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新民一周 | 闪电击中火箭之后

1986年美国德尔塔火箭因雷击爆炸,成为航天史上首次大型火箭雷击事故。1969年阿波罗12号两次遭雷击仍成功入轨。2026年中国长征三号乙火箭在雷击中稳健飞行,准确将卫星送入预定轨道。现代火箭通过法拉第笼、电磁屏蔽及尾焰导流等设计抵御雷击。

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    电闪雷击,方显长征火箭英雄本色。

    事情得从1986年说起。那一年5月3日,在迈阿密以北400公里的卡纳维拉尔角,美国一枚德尔塔3914火箭正搭载着GOES-G气象卫星,冲破阴雨升空。但仅仅60秒后,火箭穿越雷雨区时,一道闪电直接击中了箭体。强大的雷暴电流瞬间击穿外壳,一级火箭的RS-27主发动机控制系统短路,导致发动机提前关机。火箭在惯性向上飞行中姿态失控,整流罩过载解体,起飞91秒后,地面指挥中心不得不下令自毁,火箭凌空爆炸。 这可是人类航天史上,第一次有大型火箭在起飞后因为雷击而凌空爆炸。也是继“挑战者”号航天飞机爆炸4个多月后,美国遭遇的又一次巨大航天失利。从此,航天器防雷击成了各国研究和防范的重点。 从概率上看,航天器被雷击损毁的几率并不大。原因有三:一是发射时间可以灵活调整,穿越雷雨带不过十来秒钟,尽量避开雷雨区段并非难事。二是火箭本身就有天然的避雷属性——细长的金属外壳好比一个“法拉第笼”,能有效屏蔽电流;飞行时尾焰形成巨大的等离子体,雷电即便击中箭体,也很容易顺着等离子体滑走,不会影响内部设备。三是火箭在发射台上暴露时间较长,更容易遭遇雷击,所以气象复杂的发射台周围,都会建有多座高高铁塔,充当避雷针。 但凡事总有例外。虽然发射时间可以调整,但很多发射场的天气说变就变。万一火箭燃料已经加注完毕,航天员也已进入座舱,突然来了一片雷雨区,而发射窗口又很短,怎么办?很可能咬咬牙就发射了。 1969年11月14日,美国发射阿波罗12号时,就遇到了这个情况。那天宇航员入舱完毕静待起飞时,肯尼迪航天中心LC-39A发射台上空阴云密布,雨势渐大,但土星五号火箭还是按时点火。起飞后36.5秒,在2000米高空,火箭遭遇第一次雷击,指令舱三组燃料电池离线,全舱仪表报警,地面遥测信号中断了整整26秒。起飞52秒,约4300米高度时,土星五号再度触发雷击,造成姿态引导仪失效。幸运的是,两次雷击都未伤及主要制导系统,火箭勉力飞行,宇航员手动恢复了飞船仪表和燃料电池,地面飞控也切换至备用模式恢复遥测,最终将阿波罗12号送入了预定轨道。事后分析发现,雨区本身并没有雷电,但含有大量带电粒子,土星五号尾焰喷出的等离子流与之相遇,才引发了雷电。 优秀的现代火箭设计,特别注重三大防雷关键。一是确保“法拉第笼”的完整性。在箭体越来越多采用复合材料的情况下,必须保证外壳导电性能完整,万一遇到雷电,电流只能沿外表面泄放,从而保护载荷和箭载电子设备的安全。二是多重加强电磁屏蔽与浪涌抑制。箭上设有多重电磁屏蔽保护体系,核心线缆都有双层以上金属包裹,端口处加装瞬态保护器,进一步抵御可能出现的瞬间高压电磁脉冲,以及极端情况下电流浪涌式的冲击。三是发挥尾焰导流通道的作用。“法拉第笼”箭体与发动机尾焰形成的高温电离气体连成一体,就像一条空中的天然“接地线”,能将袭来的雷电直接导入大气。此外,在发射安排上,优先采取“躲”而不是“抗”的策略——发射场严密监测大气电场,不强行穿越雷暴区。 但凡事总有万一。一旦万一发生,那很可能就是见证奇迹、见证历史的时刻。 2026年7月23日20点,中国西昌卫星发射中心上空阴雨连绵。长征三号乙搭载着天链二号中继卫星06星,从发射台准时点火升空。火箭发射36秒后,天空突然亮起一道耀眼的闪电,从天到地,直接穿越了长三乙的箭体。火箭头顶闪电,尾甩强光,却依然毫不动摇,稳健向上飞行,最终将卫星圆满送入预定轨道。这是我国运载火箭首次被清晰完整地目睹到遭遇雷击的瞬间。 电闪雷击,方显长征火箭英雄本色。

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