Инженеры японской технологической компании NTT построили дрон, способный работать в качестве громоотвода: во время грозы он поднимается над землёй, провоцирует удар молнии, принимает его на себя и продолжает функционировать, предотвращая попадание молнии в объекты инфраструктуры.

Источник изображений: group.ntt

Испытания устройства NTT провела в декабре 2024 года и январе 2025 года. Беспилотный летательный аппарат подняли на высоту 300 метров — его поместили в клетку Фарадея, к которой прикрепили провод, соединённый с лебёдкой и выключателем на земле. Затем на провод подали напряжение свыше 2000 В, что спровоцировало удар настоящей молнии по дрону. «В момент удара раздался громкий треск, на лебёдке возникла вспышка, а в молниезащитной клетке дрона произошло частичное оплавление», — рассказали в NTT. Однако БПЛА выжил и «продолжил стабильно летать даже после удара молнии», поскольку клетка «перенаправила сильный ток от удара молнии от внутренних компонентов дрона, не дав ему пройти через сам аппарат».

Клетку Фарадея, отмечают инженеры японской компании, можно устанавливать на другие имеющиеся в продаже БПЛА — это обеспечит более эффективную защиту по сравнению с классическими громоотводами, поскольку дроны можно разворачивать в различных точках. В NTT рассчитывают массово запускать такие дроны над крупными городами во время гроз, когда молнии могут нанести значительный ущерб. Только в Японии убытки от ударов молний оцениваются в сумму от 100 до 200 млрд иен (от $700 млн до $1,4 млрд) в год.

Это может прозвучать странно, но учёные до сих пор не имеют стройной теории, описывающей физические процессы в молниях. Представление древних греков о молниях в некотором смысле было полным — это орудие Зевса. Выглядит известно как, действует тоже понятным образом. Но физиков молнии всё ещё ставят в тупик. Сделанное астрофизиками открытие — обнаружение рентгеновских вспышек в особо опасных восходящих молниях — поможет лучше понять физику явления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Да, молнии могут бить не только сверху вниз, но также снизу вверх. Происходит это обычно на высотных и высоких объектах. На уровне моря восходящие молнии обычно не наблюдаются. Например, около 90 % бьющих в Останкинскую телебашню молний восходящие. Таких случается не менее 30 в год. И если нисходящая молния ударила и рассеялась, то восходящая ощутимо дольше держится на верху конструкции, что ведёт к повышению нагрузки на сооружение и молниеотводы. Массовая установка ветряных турбин с высоким содержанием композитных материалов ведёт к повышению риска разрушения восходящими молниями. И это проблема.

Группа астрофизиков под руководством Тома Орегель-Шомона (Toma Oregel-Chaumont) из Швейцарского федерального технологического института (EPFL) провела серию наблюдений за восходящими молниями, возникающими на вышке Санти (Säntis Tower) в Швейцарии. Башня высотой 124 м расположена на вершине горы Санти высотой 2502 м в Аппенцелльских Альпах — идеальное место для возникновения и наблюдения восходящих молний.

Башня Санти. Источник изображения: EPFL

Традиционно молнии наблюдались и оценивались по двум измеряемым параметрам. Во-первых, по внешнему виду, что благодаря скоростной съёмке открыло новый уровень оценки этого явления. Во-вторых, с помощью измерения токов разряда. Наблюдения в рентгеновском диапазоне добавляют новые ценные данные, по которым можно судить о физических процессах на разных отрезках прохождения заряда (энергия, направление, ионизация каналов и так далее). Для нисходящих молний вспышки в рентгене не новость, однако для восходящих молний ещё ни разу не удавалось их обнаружить.

«Фактический механизм, с помощью которого возникает и распространяется молния, всё ещё остается загадкой, — пояснили исследователи. — Наблюдение восходящих молний с высотных сооружений, таких как башня Санти, позволяет соотнести измерения рентгеновского излучения с другими одновременно измеряемыми величинами, такими как высокоскоростные видеозаписи и электрические токи».

Впервые увидеть рентгеновские лучи во вспышках восходящих молний смогла группа Орегель-Шомона. Скоростные камеры засняли четыре восходящих разряда со скоростью съёмки до 24 тыс. кадров в секунду. Некоторые из разрядов сопровождались вспышками в рентгене, а некоторые нет. Это позволило выявить разницу между одними и другими, что важно для понимания физики молний. Рентгеновское излучение очень короткое — оно исчезало в течение первой миллисекунды после формирования лидера и, как оказалось, оно коррелирует с очень быстрыми изменениями электрического поля, а также скоростью изменения тока.

«Как физику, мне нравится иметь возможность понимать теорию, лежащую в основе наблюдений, но эта информация также важна для понимания молнии с инженерной точки зрения, — сказал Орегель-Шомон. — Всё больше и больше высотных конструкций, таких как ветряные турбины и самолёты, строятся из композитных материалов. Они менее электропроводны, чем металлы, такие как алюминий, поэтому они сильнее нагреваются, что делает их уязвимыми для повреждений от восходящих молний».