NTT thử nghiệm thành công drone chủ động dẫn sét để bảo vệ hạ tầng
NTT cho biết đã lần đầu tiên kích hoạt và điều hướng sét thành công bằng drone trong điều kiện giông bão thực tế.
Kết quả này đánh dấu một bước tiến đáng chú ý trong nỗ lực kiểm soát một trong những hiện tượng tự nhiên gây thiệt hại lớn nhất cho hạ tầng và đời sống đô thị. Tại Nhật Bản, thiệt hại do sét vẫn được ước tính ở mức 100 đến 200 tỷ yên mỗi năm, dù hệ thống chống sét đã được triển khai rộng rãi cho các công trình quan trọng, trong đó có hạ tầng viễn thông. Cách làm truyền thống dựa vào cột thu lôi vẫn có giới hạn rõ rệt vì vùng bảo vệ không lớn và nhiều địa điểm rất khó lắp đặt, như tua-bin điện gió hay khu tổ chức sự kiện ngoài trời. Trong bối cảnh đó, ý tưởng dùng drone để bay theo vị trí mây dông, chủ động kéo sét về một khu vực an toàn được xem là hướng tiếp cận mới cho bài toán bảo vệ đô thị và công trình trọng yếu.
Thử nghiệm được tiến hành tại khu vực miền núi thuộc thành phố Hamada, tỉnh Shimane, ở độ cao khoảng 900 m, trong giai đoạn từ tháng 12/2024 đến tháng 1/2025. Nhóm nghiên cứu sử dụng thiết bị đo điện trường khí quyển dưới mặt đất để theo dõi biến động khi mây dông tiếp cận. Khi cường độ điện trường tăng lên vào ngày 13/12/2024, một drone gắn dây dẫn được đưa lên độ cao 300 m, sau đó kết nối với mặt đất thông qua công tắc đặt dưới đất. Theo NTT, thao tác này làm xuất hiện dòng điện lớn trong dây dẫn, đồng thời điện trường xung quanh thay đổi mạnh. Ngay trước thời điểm sét được kích hoạt, điện áp giữa dây và mặt đất vượt 2.000 V. Công ty cho biết chính sự thay đổi đột ngột của điện trường quanh drone đã khiến tia sét đánh trúng thiết bị bay. Đây được mô tả là lần đầu tiên trên thế giới sét được chủ động dẫn xuống bằng drone.
Điểm then chốt của hệ thống nằm ở hai công nghệ. Thứ nhất là lồng chống sét gắn trên drone. Kết cấu kim loại này được thiết kế để dòng điện sét không đi xuyên qua thân máy bay mà được phân tán ra bên ngoài, đồng thời giảm tác động của từ trường mạnh phát sinh khi có dòng điện lớn. NTT cho biết trong thử nghiệm mô phỏng, thiết kế này có thể bao phủ hơn 98% đặc tính của sét tự nhiên và giúp drone không gặp trục trặc ngay cả khi chịu xung điện nhân tạo 150 kA, tương đương khoảng năm lần mức trung bình của một cú sét tự nhiên. Trong thử nghiệm thực địa, khi sét được kích hoạt đã xuất hiện tiếng nổ nhỏ, bộ tời phát sáng và một phần lồng bảo vệ bị nóng chảy. Dù vậy, chiếc drone vẫn duy trì bay ổn định sau cú đánh. Công nghệ thứ hai là cơ chế chủ động tạo biến động điện trường. Thay vì chỉ đưa drone vào vùng giông và chờ sét xuất hiện, hệ thống nối drone đang bay với mặt đất bằng dây dẫn và dùng công tắc điện áp cao để đóng mạch vào đúng thời điểm thích hợp. Cú đóng mạch này làm cường độ điện trường quanh drone tăng đột ngột, qua đó nâng khả năng thu hút sét theo chủ đích.
Về dài hạn, hướng nghiên cứu này có thể mở ra một mô hình chống sét linh hoạt hơn cho những khu vực mà cột thu lôi truyền thống khó phát huy tác dụng hoặc không thể triển khai. Nếu kết hợp với năng lực dự báo chính xác vị trí sét đánh, các drone chịu sét có thể được điều tới đúng khu vực nguy cơ cao, kích hoạt tia sét và dẫn nó tới nơi an toàn trước khi nó đánh vào công trình hoặc khu dân cư. NTT cho biết bước tiếp theo là nâng độ chính xác của dự báo vị trí phát sinh sét, tiếp tục nghiên cứu cơ chế hình thành sét và xem xét khả năng lưu trữ, khai thác năng lượng từ các cú sét được dẫn xuống. Nếu những mục tiêu đó thành hiện thực, công nghệ này không chỉ giúp giảm rủi ro cho hạ tầng trọng yếu mà còn có thể tạo ra một hướng tiếp cận hoàn toàn mới trong quản lý thời tiết cực đoan tại đô thị.