞机。
　　“当飞机穿过有风暴云层的区域时，这些风暴云会强化环境中的电场，这是我们的方法能够处理的雷电情形。”Martinez-Sanchez说道：“机载传感器能够感知并测量电场的强化，我们认为，对于这类相对来说发展速度较慢的雷电情形，实时对飞机充电调整是十分可行的。”
　　（摘自美《深科技》）（编辑/华生）