文章来源于上海科技馆
今天和大家聊聊关于飞机的一些趣事。
去年8月那天上海上空风驰电掣，闪电如利剑划破天空，击中东方明珠。
外滩目睹这一幕的不少游客发出惊呼，“这是。。。。。。谁在渡劫吗？”
虽然闪电击中的瞬间，视觉冲击十分壮观，但很多人也发出疑问，东方明珠电视塔的建筑结构会不会因为遭到雷击而造成损伤呢？
答案是并不会，因为接闪杆的存在，可以有效避免和减少闪电击中建筑物上或其附近造成的物理损害和人身伤亡。
那么如果是高空中飞行的飞机呢？它会被雷劈中吗？
这种穿越雷雨云的操作在现实生活中并不常见
飞机并不是绝缘体
坐过飞机的都知道，飞机也经常在雨天飞行，在航路中遇到雷雨云的机率其实是非常高的，遭遇雷击的可能性也非常大。
由于飞机巡航阶段在平流层飞行，而风雪雷雨自然环境一般出现在对流层，雷雨云一般形成在4500米至8000米的高度，所以处在万米高空平流层飞行的飞机并不会遭受雷击，飞行起来是比较安全的。
然而除了平飞，飞机还有起飞和降落这两个更重要阶段，这时难免会遭受雷击。
美国商用机队的每架飞机每年都会被雷击一次，一年共计有7000多次雷击事件发生。而对地面工程师来说，雷击事件并不罕见。
飞机被雷劈中是一种什么感觉呢？
很多情况下，坐在机舱里的你甚至不知道雷电可能已经光临过这架飞机了。这是因为雷击并不容易被观测到，有过类似经验的人一般都会发现窗外有短暂闪白。
确认和报告雷击的一般也都不是旅客，他们可能没有专业知识去判别，平时主要是通过飞行员经验和地面的目视检查。
比如作为地面工程师，飞机航行中笔者听到过的最形象的描述是“驾驶舱风挡玻璃前方突然冒出大量跳跃电弧。。。明亮刺眼。” 依笔者经验，除去新入机队的飞机，基本每架飞机都有一处以上的雷击点。不过，这也并不需要很复杂的工序去修理，常见的处理方式是：用砂纸或者锉刀进行打磨。（听上去好像很传统，为什么飞机这种先进产物也能如此修理？这是飞机制造厂家维护手册中要求的维修方法呢）
如何减小雷击对飞机的损害
既然金属机身的飞机是雷电钟爱的对象，因此在设计上，飞机必须能够承受灾难级闪电的袭击，在任何可预见的情况下，飞机的设备、系统都能发挥其基本功用。
对飞机来说，防雷击是不够的，必须是耐雷击设计。
首先，主流民航客机多为金属蒙皮机身设计，金属蒙皮具有良好的导电性能，使用复合材料的部位也会在内部应用导电性能良好的金属条形材料进行引流。这样整个机身就会产生类似法拉第笼的效果。
法拉第笼原理
本杰明·富兰克林在第一次进行有关电学的实验室发现，向球状导电体通电后，电子只从导电体的外表面流过。此后，法拉第进一步研究了这个现象，并且开始着手设计我们今天见到的法拉第笼。法拉第笼内任何物体，包括电线或者是金属碗等等都不会受到外界通电的影响。只要外层导电体保持相对完整，电子就会只从外部流过。
也就是说飞机就像个大笼子，当被闪电击中时，电荷会聚集在飞机表面，不会跑到客舱里伤害到人，客舱和飞机外表面是通过电路保护隔离开的。之后，电荷将散布在周围的空气中，要么转移到邻近的带电云层，要么随着落地雷流到地面。
尽管遭到雷击时，飞机乘客及设施基本上是安全的，但雷击仍然会给飞机或飞行安全带来一定的危害，特别是击中飞机前端或尖端时，少数情况下甚至会导致灾难性事故的发生。
前端指的是飞机的雷达罩，由于要让雷达波通过，飞机的雷达罩使用玻璃纤维材质制成，从而使雷达罩的导电能力降低，直接被雷击中的话，可能使其受损。
而尖端同样是雷电喜欢“到此一游”的地方，尖端一般指的是飞机的天线以及翼尖。这些部位是被雷击后受损机率最高的地方，轻则产生烧蚀点，重则会出现击穿的情况。
尖端放电也有可利用之处——在飞机的机翼、尾翼等尖端部分，都设置有形状像较粗的针一样的结构，这就是放电刷。放电刷可以将飞行时与空气摩擦产生的静电释放到大气中，飞机本身不存在静电，就减小了受到雷击的可能。
但是这些损害也是不用过于担心的，现代飞机的表面皆使用了传力设计，局部损伤是不会引起连锁反应造成解体。
机鼻破个洞，冰岛波音照样飞
图源：news.sina.com.cn
避开才是最好的方法
虽然采用了耐雷击设计，但是从运行和操作角度上仍然是要求飞行员尽量避开雷雨云的，这主要是通过气象雷达的使用。
民航客机上皆配备了气象雷达，雷雨区的强度和距离等都会显示在显示器上，这样飞行员能通过气象雷达接受到信息，来决定是升高度还是绕飞。
然而当飞机准备降落时出现雷雨云，就存在不能绕飞的情况，这时候塔台就会指挥飞机在不同高度盘旋，等雷雨云飘走了才重新开放机场 。
如果长时间雷雨云不消散或者仍然不具备降落条件飞机就只能去备降场了，航班在做飞行任务书时都会制定一个备降场，如虹桥不行就去浦东，浦东不行就去虹桥，都不行就只能去南京。
虽然避雷是飞行员的基础必修课程，但是对抗自然力量，人力毕竟有限。造成严重事故的雷击在大型民用客机里非常少所以也不必过于担心。
作者：已默 ，一名工作在一线，通宵达旦只为提供安全适航飞机的地面工程师。
鸣谢：中国科学院上海技术物理研究所 郭玮宏 博士为本文提供科学指导。
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题图：九大一
来源：上海科技馆
