122013年7月5日星期五Tel（押010）51949401 新知 主编：魏刚编辑：胡珉琦校对：王心怡E-mail押mqhu＠ 人工引雷的实验，使得人类控制雷电、利用雷电的部分设想变成现实。
但利用雷电能量作为能源的想法，仅仅还停留在研究层面。
对于如此巨大的瞬时能量，暂时还没有好的方法来予以存储和利用。
操纵雷电非天方夜谭 图片来源：昵图网 姻本报记者童岱 近段时间以来，频繁的雷雨天气给全国不少城市都带来了麻烦，上百航班延误、城市交通拥堵加剧，江西一家烟花厂还因为雷电击中原料库引发爆炸，导致3人死亡。
雷电这种伴有雷鸣和闪电的放电现象，人们对其有着神秘而又令人生畏的印象。
如何对雷电施加影响和利用，减少气象灾害，这是气象学界长期以来关注的问题。
而人工引雷所取得的进展，似乎正在为解决这些问题提供有效的思路。
人工引雷干预灾害天气 人类对雷电最早的科学研究来自于“不要命的疯子”———本杰明·富兰克林，他于1752年6月在费城完成的“风筝实验”仍存在于现在的教科书之中，这项实验也证明了闪电是一种电流。
在这之后的200多年里，许多科研工作者投身到雷电研究中，并发展出一整套雷电预测、观察及防范的科学体系。
但是，人们至今只是对雷电的基本物理过程有了一定认识，还有许多问题仍有待解决。
在研究雷电领域中，人工引雷作为一种技术或手段发挥了不小的作用。
“雷电发生的随机性很大，早期人们很难对其有系统的观察方法，认知也非常有限，人工引雷技术的应用，倒是提供了一种不错的研究方法。
”中国科学院寒区旱区环境与工程研究所（以下简称中科院寒旱所）研究员余晔在接受《中国科学报》记者采访时谈到。
在我国，中科院寒旱所研究人员曾利用人工 引发雷电技术，对雷电流及其电磁场进行了多年野外实验。
比如，在我国甘肃省的平凉地区，由于地处六盘山东麓，这个地区常常出现强对流天气，下冰雹的机会较多。
在那里，余晔及其团队研究发现，当地下冰雹之前的几分钟，常伴有雷电出现。
他们就试图通过人工引雷的方式，使得雷电提前释放，这样会让冰雹体积缩小，从而减小冰雹的危害程度，同时，还可以做短时的冰雹预警。
余晔说：“那时做人工引雷，主要和雷电防灾相关，目的在于将灾害可能引发的损失降到最低。
” 相关的模拟计算也表明，对冰雹云进行人工引雷可以使冰雹削减、降水增加。
这样在一定条件下，人工引雷有可能成为人工影响天气过程的一个有效手段。
火箭引雷洞悉雷电内在 “人工引雷能够让科研人员有机会接近这种奇特的自然现象，通过这种技术手段，去了解雷电发生机制及物理过程。
”中国气象局国家气象中心雷电灾害防护专家陈善敏在接受《中国科学报》记者采访时表示。
他谈到，人工引雷的概念，可能对于一般人而言比较模糊，事实上这就是人工消雷的方式之
一。
像很多高层建筑上的避雷针，就是人工引雷的一种，将雷电以人为提前设计的路径将其引到地下，防止雷电可能产生的危害。
“科研人员做人工引雷的实验，不仅仅是为了防灾，还‘另有所图’。
”余晔说，这主要能起到两方面的作用，一方面是可以观测雷电是如何形成的、需要具备哪些条件，从而观察雷电从诞生前到释放的特性；另一方面，这种实验可以观测到雷电释放的电流强度，以及电磁场强度，还有雷电对电子设备的影响。
余晔及其团队过去做过火箭引雷的相关实验，主要采用火箭导线引雷技术。
人工引雷火箭拖着一条细细的金属丝导线，这是引雷的关键。
导线一般采用直径为毫米级别的金属丝，导线的长度大约为几百米，一般被绕在一个线轴上。
线轴的绕制是一项比 较精细的工作，绕线质量的好坏直接关系到拉线的成功率。
引雷火箭导线要有足够的抗拉强度，要细要轻，以减轻火箭的负荷，而且导线表面要光滑，以减小飞行阻力。
“为了增加金属丝的机械强度及耐火强度，需要在钢丝外面包上一层尼龙绳。
正是有了尼龙绳，我们可以观测雷电击穿物体的过程。
”余晔说。
火箭飞向“雷区”，当雷电触发时，金属丝可以将雷电引导到目标物。
此外，在铁塔上方会装载相关的电子仪器和测量设备，借此，可以对雷电防护装置的性能进行综合试验和评估。
利用雷电能还很遥远 人工引雷的实验，既然能使人类控制雷电、利用雷电的部分设想变成现实，那利用雷电能量是否也有可能呢？毕竟雷电所带来的巨大能量，总是令人心仪。
对此，陈善敏表示，雷电能是清洁能源这毫无疑问，国内外的相关研究机构都在做这方面的科研。
但至今还没有实质性的进展，这主要是因为雷电能的搜集方法太困难，如此巨大的瞬时能量对于设备的耐受要求非常高。
中国科学院大气物理研究所研究员郄秀书曾对媒体表示，雷电的峰值功率很大，持续时间又很短，所以总的能量并不是很强。
在她看来，至少在现阶段，雷电能量利用的意义并不是很大。
余晔谈到，新能源都存在一些有待完善的问题。
比如，风能的特点就是不稳定，风速时快时慢，而雷电能作为一种瞬时能量就更没法谈是否稳定了。
“最大的技术难点在于，雷电发生后，这个能量如何储存，这对于能量存储设备的要求是非常高的，只有解决这个问题后，才可能解决后续的应用问题。
” 此外，太阳能的特点之一就是目前的转化效率不够高，雷电能也面临这个问题，究竟能将转化效率的百分比提高到多少，这个也是决定雷电能是否值得应用推广的条件之
一。
军事空间 E-“8联合星”：美军的空中大脑 姻本报记者魏刚 E-“8联合星”预警机是美军军事新概念的产物，它由美国波音公司707/300客机改装。
主承包商是诺斯罗普·格鲁曼公司。
“联合星”的英文JSTARS即“联合监视目标攻击雷达系统”（JointSurveillanceTargetAttackRadarSystem）的缩写。
到目前为止，美国空军已经装备的4架E-8“联合星”均由已使用过的波音707改装而成。
军事专家、《航空知识》副主编王亚男告诉《中国科学报》记者，与人们熟知的E-3预警机不同，美国的E-3预警机只是监测空中目标，而E-8则是收集分析战场综合情报，是战场电子信号情报的管理中心。
这类飞机由于任务多，需要装载的设备多，因此只有像波音707这样的大飞机平台才可以承载。
此外，由于电子信号情报收集分析需要大量的能源供应，而小飞机的发动机无法提供如此大的能源，这些都是选择波音707客机作为预警平台的原因。
E-8飞机的前机身下部有一个12米长的独木舟形的雷达天线罩，里面装有一副APY3型相控阵雷达天线。
APY3雷达设备重1900公斤，其多个发射机通过一个组合的大功率放大器将能量馈送到天线，这样做可增大雷达的探测距离，提高雷达系统的性能。
该雷达天线可从飞机的任一侧对战场进行监视，在平面方位采用电子扫描，扫描范围可达到正负60度。
而在俯仰方向则采用机械扫描，可提供目标数据和战斗控制数据。
根据这些数据，操作人员可向飞机、导弹或火炮发出指令，进行火力支援。
E-8飞得远，飞得高，且雷达探测距离大，可达250公里，因此它可以在敌火力范围之外活动。
单架飞机飞行8小时，其覆盖面积可达到 10万平方公里左右。
1991年海湾战争爆发，当时刚刚问世，但 仍处于试验阶段的两架E-8飞机就被派往海湾前线，参加了“沙漠风暴”行动。
在这次作战行动中，E-8A“联合星”主要用于监视跟踪伊拉克的地面坦克、飞毛腿导弹以及其机动部队的行动，为多国部队的空中和地面指挥员提供前所未有的关于战场的实时画面，及其他战略和战术方面的情报，受到了军方的高度评价。
海湾战争期间两架E-8飞机，共飞行749架次，作战飞行时间共计500多小时。
在它们所执行的多次任务中，有两次任务最使人难忘。
一次是多国部队在对伊拉克的哈夫迪城进攻期间，为战场提供的监视与支援。
当时E-8飞机探测到伊拉克增援部队的80辆机动车辆正向哈夫迪城前进，多国部队依据这一情报，迅速调集战术空中力量，及时阻截了伊拉克的增援部队，使战事向有利方向发展。
另一次是在伊拉克部队大规模从科威特市撤出期间，E-8探测到有数千辆正逃跑的车辆，并实时地将伊军的撤军信息及时地传输给了多国部队的空军作战中心，指挥官们依靠这些情报采取行动，在撤出科威特市的必经之路上，利用战术空中力量，阻断并全部消灭了这支机械化部队。
王亚男认为，E-8这种大型电子指挥机并非所有战场都会现身，只有战争到一定规模，需要搜集敌方所有电子情报数据的时候，E-8才会出动。
比如，在科索沃战争中，美军在对塞尔维亚进行空袭前，需要获得塞尔维亚所有的电子情报数据，于是，E-8悄然飞临战场。
由此看来，E-8的出现往往说明战场环境比较复杂，战争规模正在扩大。
图片来源：百度图片 美国佛罗里达大学的科学家用引雷火箭制 造出闪电奇观。
图片来源：百度图片 延伸阅读 雷电也有友善的一面 雷电并非只有危险的一面，对于人类来说，
它有着不可抹杀的功绩，只是人们了解得不多而已。
原因在于不够“直接”，可以说，雷电的功绩，是大自然对人类的恩赐。
制造氮肥雷电过程离不了闪电，闪电的温度是极高 的，还会造成高电压。
在高温、高电压条件下，空气分子会发生电离，等它们重新结合时，其中的氮和氧就会化合为亚硝酸盐和硝酸盐分子，并溶解在雨水中降落地面，成为天然氮肥。
据测算，全球每年仅因雷电落到地面的氮肥就有四亿吨。
如果这些氮肥全部落到陆地上，等于每亩地面施了约两公斤氮素，相当于十公斤硫酸铵。
促进生物生长雷电在发生时，地面和天空间电场强度可达到 每厘米万伏以上。
受这样强大的电位差的影响，植物的光合作用和呼吸作用增强，因此，雷雨后一两天内，植物生长和新陈代谢特别旺盛。
有资料显示，利用闪电刺激农作物，可以发现豌豆提早分枝，而且分枝数目增多，开花期也早了半个月；玉米抽穗提早了7天；而白菜增产了15%~20%。
不仅如此，如果作物生长期能遇上5~6场雷雨，其成熟期也将提前7天左右。
制造负氧离子负氧离子又称空气维生素，可以起到消毒杀 菌、净化空气的作用。
在雷雨后，空气中高浓度的负氧离子，使得空气格外清新，人们感觉心旷神怡。
速行机器水平对置发动机：平衡的艺术 图片来源：百度图片 水平对置发动机又被称为BOXER，因为BOXER原意是拳击手，这种汽缸分成左右两边，活塞作180度的对向运动，犹如拳击手出拳动作，因此得名。
这种发动机的特点是汽缸和活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。
较低的重心使活塞运动产生的横向震动容易被支架吸收。
发动机的重量占了整车重量的很大一部分，较低的发动机重心也能有效降低整车重心，使车辆行 驶稳定性更好。
左右对称布置的活塞，由于相互作用力抵 消，其运动平衡性变得更好。
相对于直列式发动机，在曲轴方面也取消了配重设计，曲轴重量下降，有助于转速的提升。
这种发动机非常适合在追求动力性能与操控性能的运动车型上使用。
但由于较高的制造难度与成本，以及水平对置发动机较宽的缸体形状，对于发动机舱的布局相对复杂。
目前世界上只有保时捷和斯巴鲁在使用这种形式的发动机。
相对一般的四缸发动机来说水平对置发动机的转速的确比较高，传统的水平对置发动机的峰值扭矩输出范围也偏向中高转速。
这样的设计会不会更费油呢？其实恰恰相反，四缸发动机的曲轴每旋转180度就有一个汽缸燃烧，由于一般直列发动机冲程都要大于水平对置发动机，所以就延长了喷油、点火的时间，长冲程无疑要喷射更多的燃油，那么在进气歧管喷射的油越多，就会让燃油得不到更好的雾化与在缸体内完全燃 烧。
水平对置发动机的短冲程提前了喷油、点火 动作的完成，汽缸内做工次数多，相对每次做工 的燃油喷射量也减少了，燃油可以得到更理想的 雾化效果，燃烧更充分效率自然更高。
还有人担心水平对置发动机会造成汽缸偏磨 问题。
首先，一般发动机气缸壁依靠的是飞溅润滑， 但对于发动机水平对置，这种润滑方式不太理想， 气缸上半部往往机油过少，会加剧气缸磨损，气缸 下半部分往往机油过多，会引起过度消耗，这就要 求水平对置发动机必须有比其他发动机更特殊、更 精密的润滑系统。
目前，研究人员通过在活塞表面 使用钼金属涂层来减少摩擦阻力，强化活塞的耐磨 性能，曲轴也由高硬度的钼铬合金钢铸造而成，强 度及耐磨性能均大大提高。
但是，水平对置发动机制造成本比较高，对 润滑及冷却系统要求高，紧凑的布局导致维修难 度也比较高。
此外，宽扁的外部形状造成了发动 机舱的设计难题，考虑到车身尺寸，发动机排量 一般不能超过
4.0升。
（扈中平整理） 先锋科技 3D打印器官有望植入人体 在再生医学领域，要培育出整个功能性器官还需一段时间，但是，生物工程师现在已经可以培育出新血管，他们这一重大突破为打印耳朵和鼻子等人体的各个部分铺平了道路。
据悉，当前的人耳替代品是用具有类似于泡沫聚苯乙烯兼容性的材料制成的。
作为另一种选择，外科医生有时用患者肋骨培育耳朵。
但这种方法既有挑战性，又令患者痛苦不堪。
此外，用这种方法制造的耳朵很少看起来自然，而且它们的功能也不完善。
在世界各地的实验室里，科学家正为制造人和猪的心脏、肺、肝脏和肾的框架寻找方法，他们的最终目标是为患者提供量身定做的器官替代品。
美国北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆市维克森林大学研究人员现在用3D打印技术制造出用于培育人体细胞的框架，从而培育和制造出可以以假乱真的耳朵、鼻子等五官。
目前，维克森林大学已用一台3D打印机制造出一个肾脏原型。
这台打印机没有使用沉积墨，而是用加入细胞混合物的凝胶一样的可生物降解框架，逐层构建肾脏。
首席研究员安东尼·阿特拉博士是这项技术的开拓者。
2009年时，他就曾在打印的器官框架上使用捐助细胞，并且成功移植到兔子身上，试验显示，这一器官替代品可正常发挥作用。
另外，数十名患者植入用他们自己的细胞培育出的实验性膀胱后情况良好。
与此同时，十几位患者植入了用他们自己的膀胱组织制造的尿道。
他所采用的器官培育方法是，选取一个人体器官，去除这个器官上的细胞，保留器官框架，再将新的人体细胞移植到这个框架上。
美国马里兰大学医学院的约翰·拉马蒂纳博士说：“这就好比在盖一栋公寓大楼，先让所有人离开，然后再把人重新安置到配有不同单元的公寓大楼内。
”这位科学家已经用这种方法培育出了肺。
他认为，这种技术中最难的环节就是让新细胞住进器官框架的环节。
医生们希望，有一天，患者通过活体组织检查或只是一次血液抽取就能捐赠细胞。
然后，实验室可以把这些细胞种在器官框架上，塑造患者需要的器官。
在某些情况下，这个想法甚至可以变成标准程序。
例如，医生可用患者自己的细胞修复膝盖内 的软骨；烧伤受害人可用实验室培育出的皮肤进 行治疗。
不过，这种在器官框架上播种细胞的方法 是制造一个身体部分，而不像种草坪一样简单。
美国匹兹堡大学麦高恩再生医学研究所负 责人威廉·瓦格纳表示，这项技术可令接受者体 内的细胞散发活力。
他说：“由于它会造成疤痕 或炎症，控制好植入手术时发生的各种情况，以 及器官与人体间的相互作用是个关键挑战。
” 阿特拉表示，迄今为止，从实验室培育出来 的能够植入人体的身体部分，还只是含有相当 简单的结构。
他认为，要把打印器官真正应用到 患者身上仍需许多年。
（杨孝文编译） 美国北卡罗来纳州维克森林大学一所实验
室用一台打印机制造出人耳框架。
安东尼·阿特拉手里拿着一个制造人类肾脏时所用的器官框架。
图片来源：《每日邮报》