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上世紀(jì)50年代末,中國(guó)開(kāi)始向太空放衛(wèi)星,放衛(wèi)星過(guò)程中出現(xiàn)了一種鮮為人知的現(xiàn)象:一旦衛(wèi)星位置升高,兩三天后,衛(wèi)星就出現(xiàn)失靈現(xiàn)象。如氣象衛(wèi)星原本應(yīng)拍攝云層情況,但幾天后,衛(wèi)星不拍攝云層,卻拍攝天空中的星星。面對(duì)這個(gè)棘手問(wèn)題,各衛(wèi)星大國(guó)紛紛組織科學(xué)家對(duì)這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行研究。幾年后,美國(guó)航天中心率先找到衛(wèi)星失靈的原因。原來(lái)衛(wèi)星放到天空后,衛(wèi)星上的電位自動(dòng)升高,甚至可升高到上萬(wàn)伏。因?yàn)樾l(wèi)星表面的材料各不相同,升高的電位也不同,材料之間產(chǎn)生電位差,同時(shí)衛(wèi)星與空間位置之間也產(chǎn)生了電位差。在真空環(huán)境,衛(wèi)星很容易放電,放電后衛(wèi)星上的儀器設(shè)備就受到電磁干擾,一些微電子設(shè)備很快就壞掉了。衛(wèi)星上的指導(dǎo)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件也因此受損。所以就出現(xiàn)應(yīng)該拍云層,卻拍星星的失靈現(xiàn)象。

衛(wèi)星的造價(jià)是以億為單位的,當(dāng)時(shí)不敢多放,放上去兩三天就壞了。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在衛(wèi)星表面覆蓋上一層等離子體,就可以讓衛(wèi)星有電也不放電。衛(wèi)星表面的電荷有正有負(fù),通過(guò)導(dǎo)電能力很強(qiáng)的等離子體傳到空間。電荷到達(dá)空間后自由游動(dòng),正負(fù)互相交流,產(chǎn)生平均后就不會(huì)產(chǎn)生高電壓,也就不會(huì)放電。

避雷技術(shù)發(fā)展過(guò)程

傳統(tǒng)的避雷針可以保護(hù)建筑物不被雷擊,但在引雷過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)常損害建筑物內(nèi)的微電子設(shè)備。對(duì)此,一種名為消雷器的避雷設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,但經(jīng)過(guò)近20年的實(shí)驗(yàn),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)消雷器并不能徹底消除雷害。

1995年,莊洪春萌發(fā)了把衛(wèi)星上的避雷技術(shù)應(yīng)用到地面防雷的設(shè)想,于是在中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心申請(qǐng)立項(xiàng)研究,同時(shí)申請(qǐng)了專利。

相比衛(wèi)星所處的真空環(huán)境,地面環(huán)境復(fù)雜得多。從1995年到2002年7年間,莊洪春領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組僅大型實(shí)驗(yàn)報(bào)告就做出86個(gè),小的實(shí)驗(yàn)數(shù)不清。

2000年之前,莊洪春完成了理論研究、計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室研究。2000年后,研究轉(zhuǎn)入實(shí)用化階段,2002年將實(shí)用化的產(chǎn)品拿到云南省做場(chǎng)外實(shí)驗(yàn)。

云南省西雙版納每年雷暴天120多天,是一個(gè)最理想的檢驗(yàn)避雷技術(shù)場(chǎng)所。莊洪春帶領(lǐng)空間電學(xué)組10多名研究人員來(lái)到西雙版納,專門挑選了高發(fā)雷擊點(diǎn)40多處,安裝等離子避雷裝置。

當(dāng)時(shí)外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)效果相當(dāng)好,雷不打被保護(hù)的物體,也不損害被保護(hù)物體內(nèi)的電子設(shè)備。與傳統(tǒng)避雷針技術(shù)不同的是,這項(xiàng)避雷技術(shù)無(wú)需接地。

2003年12月12日到14日,由云南省防雷中心主持,在西雙版納召開(kāi)了"等離子避雷球試用鑒定驗(yàn)收會(huì)"。專家組意見(jiàn):建議有關(guān)部門盡早發(fā)放生產(chǎn)和使用許可證,使這一新產(chǎn)品早日服務(wù)于社會(huì)。

3天后,云南省防雷中心給莊洪春的智能等離子避雷球發(fā)放了"防雷新產(chǎn)品使用許可證",允許等離子避雷球HC/DG系列和HC/DY系列產(chǎn)品在云南使用。

等離子避雷系統(tǒng)的工作原理是,清除被保護(hù)對(duì)象遭雷擊的危險(xiǎn)性,該裝置對(duì)雷擊危險(xiǎn)性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),在雷擊到來(lái)的前一瞬間,向被保護(hù)對(duì)象導(dǎo)體上輸送與雷擊相同極性的電荷,對(duì)消那里的感應(yīng)電荷所產(chǎn)生的雷擊危險(xiǎn)性,保護(hù)地面、水面、空中的固定和移動(dòng)物體不遭雷擊,使物體內(nèi)部的微電子設(shè)備也免遭直接雷害。同時(shí)使被保護(hù)對(duì)象對(duì)感應(yīng)雷害的反應(yīng)緩慢上千倍,其損害強(qiáng)度大為減弱,使物體內(nèi)部微電子設(shè)備免遭間接雷害。此外,在雷擊到來(lái)前把對(duì)外線路自動(dòng)斷開(kāi),切斷線路侵入雷害。這樣3種途徑的雷害都得到了消除。

自知沒(méi)有營(yíng)銷天賦的莊洪春,決定與有資金和營(yíng)銷能力的個(gè)人或公司合作。目前已有8位合作對(duì)象與他組建了合資公司。莊洪春以技術(shù)入股,合作方出資金和營(yíng)銷渠道,贏利后雙方分成。

66歲的莊洪春表示,這項(xiàng)新技術(shù)的誕生必然對(duì)已有250年歷史的避雷針技術(shù)產(chǎn)生顛覆性的沖擊。目前,國(guó)內(nèi)有上千家避雷針生產(chǎn)廠家,莊希望與他們合作,使這項(xiàng)新技術(shù)不斷完善,加大推廣力度。