美國(guó)最先進(jìn)的防雷設(shè)施是什么樣的？
它的效果如何？
美國(guó)卡納維拉爾是雷暴多發(fā)地區(qū)，當(dāng)被在這里建造火箭航天器發(fā)射場(chǎng)時(shí)，沒(méi)有考慮到它對(duì)航天工作的危害，由于多次事故的教訓(xùn)，他們?cè)谑嗄陜?nèi)聯(lián)合許部門，共同研究，不斷改進(jìn)。所以，這里的防雷研究及所采取的避雷設(shè)施是美國(guó)最先進(jìn)的。美國(guó)空軍氣象組作為閃電監(jiān)測(cè)的第一防線，準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)雷暴將要發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，并提供的第一防線，準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)雷暴將要發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，并提供卡納維拉爾角空軍基地的所有氣象資料，其中包括航天飛機(jī)試行期間，每天極其重要的雷電報(bào)告，以及發(fā)射場(chǎng)當(dāng)天的氣象數(shù)據(jù)，這是確定航天飛機(jī)安全升空所必不可少的。
為了防止它的56米高的航天飛機(jī)、發(fā)射塔、工作設(shè)備受到損害，運(yùn)用了大量的雷電保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括發(fā)射塔雷電警戒系統(tǒng)和雷電定位和防護(hù)監(jiān)視系統(tǒng)，后者用于該地區(qū)100公里范圍內(nèi)云地負(fù)閃電的檢測(cè)定位和特性記錄。由閃電發(fā)出的電磁輻射首先由安裝在佛羅里達(dá)州的墨爾本、奧蘭多和卡納維拉爾角北部地區(qū)的該系統(tǒng)的一個(gè)方位控測(cè)天線檢測(cè)，其中兩個(gè)測(cè)量場(chǎng)地的數(shù)據(jù)用三角測(cè)量法可以計(jì)算出閃電的位置，并傳輸?shù)娇{維拉爾角預(yù)報(bào)基地的彩顯屏幕上。如果屏幕上顯示出有一個(gè)閃電發(fā)生時(shí)，預(yù)報(bào)人員就很容易預(yù)報(bào)出下一個(gè)雷擊實(shí)際上會(huì)發(fā)生在什么地方。
當(dāng)空軍氣象工作人員報(bào)告卡納維拉爾角地區(qū)所指定的8公里范圍內(nèi)可能有雷電發(fā)生時(shí)，立即采取安全措施，防護(hù)航天飛機(jī)和工作人員免受雷擊。當(dāng)卡納維拉爾角的公共廣播網(wǎng)發(fā)布雷電警報(bào)后，禁止在室外任意活動(dòng)，停止危險(xiǎn)的操作，如火箭燃料的加注，某些設(shè)備應(yīng)搬進(jìn)室內(nèi)，工作人員應(yīng)進(jìn)入掩蔽所等等。
該雷電防護(hù)措施是由卡納維拉爾角的雷電安全審定委員會(huì)制定的
最明顯的保護(hù)措施是發(fā)射塔的固定檢修架頂上裝一根24米高的玻璃纖維桿，用于保護(hù)發(fā)射塔本身，以及塔上的航天飛機(jī)及其附屬發(fā)射設(shè)備。該桿上固定有一條直徑為2厘米高凸出其頂部的不銹鋼電纜，這條鋼纜長(zhǎng)300米，并向兩個(gè)方向延伸，其每個(gè)端頭分別固定在接地裝置上，其形狀類似于一吊橋塔及其固定鋼纜。桿的頂上有一根1.2米高的避雷針與電纜相連，其目的是防止閃電電流直接通過(guò)發(fā)射塔上的航天飛機(jī)和方式塔架。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的任何雷擊都將通過(guò)吊線的電纜傳輸?shù)焦潭ń拥攸c(diǎn)。
在39號(hào)發(fā)射區(qū)還有一接地系統(tǒng)叫地網(wǎng)。它為一埋入地下，互相連接的金屬桿網(wǎng)，分布于發(fā)射塔及其周圍的固定架的地下。該地區(qū)的所有建筑物、包括飛行器總裝大樓在內(nèi)，都是妥善接地的。
為了使執(zhí)勤人員在應(yīng)急時(shí)能及時(shí)逃離現(xiàn)場(chǎng)，在固定檢修架上固接了出口滑線。在發(fā)射塔上還另裝一條接地過(guò)頂屏蔽電纜。這種彼此間的相互連接構(gòu)成了一套完整的防護(hù)系統(tǒng)，使任何閃電產(chǎn)生的放電都能安全地從航天飛機(jī)引開(kāi)。
過(guò)頂網(wǎng)格線系統(tǒng)保護(hù)發(fā)射塔的易燃燃料儲(chǔ)放區(qū)。每個(gè)發(fā)射塔的410萬(wàn)升巨型液態(tài)氫罐是由金屬制成的，其本身就是地電位，所以不需要過(guò)頂防護(hù)設(shè)備。
未上發(fā)射塔前，航天飛機(jī)在總裝大樓內(nèi)也得到很好的保護(hù)，以防惡劣天氣和雷電的影響。這座高達(dá)160米的總裝大樓是世界上最大的建筑物之一，它有自身的保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由其頂上11根8米高的避雷針?biāo)?gòu)成。當(dāng)閃電打擊該系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)線把電荷傳送到避雷針?biāo)希缓笥杀芾揍標(biāo)央娏饕胶教祜w機(jī)的總裝大樓的側(cè)面，導(dǎo)入打進(jìn)巖基的大樓樁基下去。
航天飛機(jī)裝載在履帶運(yùn)輸車上，離開(kāi)總裝大樓至發(fā)射塔的途中，其外包裝箱也有遭到雷擊的可能。為此，在航天飛機(jī)各部分設(shè)計(jì)了屏蔽和電路防護(hù)裝置。
事實(shí)已證明了卡納維爾角精心設(shè)計(jì)的雷電檢測(cè)和防護(hù)系統(tǒng)的價(jià)值。如在39A和39B發(fā)射塔處設(shè)置了避雷桿，因此，雖然航天飛機(jī)在發(fā)射塔上曾被雷擊5次以上，卻沒(méi)有任何設(shè)備受損害。盡管有幾次航天飛機(jī)因天氣情況而推遲發(fā)射，但它從未在發(fā)射期間遭到破壞，迄今也沒(méi)有人員因雷擊而受傷，這應(yīng)歸功于雷電的防護(hù)措施。
為了確保飛行器的安全，除上述已介紹的的在發(fā)射場(chǎng)行和計(jì)劃飛行航線的低空段地區(qū)布設(shè)先進(jìn)的、綜合性的雷電探測(cè)設(shè)備和采用完整的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆雷o(hù)措施之外，同時(shí)還要制訂嚴(yán)格而細(xì)致的發(fā)射規(guī)范。任何航天活動(dòng)在未得到明角的、令人信服的、能說(shuō)明當(dāng)時(shí)雷電環(huán)境參數(shù)符合規(guī)范條款的證據(jù)之前，不準(zhǔn)進(jìn)行。美國(guó)國(guó)家宇航局和美國(guó)空軍空間局，在大力神/半人馬座火箭及其衛(wèi)星因雷擊發(fā)生意外事故之后，又重新修訂了防避自然閃電和飛行器觸發(fā)閃電的發(fā)射規(guī)范，嚴(yán)格規(guī)定所有的航天活動(dòng)必須遵循：
1. 在發(fā)射前30分鐘內(nèi)，在發(fā)射場(chǎng)地或計(jì)劃飛行航線的18.5公里范圍內(nèi)檢
到任何類型的閃電（云閃或地閃），不準(zhǔn)發(fā)射！除非產(chǎn)生閃電的雷雨云已移出了以上所規(guī)定的區(qū)域。
2. 計(jì)劃飛行航線屬于下列情況之一者，不準(zhǔn)發(fā)射！即：①航線通過(guò)云頂高于+5℃等溫線高度的積云；②航線通過(guò)或在9.3公里范圍內(nèi)存在云頂高于-10℃等溫線高度的積云；③航線通過(guò)或在18.5公里范圍內(nèi)出現(xiàn)云頂高于-20℃等溫線高度的積云（圖8、圖9）；④航線通過(guò)或在離積雨云、雷雨云（包括鉆狀云）的最近邊緣18.5公里范圍內(nèi)。
3. 對(duì)于布設(shè)了場(chǎng)磨電場(chǎng)儀網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射場(chǎng)地，如果在發(fā)射之前15分鐘內(nèi)的任一時(shí)刻，在發(fā)射場(chǎng)地9.3公里范圍內(nèi)檢測(cè)到地面上電場(chǎng)強(qiáng)度1分鐘平均的絕對(duì)值超過(guò)1000伏每米，則不準(zhǔn)發(fā)射！除非發(fā)射地18.5公里范圍內(nèi)確實(shí)沒(méi)有云，或不正常讀數(shù)很明顯地是由煙或地面霧引起。
4. 如果計(jì)劃飛行航線通過(guò)一垂直連續(xù)分布的云層，各層云體的厚度大于1327米，且有部分或全部位于0~20℃等溫線高度之間（則不準(zhǔn)發(fā)射！
5. 如果計(jì)劃飛行航線通過(guò)已擴(kuò)展到0℃等溫線高度以上的任何種類云，以及計(jì)劃飛行航線9.3公里范圍內(nèi)存在降雨帶，則不準(zhǔn)發(fā)射。
6. 如果計(jì)劃分行航線通過(guò)雷暴碎積云或?qū)⒁跊](méi)有被場(chǎng)磨電場(chǎng)儀網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到雷暴碎積云的9.3公里范圍內(nèi)分行或存在能產(chǎn)生雷達(dá)回波大于或等于10分貝的云層，則不準(zhǔn)發(fā)射！
航天活動(dòng)對(duì)于人類有極大的價(jià)值，它標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的科技水平、強(qiáng)盛的實(shí)力。但是發(fā)展航天事業(yè)所花費(fèi)的人力、物力是相當(dāng)驚人的。所以確保分行器的安全非常重要，任何航天事故都會(huì)造成巨大的損失，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的科技人員多年的心血會(huì)付之一炬，后果極端嚴(yán)重。美國(guó)是最早發(fā)展 航天事業(yè)的國(guó)家之一，也是航天活最多的國(guó)家，曾出現(xiàn)過(guò)一系列事故，付出了巨大的代價(jià)。為此加強(qiáng)了防雷研究，建立了一整套科學(xué)措施和發(fā)射規(guī)范。實(shí)行以來(lái)，很有成效，是值得我們借鑒的。
我國(guó)航天事業(yè)起步較晚，航天史上從未出現(xiàn)過(guò)因雷擊而引起的意外事故。這固然是由于在發(fā)射場(chǎng)地及飛行器本身采取了有效的防護(hù)措施。但是還應(yīng)該看到，我國(guó)的航天活動(dòng)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，發(fā)射次數(shù)少，在大多數(shù)情況下，是選擇在雷暴活動(dòng)較少的所謂安全期進(jìn)行。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際合作的增多，航天活動(dòng)必將大量增加，不可能把發(fā)射只限定在特定的季節(jié)。因此，有必要建立完整的雷防護(hù)和探測(cè)系統(tǒng)的同時(shí)，制訂嚴(yán)格的發(fā)射規(guī)范。
本書(shū)介紹國(guó)外先進(jìn)的避雷設(shè)施及其實(shí)踐效果，目的是給我國(guó)的科學(xué)技術(shù)人員、企業(yè)干部、工人和未來(lái)將成為國(guó)家棟梁之材的青年人一點(diǎn)啟示：要懂得科學(xué)并重嚴(yán)格遵循科學(xué)規(guī)律辦事，黃島大火這種特火災(zāi)禍?zhǔn)强梢员苊獾摹Ｈ绻泐I(lǐng)導(dǎo)的或工作的領(lǐng)域是有雷擊隱患的，有可能因雷擊而產(chǎn)生災(zāi)難性后果，你就應(yīng)該參考一下本書(shū)介紹的常識(shí)，并借鑒所介紹的避雷措施，改善本單位的防雷工作。只有全體人員都高度重視并懂得防雷常識(shí)，安全生產(chǎn)和人員的安全才能得到保證。
美國(guó)最先進(jìn)的防雷設(shè)施是什么樣的