陆地发射火箭具有比较成熟的直击雷防护措施,尽管无法完全避免直接雷击。由于火箭发射架和火箭的高度都超过了避雷针最大滚球半径60m,会有侧击雷的风险。因此火箭发射场通常采用多个避雷塔和避雷网格的形式来形成一个立体的防护网络,极大的减少了雷击时发生事故的风险,这方面美国航空航天具有更多的经验。但是,由于避雷塔,火箭和发射架均为金属材质,因此都有可能发生引雷的可能行。

相反,随着火箭发射越来越密集,为了减小对陆地人们生活的影响,越来越多的发射将发生在海上。这将面临着比陆地更为复杂的气象环境。面对雷电,在发射平台上安装超高的避雷塔不太现实,安装多个避雷塔更是不可能。另外,在发射平台上,火箭基本位于最高点,且海上雷电能量要高于陆地,因此,海上发射火箭将面临更加严峻的雷电防护问题。
海上航天发射由于其特殊的海洋地理环境和移动平台特性,面临比陆地发射更复杂的防雷挑战。以下是可能遇到的主要防雷问题:
1. 孤立构筑物的直击雷风险
海上发射平台(如改装的半潜式平台或货轮)是海面上唯一的突出孤立构筑物,极易吸引雷电直击。
雷电拦截难度:由于平台空间有限,且火箭处于垂直待发状态,其高度往往接近或超过周围的避雷设施。虽然通常在发射工位周围建立避雷塔并拉设防雷线形成立体屏蔽,但在海上波浪导致平台摇晃的情况下,保护半径的稳定性面临挑战。
侧击雷威胁:海上雷暴频繁,闪电路径多变,火箭本体及其附属支撑结构可能遭受侧击。
过电压威胁:电流接闪泄放的瞬间会在船体表面产生电位抬升,从而产生接触电压和跨步电压,对人体和一些设备构成威胁。
2. 间接效应与电磁脉冲(LEMP)
即使雷电未直接击中火箭,其产生的瞬态电磁场也会通过空间耦合引发事故。
设备敏感性:航天器内部集成了大量高精密电子元件和导航传感器,雷电感应电压可能导致设备工作异常或硬件损坏。
线路耦合:海上平台的电缆敷设路径往往受限,强磁场会在控制电缆和信号线中产生感应电流,干扰飞行控制指令或自毁信号传输。
船体磁化:在近期的技术交流活动中, 香港国际大型运输船队公司相关负责人反馈,他们的船舶经常在海上遭受雷击,损失严重,甚至有一次船舶遭受雷击后船体磁化达1年,还不能自行消除,导致雷达导航系统发生严重偏差。
3. 海洋高盐雾环境下的接地问题
良好的接地是防雷系统的核心,但海上环境对此提出了严苛要求:
腐蚀风险:高盐雾、高湿度的海洋环境会迅速腐蚀接闪器、引下线和连接器,导致导电性能下降,甚至使防雷系统失效。
如水路径复杂:由于船体多采用复杂的多层甲板,表面有防腐蚀油漆,因此雷电流泄放路径复杂多变,无法像在陆地一样以最快的路径泄放入地。
4. 气象预报与窗口缩减
海上天气变化极快,雷暴单元的生成和移动具有高度不可预见性。
监测盲区:相比陆地密布的雷电定位网,海上监测设备较少,主要依靠卫星和舰载雷达,对雷电活动的实时捕捉能力存在一定短板。
发射准则限制:为了规避风险,海上发射执行严格的雷电发射承诺准则(LLCC)。例如,如果路径附近10海里内出现雷电,通常需推迟发射30分钟。
5. 发射平台存在在风险
发射平台和火箭均为雷击的目标,因此确保发射平台的安全是火箭成功发射的根本。由于操作台顶部较高,切汇聚了大量通讯导航遥测系统,因此一旦遭受雷击将影响火箭的发射和安全。许多大型船只在海上遭受雷击造成通讯导航雷达系统损坏的案例也比比皆是。

海上发射实景
以上5点是海上发射火箭可能遭受雷击遇到的风险点。
历史上有多次陆地发射火箭遭受雷击的案例,陆地雷击后的风险及维护要简单很多。一旦发生状况可以及时检查修复,但是海洋由于天气多变,发生故障后无法及时全面检查,需要返回基地才行。因此,在海上不但要考虑火箭雷击风险,还要考虑船舶的雷击风险。
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