[发明专利]空中移动物体主动避雷的方法和装置

说明书

技术领域

本发明专利涉及空中移动物体，如导弹、火箭、卫星和飞机等飞行体升空穿云期间防避遭雷击的技术领域。

背景技术

飞行体，如导弹、火箭、卫星和飞机等升空时遭雷击而毁损的事故国内外多次见过报导。雷击危险性使得飞行体做不到全天候安全发射升空和飞行。因此国内外重要火箭和导弹发射场，包括卫星发射场，都装备有雷击危险性监测予警系统，用来帮助指挥员选定安全发射的时间窗口。尽管如此，也不能完全确保发射安全。而且战时的导弹发射容不得选择时间窗口。因此飞行体避雷一直是全天候安全发射升空和飞行要求所提出的最理想目标。

例如，文献“宋详，庄洪春.航天飞机发射操作天气准则及天气测量仪器设备.载人航天.1998.(4)：43～46”中比较详细地介绍了国内外卫星发射的雷击危险性监测予警系统，目前尚未见有任何技术可以使飞行体穿云期间保障不受云电荷雷击。

因为传统的避雷技术，即避雷针技术的原理是引雷入地，飞行体无法接地，故至今为止，飞行体上从未用过任何避雷技术。唯一的办法是被动的躲藏。飞机场上空有雷暴云时不起飞和降落。天空有云不发导弹。

发明内容

本发明就是解决飞行体，如导弹、火箭、卫星和飞机等升空穿云期间的防避雷击问题的方法和装置。

雷击是大气中的电击穿现象。电源就是云中电荷。云地闪就是云中电荷向着地面物体上的感应电荷击穿放电。

电击穿总是在异号电荷之间才能发生，而且只有当电场强度数值高于大气击穿场值时才能发生。从电场特性可知，电力线总是从正电荷出发而终止在负电荷上。电力线最密的地方总是在电荷处，那里也就是电场强度最高的地方，因此击穿总是在存在电荷处开始。

雷击飞行体的现象就是云中电荷向飞行体表面感应电荷的击穿放电。假如飞行体导电外壳不存在感应电荷，则电力线就不会汇聚到飞行体上，云中电荷就不会向着飞行体放电击穿。换句话说，雷就不会击到飞行体上。

本专利是通过使飞行体表面感应电荷失效或消失，使飞行体表面大气电场强度达不到击穿大气的值，步骤1：使感应电荷失效的方法是在飞行体表面上复盖一层厚度不小于5.5mm，浓度不小于1×10¹⁵m^-3的大气等离子体气层，把感应电荷及时散发到空气中，使飞行体不存在高电场强度；但一般来说，若只用这一种方法，有时在工程上实现困难，不现实；可再增加步骤2：使感应电荷消失的方法，用一单脉冲高速电流放大器的输出来对消飞行体感应电荷。这两种方法一般是同时使用在同一对象上。对于有些保护对象，也可以只用前一种方法。但一般来说，若只用前一种方法，有时在工程上实现困难，不现实；若只用后一种方法，电流放大器的传感器部分的避雷不能解决，具体实施时，一般是把一个保护对象分成两部分，其中部分1用前一种方法，部分2用后一种方法。同时部分1又是后一种方法的传感器。

以下分别阐述使被保护的飞行体表面感应电荷失效和消失的方法

首先应考虑高导电率的等离子体气层避雷作用的驰豫时间。上述分析可知，避雷作用的原理是气层中的电场强度减弱到不能达到击穿空气的值，若外电场突然加到等离子气层上，由于气层整体上是中性的，即正、负离子密度相等，宏观上无空间电荷存在，故气层内的电场也突然增大到与外电场相等。随后，由于正、负带电粒子沿不同方向运动而极化，造成空间电荷，使气层内的电场随时间而变小。这种变小有个驰豫时间τ。

由电学理论可知：

τ=ϵσ]]>

式中σ是电导率，ε是介电常数。这就是说，气层的屏蔽作用，也就是避雷作用，并不是瞬间产生的，而是按τ为时间常数逐渐形成的。

下面考虑飞行体表面高导电率气层在穿云过程中的电场强度变化速率。为估算方便，设有半径为ξ的均匀带电云球，飞行体以速度η匀速穿行，方向正对球心。由于均匀带电球体电场强度为：