捕捉雷電並安全釋放 全球首創的無人機開發

JSTORIES — 隨著氣候變遷影響擴大，全球各地接連傳出因雷擊引發的人身事故與基礎設施損害新聞。僅日本每年因雷擊造成的損失總額就據說高達1000億至2000億日圓，但目前主要的防雷措施仍以18世紀中期發明的避雷針為主流，雖然性能不斷進步，卻無法期待能根本達成零損害的目標。

在這樣的情況下，長期受通訊設備雷擊困擾的NTT，今年4月宣布成功開發出一種全新無人機技術，能在不引發落雷的情況下捕捉雷電，並證明了其效果。

目前主流的做法，是在高樓建築的屋頂等處設置避雷針，吸引落雷，保護建築物及人員免於遭受直擊。相較之下，NTT所開發的系統是讓無人機接近雷雨雲，誘發雷電，在落雷發生前捕捉雷電，並將大電力安全釋放至安全區域的機制。

「若自家設備遭雷擊，最壞情況下，附近一帶的通訊可能會全面中斷，但過去的防護措施無論如何都無法將損害降至零。因此，我們將發想從『不讓雷擊落下』，轉變為『捕捉雷電並引導至安全之處』，並持續進行相關研究，」NTT宇宙環境能源研究所主任研究員長尾篤表示。

根據NTT的發表，實驗中依據雷雨雲的位置移動無人機，並透過地面開關使無人機與地面形成導通，成功地有意誘發雷電。為此開發的獨家技術主要有兩項。

第一項技術是設計一種防雷籠，防止無人機即使遭雷擊直擊，也不會誤動作或故障。該設計能讓捕捉到的雷電大電流繞道流動，避免雷電電流流入無人機本體。同時，透過放射狀分散電流，讓電流產生的強磁場相互抵消，降低對無人機的磁場影響。

第二項技術是利用電場變動誘發雷電。 僅將無人機飛至雷雨雲下方並不會產生雷電。 因此，無人機與地面設備以導電性細鋼索連接， 並透過高耐壓開關掌握時機，迅速提升無人機周圍的電場強度，誘發雷電生成。

誘發雷電的實驗過去也曾以研究為目的，利用火箭或雷射進行，但尚無以實用化為目標的案例。

長尾氏表示：「利用無人機來保護人員及基礎設施的構想是全球首創，最快目標於2030年前後實用化。目前最大的課題是如何預測雷電何時、何地會發生，並且還需要對人體影響等安全措施加以對應。」

NTT也在進行捕捉雷電能量的儲存與活用相關的研發。「一次雷擊的能量約為400千瓦時，約相當於一個四口之家一個月的用電量。儲存效率能達到多高仍是未知數，但我們希望未來能有效活用，並且正致力於儲存技術的開發。」（長尾氏）

關於這項技術，國內外已經有很大的反響。 預期需求較高的領域之一是風力發電設備的應用。 風力發電設備常受到雷擊損害困擾，但周圍無法設置避雷針。 若避雷針無人機實用化，將成為極大的助力。

此外，對於雷擊易造成人員傷害的戶外活動場地等，使用無人機的對策能夠依需求在必要時細緻設置，因而在安全性與成本兩方面都有顯著優勢。

長尾氏表示：「過去曾有設想過雷擊後的防護裝置，但利用無人機去捕捉雷電並實用化的想法至今仍不多。現今全球各地落雷災害增加，我們希望這項技術能成為所有人的幫助。」

文章：嵯峨崎文香

編輯：北松克朗

主圖照片提供：Envato

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