飞机防雷措施的由来：NASA风暴危害研究计划与敢捕捉闪电的人

2018年年末，科威特空军的一架F/A-18“大黄蜂”战机，在飞行过程中遭遇了雷暴并被闪电击中，飞行员被这突如其来的意外吓坏了，本能地用左手护住了头部。当这架飞机落地后，飞行员将座舱内飞行记录仪所拍摄到的画面上传到了社交网络上，并备注称他当时被突如其来的闪电吓坏了。幸运的是，闪电对这架飞机造成的破坏几乎可以忽略不计。

科威特飞行员遭遇雷击的瞬间，图为视屏截图

事实上，雷暴确实是一种危及航空飞行安全的危险天气，民航和军用飞机的飞行操典中，都明确强调了飞行员在飞行过程中遭遇雷暴天气时需要采取返航、在雷云上或云外飞行、绕飞雷暴区域需要借助雷达回波，与雷暴区域保持25公里的距离等规定。

一架俄航航班在天津空域穿越雷暴

飞行员在云层中飞行误入雷区在所难免，因此还是经常会有飞行员驾驶飞机飞入雷暴区域之中的事情发生，但穿越雷暴区域也不是什么太可怕的事情。比如俄航航班的飞机就经常穿越雷暴区域甚至在雷暴区域中从容降落，而且军用飞机在执行任务时，也有可能因绕飞雷暴区域而贻误战机。何况，飞机是在大气中高速运动的物体，本就具备“招雷”的属性。这些飞行员敢于驾驶飞机穿越雷暴区域，自然有十足的把握，不可能拿自己的性命、机上乘客和价格动辄上千万美元的飞机去开玩笑。

现代飞机的避雷措施

现代飞机的机体基本被金属外壳所包裹，形成了能够屏蔽雷电的法拉第笼效应（Faraday cage effect）。飞机的金属外壳，起到了隔绝电场和电磁波干扰、静电屏蔽等作用，使电荷分布在飞机外部，保护其内部人员和设备不受雷电的伤害。

法拉第笼

像汽车、高压带电作业防护服、建筑物等，在设计时都利用了法拉第笼原理，做出了相应的避雷设计。飞机避雷原则细节包括但不限于确保关键性盖板不会被雷击后融化、在复合材料部件中安装避雷条、在雷达罩上安装放电条、电子线路安装防雷电金属网、多套设备备份等。

雷达罩中放电条的安装位置

除了这些防雷装置外，飞机主翼或尾翼尖端处还安装有放电刷，这些放电刷约有6厘米粗，它们由几十根很细的针组成，其电阻对于整架飞机来说简直是九牛一毛。当飞机在飞行过程中遭遇雷电时，飞机成为了强电场中的一部分，在尖端放电的作用下，放电刷能够将飞机外壳累积的大量电荷放至大气中，起到常规避雷针中接地的作用，一些大型飞机上甚至会安装有十几个放电刷。

尾翼上的放电刷

为了避免被雷击中后引燃油箱，现代飞机还专门加强了油箱的密封性。像FAA（Federal Aviation Administration，美国联邦航空管理局）这样的管理部门，还为民航客机设立了油箱密封性的核查制度，避免民航客机的油箱因被雷击中而起火。

尾翼上的多个放电刷

也就是说，现代飞机拥有被严格执行的防雷措施和防雷装置。那么这些防雷措施和防雷装置是怎么被开发出来的呢？NASA（美国国家航空航天局）弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心（ Langley Research Center in Hampton）的风暴危害研究计划（Storm Hazards Research Program）就为现代飞机的防雷设备发展做出了不可磨灭的贡献。

风暴危害研究计划与敢于捕捉闪电的飞行员

为了提高和确立一个通用的防雷标准，NASA在20世纪80年代开始了风暴危害研究计划。为了更准确地获得各项雷电数据，NASA专门改装了两架三角翼布局的F-106B战机，为它们加装了一系列观测雷电数据的设备。当遭遇雷暴天气时，NASA的飞行员就驾驶着这两架F-106B战机飞入雷云之间。

布鲁斯·费舍尔捕捉闪电的瞬间，相片拍摄于80年代，所以画质感人

布鲁斯·费舍尔（Bruce Fisher）就是参与风暴危害研究计划的疯狂飞行员之一，他在风暴危害研究计划期间，无数次驾驶着被改装的F-106B战机飞入雷暴中心。驾驶F-106去特意捕捉闪电过程最难的部分，是要努力控制飞机令其保持在雷暴区域中心，因为雷暴中的气流极不稳定，向上的气流和向下的气流常常相差2000英尺（约合609米），所以F-106在雷暴中的飞行更像是坐过山车。

布鲁斯·费舍尔接受美国媒体的采访

在风暴危害研究计划期间，布鲁斯·费舍尔就驾驶着F-106战机在“坐过山车”过程中，至少被闪电劈中了216次，他对闪电击中飞机这种事情早已司空见惯，甚至开始欣赏闪电击中F-106战机时在击鼻上产生的电光弧闪。按照布鲁斯·费舍尔的说法，闪电大都发生在雷云的顶端，穿过雷云的战机就像是一块铁砧，被闪电一次又一次地击打，遵循风暴危害研究计划“捕捉闪电”的原则，参与“捕捉闪电”的飞行员驾驶战机在雷云之中更高些的地方飞行。

NASA总部园区

经过风暴危害研究计划的分析，工作组得出了飞行器复合材料的部分需要安装特殊的防雷装置，而且飞行器中的计算机系统和显示器也应受到特殊的防雷保护。FAA也根据风暴危害研究计划得出的数据，制定了飞行器包括防雷措施在内的全天候飞机指标，也就是说现代飞机的防雷措施发展所需要的的数据，有很大一部分都是NASA风暴危害研究计划的飞行员如同疯子一般驾驶战机飞入雷暴中心采集而来的。

闪电击中飞机机翼

现如今，任何一架获得全天候飞行认证的商用飞机，在穿过雷暴区域时几乎不会发生任何危险，规格更高的军用飞机就更不用说了。FAA还给出了专业的数据与说法，并表达了对NASA风暴危害研究计划中那些疯狂而又勇敢飞行员的感谢，即“现代商业客机平均每年都至少会遭遇一次雷击，但是这几乎不会产生任何危险，几十年来没有任何一架美国客机因雷击而坠毁，这都要感谢NASA风暴危害研究计划工作组和那些勇敢的飞行员们”。

尾声

值得一提的是，布鲁斯·费舍尔只是风暴危害研究计划中众多勇敢而又疯狂的飞行员之一，在风暴危害研究计划为期8年的研究中，两架F-106战机先后完成了1496次在雷暴区域中的穿越，共被闪电击中714次。

一架待出厂的波音777

没有这些敢于捕捉闪电的飞行员，就没有如今的，FAA全天候飞行认证，民用航班也就没有了防雷安全标准。目前，大多数民航所采用的如波音、空客等航班，都通过了FAA的全天候飞行认证，所以我们乘坐飞机穿越雷暴时，应该感谢那些曾经为了追求科学而捕捉闪电的人。