Как работает первый в мире лазерный громоотвод

Громоотводы были изобретены 270 лет назад. Они традиционно выглядят как незамысловатые металлические пруты, торчащие на высоких сооружениях и перенаправляющие разряды атмосферного электричества в грунт посредством заземленного провода. Этот метод превосходно оберегает дымовые трубы, вышки сотовой связи и небоскребы, однако человеческая цивилизация неуклонно развивается, и ей может потребоваться защита нового уровня.

Ученые уже давно пытаются усовершенствовать технологию безопасного отведения молний, и, как кажется, перспективное направление удалось-таки нащупать. Оно было описано в начале этого года в журнале «Nature Photonics» и заключается в «управлении» молниями с помощью коротких, но интенсивных лазерных импульсов.

Наибольшую опасность молнии представляют для крупных инфраструктурных объектов, к которым можно отнести, например, аэропорты, электростанции и космодромы. Если верить статистике, ущерб, наносящийся этими разрядами экономике, исчисляется миллиардами долларов в год. Не будем забывать, что от их ударов в мире за год гибнут более 4000 человек.




Предотвратить появление молний, как минимум на современном уровне развития технологий, нельзя, но защититься от них при желании возможно. Один из способов заключается в контроле над временем возникновения электрических разрядов и перенаправлении их в безопасные точки местности.

Ещё в 1965 году была описана методика искусственного провоцирования молний с помощью запуска небольших ракет. Снаряд, от которого к земле тянется заземляющий провод, поднимается в грозовые облака, и вынуждает их разряжаться.

Но зачем использовать ракеты, являющиеся, как ни крути, расходным материалом, если того же самого эффекта можно добиться с помощью лазеров?

Исследователи начали изучать соответствующую технологию ещё в конце прошлого века, и в 1999 году японцам удалось вызвать два разряда тремя лазерами. Ученые, опубликовавшие упомянутый отчет о своей работе, использовали более мощную установку, испускающую около 1000 импульсов в секунду.




Эксперимент был проведен в Швейцарии, рядом с телекоммуникационной башней высотой 124 метра. Это сооружение славится тем, что в нее попадает около 100 молний в год. Основной целью мероприятия была проверка идеи, согласно которой одна установка может использовать лазерный филамент и для инициации молнии, и для её перенаправления.

Лазерный филамент создается путем отправки коротких и интенсивных импульсов в среду, которой в данном случае выступают грозовые облака. Это воздействие ионизирует молекулы воздуха – они теряют электроны, в результате чего образуется узкий столб плазмы. Окружающий его газ перегревается и отталкивается во всех направлениях, вследствие чего формируется что-то вроде канала электрически заряженного воздуха, отличающегося меньшей плотностью. Это идеальный спусковой крючок для удара молнии.




Лазерные филаменты вытягиваются до 100 метров в длину, а их общая протяженность может составить около километра. Это позволяет как вызывать молнии, так и направлять их в сторону от обороняемого объекта инфраструктуры.

Ученые задействовали свой лазер во время нескольких летних гроз в 2021 году. Им удалось вызвать четыре управляемые молнии, доказав эффективность описанной выше технологии. Научный коллектив в настоящее время продолжает совершенствовать её, и если эта работа увенчается успехом, защиту могут получить не только объекты инфраструктуры, которые и без того относительно надежно прикрыты, но и, допустим, летательные аппараты. Авторы исследования, по крайней мере, утверждают, что при желании разряжающие грозовые облака лазеры можно устанавливать на самолеты и ракеты.