无锡日报7月13日T1版“太湖周刊·人物”
2018年7月9日,无锡正式宣布“出梅”。灿烂的阳光仿佛给空气镀上一层“水晶”,通透中寓示着梅雨离去、高温到来。
当诗人笔下缠绵、浪漫的黄梅雨季挥手作别时,伴随着高温,全国大部分地区将进入台风、雷暴频发期。而在“雷公”发威、“火龙”腾飞、“银蛇”狂舞的时候,一位无锡人与他的发明,却可以助大家安然避过“天打雷劈”。
这位无锡人,就是中国科学院研究员、国际宇航科学院院士庄洪春。他的发明叫做“智能避雷球”,被联合国誉为“对人类生存和保障的最佳发明”。
结缘空间电学 追寻“天火”之谜
故事,要从电闪雷鸣说起。
关于雷电,每个人的记忆中,是恐怖的代名词,但是,对庄洪春来说,却是他一辈子研究、追求的事业。
庄洪春是宜兴人,家在周铁庄前村(现为周铁镇彭干村庄前自然村)。“我的家在周铁十字老街的南边,在两条小河的交汇处,房子周边还有30几棵桃树,但另外一面却是片乱葬岗。”
庄老说自己在孩提时代很顽皮。正是这份顽皮,令他保有一份好奇心。冥冥之中,他与空间电学的缘分,便在宜兴一场大规模雷雨天气中结下了。“那天,一道闪电劈中了我家附近的一棵桃树,那棵桃树瞬间就被劈倒燃烧了起来。”
这场突如其来的“天火”,在庄洪春心里打下无数个问号:这雷电为何会劈到我家附近呢?能不能把它引到别处呢?有没有办法避过呢?
心中有问号的孩子,大多都成了“学霸”。庄洪春在宜兴读完了竺西小学、竺西中学;1956年,考取了宜兴县第一中学(即现在的江苏省宜兴第一中学)。三年后,他以全县第二名的优异成绩,考取了中国科学技术大学。可他到学校去报名时,却被告知录取他的数学系是大热门,已人满为患,不再接受新生。无奈的庄洪春只得转而改上冷门的应用地球物理系,专攻空间物理专业,从此与空间电学研究结下不解之缘。
1964年大学毕业后,庄洪春被中科院研究生院录取为研究生,仍攻空间物理专业。1967年,庄洪春研究生毕业后,被分配到中国科学院应用地球物理所(现空间科学与应用研究中心),专门从事航天环境的大气和电学方面的研究。
在庄洪春的学术之路上,“两次赴美”对其今后创新研发智能避雷系统起到不可小觑的“助攻”作用。
卫星之父赵九章先生的研究生们。(后排左4为赵九章先生,左2为庄洪春)
1979年至1982年,庄洪春以公派访问学者的身份首次赴美。扎实的基本功、善于发散的思维,加上顶尖的实验器材,庄洪春在实验室里如鱼得水,先后写出多篇论文。因工作出色被美国陆军部特批绿卡,而他却婉拒绿卡与高薪,学期一结束便回国效力。
在美国加州大学洛杉矶分校作访问学者。
1989年,庄洪春第二次赴美。他被选拔为中美首次国家级空间科学合作专家组代表赴美执行合作研究工作。此次,作为空间电学研究及工程应用学科带头人的庄洪春,对应用在卫星上的“高压不放电”技术有了深刻理解,为后来的智能避雷球研究打下了坚实的基础。
创新智能避雷 欲与“雷公”试比高
《汉书·贾山传》中提到,“雷霆之所击,无不摧折者;万钧之所压,无不糜灭者。”“雷霆万钧”这一成语,被用来形容威力之大。庄洪春,偏偏是那个与“雷公”叫劲的人。
关于避雷,大家首先想到的是避雷针。美国科学家本杰明·富兰克林是传统避雷针的发明者。据说1752年7月的一个雷雨天,富兰克林冒着被雷击的危险,将一个系着长长金属导线的风筝放飞进雷雨云中,在金属线末端拴了一串银钥匙。当雷电发生时,他用手接近钥匙,钥匙上迸出一串电火花,手上还有麻木感,由此来印证自己“闪电是一种放电现象”这一观点。幸运的是,这次传下来的闪电比较弱,富兰克林没有受伤。
可庇护了人类近300年的传统避雷针,在电子化日益普及的当下,显得“力不从心”。“避雷针究竟灵不灵”,答案在这里——“引雷入地”的传统避雷方式。在“引雷”瞬间形成的电磁场辐射,极易对附近的电子仪器造成干扰甚至形成毁灭性破坏。
1999年,庄洪春应邀前往青岛调研一起军用设施遭受袭击的雷灾。那年,青岛海军某军用雷达站虽装了避雷针,依然受到严重损害,究其原因,是避雷针“引雷”损害了雷达主机。
2002年8月,吉林省长春市境内也遭受了一次强雷电袭击。据不完全统计,有楼房区的400余户、平房区的上百户居民住宅家电遭雷击损坏(主要是电视机、电话、计算机、音响等家电)。变电所和企业电源变压器、医院的计算机网络、宾馆的报警系统、干休所的电话系统等均遭雷击破坏,而这些地方都安装了传统避雷针。
这样的例子数不胜数。如何让“雷打”变成“雷不打”?这样的拷问,倒逼庄洪春加快征服“雷公”的步伐。美国解决卫星“高压不放电”的技术给了庄洪春启发。上世纪六十年代,世界航天界遭遇一个大难题:用于拍摄云层的气象卫星,发射升空两三天之后,便无法正常工作。经过数年研究发现,卫星发射升空后,高空中有八种环境因素致使卫星本身电压增高。由于卫星不同结构的构造材料不同,导致电压各不相同,在卫星的高真空环境中很容易产生放电,从而产生强烈的电磁场辐射,导致卫星内部电子设备功能损坏或失效。原因找到了,“高压不放电”的解决方案也就有了。
“将解决卫星高压不放电的技术用于地面,云与楼之间就不会放电——雷灾就不会毁坏楼里的电子设备了。”虽然原理相同,但卫星所处的空间环境与地面环境大不相同,将航天技术“引下来”为地面所用,这期间庄洪春与他的研发团队攻克了重重难关。
2002年,西双版纳迎来一年中的雨季。庄洪春与他的团队在这里开展外场试验。之所以选择西双版纳,是因为这里每年雷暴日多达120天,是检验避雷技术产品实际效果的最佳场所。
40多处高发雷击点,安装了新型等离子避雷装置。试验结果令人欣喜:被保护的物体不遭雷击,被保护物体内的电子设备也没有遭到损害。2003年12月,庄洪春团队研发的等离子智能避雷技术在云南省通过验收,作为防雷新产品在云南使用。
同样受益的还有成都军区某军。该部队的军用车上安装智能避雷装置后,实现军车机动中全天候防雷、全地域防雷。
让雷落到别处、打到别处,让“天火”不再祸害人类,庄洪春童年时的愿望,实现了!
致力成果变现 设计“雷不打”安全区
接受记者采访时,庄洪春教授拿出一张张专利证书、一叠叠荣誉证书。这位一辈子注重空间电学研究的科学家,也一度遭遇学术界的共同难题——科研成果转化难。
这道难题,传统避雷针发明者富兰克林同样遇到过。在最初发明与推广应用时,它曾被视为不祥之物,认为不但不能避雷,反而会引起上帝的震怒而遭到雷击;但在费城等地,科学的力量得以彰显:拒绝安装避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击,而比教堂更高的建筑物由于已装上避雷针安然无恙。初显神威的避雷针立即传到北美各地,随后又传入欧洲,后来才进入亚洲。
2000年退休后,庄洪春以原空间电学研究组和实验室的框架为原型,创建了北京卫昊康等离子技术开发有限责任公司,一心从事智能防雷技术发明专利的延伸开发。
在学术殿堂取得累累硕果的庄洪春,与记者聊起自己与故宫的合作。故宫博物院占地72万平方米(长960米,宽750米),建筑面积15万平方米,里面有众多古建筑与古树名木,为了避免雷击侵扰,故宫博物院斥巨资购买了200余套传统避雷针和避雷器,每年仅这些设备的维护保养就需耗费500多万元,可就是在这么严防死守的情况下,部分树木与建筑依然被雷击伤。更让人头疼的是,传统避雷针在“引雷入地”瞬间形成的电磁场辐射对防盗系统形成干扰,警报器乱响,而安保人员赶到时却全无异状。
2014年年初,北京故宫博物院的工作人员慕名找到了庄洪春,并表明了来意。原来,单霁翔担任故宫博物院院长后,提出“平安故宫”的管理理念,决定在全国范围内寻找新型避雷设备,使故宫内的建筑、树木彻底免受伤害。这时,庄洪春的等离子智能避雷球进入了他的眼帘,于是他派出工作人员与庄洪春洽谈。
庄洪春经过多次实地勘察,为故宫博物院量身定制了一套新型避雷方案:智能防雷=智能避雷+智能引雷,将雷引到紫禁城外面去,使之成为一座“雷不打”的故宫。
从故宫防雷的方案设计思想,引申出了“智能引雷球”。2006年,侨居美国的无锡人潘玲琴,与庄洪春的技术公司签约,在无锡建立了智能避雷设备厂,合作成立无锡梦湖等离子科技有限公司,实现智能避雷技术的产业化。这也是国内首家生产智能避雷设备的厂家。
针对智慧城市电子化程度高的特点,庄老还与无锡的专家一起,为无锡度身定制“无雷害”方案,将其打造成为一座“雷不打”的示范城市。即在远离电子设备集中区、危险品集中区的电线杆顶上安装引雷球。引雷球直径30厘米,离地面20米高,让雷都落到这些孤立的、分散的、有限数量的引雷球上,而行人、车辆、电子设备、危险品等都将因远离落雷点保证安全。
1941年出生的庄老,今年已经77周岁。古稀之年,仍惦着将无锡的企业重新办起来,为家乡父老做点实在事;仍想着将毕生的科研成果实现转化,为人类造福。尽管困难重重,却从不轻言放弃。
采访庄洪春教授,约了又约。他一直希望,家乡记者能到他新搬的办公场所看看。虽然,采访最终仍在位于北京上地7街国际科技创业园1号楼内完成,但简单的办公场所、谦逊的笑容、儒雅的谈吐,掩不住庄教授叫板“雷公”的豪气,这个一辈子将“防雷减灾”当作己任的科学家,让我们看见“坚持与创新”的模样。
(来源:无锡观察 编辑/钱薇)