Мать всех гроз на закате в Денхэме, Западная Австралия. (фото предоставлено Вики)
Когда Бенджамин Франклин изготовил первый громоотвод в 1750-х годах после своего знаменитого эксперимента по запуску воздушного змея с прикрепленным к нему ключом во время грозы, американский изобретатель не мог знать, что это останется на уровне техники на века.
В настоящее время ученые пытаются улучшить эту инновацию 18-го века с помощью технологии 21-го века — системы, использующей мощный лазер, который может революционизировать молниезащиту. Исследователи заявили в понедельник, что им удалось использовать лазер, направленный в небо с вершины горы Сантис на северо-востоке Швейцарии, чтобы отклонить удары молнии.
Повреждения, вызванные молнией
При дальнейшем развитии этот лазерный громоотвод сможет защитить критически важную инфраструктуру, включая электростанции, аэропорты, ветряные электростанции и стартовые площадки. Молнии ежегодно наносят ущерб зданиям, системам связи, линиям электропередач и электрическому оборудованию на миллиарды долларов, а также убивают тысячи людей.
Оборудование было доставлено на вершину горы на высоту около 8 200 футов (2500 метров), некоторые части с использованием гондолы, а другие - на вертолете, и было сфокусировано в небе над передатчиком башни высотой 400 футов (124 метра), принадлежащая телекоммуникационному провайдеру Swisscom SCMN.S, одна из структур Европы, наиболее пострадавших от молнии.
Лазерный громоотвод, экспериментальное устройство молниезащиты, которое отклоняет путь разрядов молнии с помощью мощного лазера, показан в действии на вершине горы Сантис в Швейцарии TRUMPF/Martin Stollberg/Handout via REUTERS.
В экспериментах, проводившихся в течение двух месяцев в 2021 году, испускались интенсивные лазерные импульсы — 1000 раз в секунду — для перенаправления ударов молнии. Все четыре удара во время работы системы были успешно перехвачены. В первом случае исследователи использовали две высокоскоростные камеры, чтобы записать изменение направления молнии более чем на 160 футов (50 метров). Три других были задокументированы с другими данными.
«Мы впервые демонстрируем, что лазер можно использовать для управления естественной молнией», — сказал физик Орельен Хуар из Лаборатории прикладной оптики Политехнической школы во Франции, координатор проекта Laser Lightning Rod и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале.Nature Photonics.
Изображение телекоммуникационной башни Сентис (Швейцария) высотой 124 м.
Показан путь лазера, записанный с его второй гармоникой на длине волны 515 нм.
Молния — это электрический разряд высокого напряжения между облаком и землей, внутри облака или между облаками.
«Мощный лазер может генерировать на своем пути длинные столбы плазмы в атмосфере с электронами, ионами и молекулами горячего воздуха», — сказал Хоуард, имея в виду положительно заряженные частицы, называемые ионами, и отрицательно заряженные частицы, называемые электронами.
«Мы показали здесь, что эти столбы плазмы могут служить ориентиром для молнии», — добавил Хоуард. «Это важно, потому что это первый шаг к лазерной молниезащите, которая может фактически достигать высоты в сотни метров (ярдов) или километр (0,6 мили) при достаточной лазерной энергии».
Лазерное устройство имеет размеры большого автомобиля и весит более 3 тонн. В нем используются лазеры немецкой компании по производству промышленного оборудования Trumpf Group. При ключевой роли ученых Женевского университета эксперименты проводились в сотрудничестве с аэрокосмической компанией ArianeGroup, европейским совместным предприятием Airbus SE (AIR.PA) и Safran SA (SAF.PA) .
Эта концепция, впервые предложенная в 1970-х годах, работала в лабораторных условиях, но до сих пор не в полевых условиях.
Лазерный громоотвод в действии (фото предоставлено TRUMPF/MARTIN STOLLBERG)
Громоотводы, относящиеся ко времени Франклина, представляют собой металлические стержни на крышах зданий, соединенные с землей проводом, который проводит электрические заряды, безвредно ударяя молнию в землю. Их ограничения включают защиту только небольшой площади.
Хоуард предполагал, что потребуется еще 10–15 лет работы, прежде чем лазерный громоотвод станет широко использоваться. Одной из проблем является предотвращение помех самолетам в полете. Фактически, воздушное движение в этом районе было остановлено, когда исследователи использовали лазер.
«Действительно, существует потенциальная проблема с использованием системы при воздушном движении в этом районе, потому что лазер может повредить глаза пилота, если он пересечет лазерный луч и посмотрит вниз», — сказал Хоуард.
