Ηλεκτρισμός από δέσμη λέιζερ: Ερευνητικό πρόγραμμα DARPA POWER
Σχέδια για το πρόγραμμα POWER. Στο πρώτο στάδιο, θα δοκιμάσουν τη μεταφορά ενέργειας μεταξύ των επίγειων εγκαταστάσεων και στη συνέχεια θα αρχίσουν να εισάγουν στοιχεία αέρα
Ο στρατός των ΗΠΑ, όπως και κάθε άλλος σύγχρονος στρατός, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Ανάλογα με την τοποθεσία, οι μονάδες και οι υποδιαιρέσεις λαμβάνουν ηλεκτρική ενέργεια από υπάρχουσες υποδομές ή από δικούς τους κινητές σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Στην τελευταία περίπτωση, η προμήθεια καυσίμων μπορεί να συνδέεται με δυσκολίες και κινδύνους. Από αυτή την άποψη, η αναζήτηση νέων αρχών παραγωγής ή μεταφοράς ενέργειας βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και πολύ καιρό. Έτσι, η υπηρεσία DARPA διεξάγει τώρα το πρόγραμμα POWER, κατά τη διάρκεια του οποίου μελετά τη δυνατότητα μετάδοσης ενέργειας με χρήση δέσμης λέιζερ.
Ασύρματη ενέργεια
Στις αρχές Οκτωβρίου 2022, η DARPA ανακοίνωσε για πρώτη φορά την έναρξη ενός νέου προγράμματος ενεργειακής έρευνας. Η μελέτη ονομάστηκε Persistent Optical Wireless Energy Relay, ή POWER για συντομία.
Μέχρι την πρώτη ανοιχτή αναφορά του θέματος POWER, οι ειδικοί του Οργανισμού είχαν καταρτίσει μια γενική ιδέα και είχαν εντοπίσει τομείς για περαιτέρω εργασία. Υιοθέτησαν επίσης ένα σχέδιο που προβλέπει πολλά στάδια ανάπτυξης.
Όπως υποδηλώνει το όνομα, στόχος του προγράμματος είναι η εύρεση και η ανάπτυξη τεχνολογιών για τη μετάδοση ενέργειας «over the air» με χρήση οπτικών μέσων. Υποτίθεται ότι με το κατάλληλο επίπεδο ανάπτυξης, τέτοιες συσκευές θα είναι σε θέση να εξασφαλίσουν τη μετάδοση σημαντικών δυνάμεων στις απαιτούμενες περιοχές. Με ευνοϊκή εξέλιξη του έργου, όσον αφορά τον συνδυασμό τεχνικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών, το σύστημα POWER θα πρέπει να ξεπεράσει τις υπάρχουσες μεθόδους και μέσα - χερσαίες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας ή γεννήτριες ντίζελ σε συνδυασμό με βυτιοφόρα.
Πιθανή εμφάνιση μη επανδρωμένου επαναλήπτη
Το ερευνητικό πρόγραμμα χωρίζεται σε διάφορα στάδια. Στο πρώτο στάδιο, θα δείξουν τη θεμελιώδη δυνατότητα επίλυσης του κύριου προβλήματος, καθώς και θα βρουν τα βέλτιστα στοιχεία και μέσα. Τα επόμενα δύο στάδια προβλέπουν την περαιτέρω ανάπτυξη και κλιμάκωση αυτών των τεχνολογιών με πρόσβαση σε δείκτες που επιτρέπουν την εφαρμογή του συστήματος σε λειτουργία.
Είναι γνωστό ότι ένα από τα τμήματα του πρακτορείου DARPA ασχολείται με το πρόγραμμα POWER. Δεν έχει διευκρινιστεί ακόμη εάν συμμετείχαν άλλοι οργανισμοί και επιχειρήσεις σε αυτό. Επιπλέον, λόγω της συνολικής πολυπλοκότητας των καθηκόντων που έχουν τεθεί, ο Οργανισμός δεν μπορεί καν να δώσει κατά προσέγγιση ημερομηνία για την ολοκλήρωση των εργασιών και την πιθανή έναρξη λειτουργίας του ολοκληρωμένου συστήματος.
Τεχνικές πτυχές
Το πρόγραμμα POWER προτείνει την ανάπτυξη ενός συστήματος μετάδοσης ισχύος βασισμένου σε διάφορα στοιχεία. Ένα τέτοιο σύστημα θα πρέπει να περιλαμβάνει σταθμό εκπομπής και λήψης, καθώς και, εάν είναι απαραίτητο, ενδιάμεσους επαναλήπτες. Ανάλογα με τις συγκεκριμένες ανάγκες του πελάτη, τα εξαρτήματα του συστήματος πρέπει να έχουν διαφορετικά σχέδια και χαρακτηριστικά.
Ο σταθμός εκπομπής προτείνεται να βρίσκεται κοντά στην πηγή ενέργειας ή σε σχετική υποδομή. Το κύριο στοιχείο ενός τέτοιου σταθμού είναι ένα λέιζερ με επαρκή ισχύ ακτινοβολίας και δυνατότητα μακροχρόνιας συνεχούς λειτουργίας. Ο σταθμός πρέπει να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο / από τη γεννήτρια σε δέσμη λέιζερ. Με τη βοήθεια κατάλληλων οπτικών, η δέσμη προτείνεται να κατευθυνθεί προς τον δέκτη.
Ο σταθμός λήψης, με τη σειρά του, πρέπει να συλλάβει την ακτίνα λέιζερ με τα ηλιακά πάνελ του και να μετατρέψει την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να διανεμηθεί μεταξύ των καταναλωτών.
Ένα σύστημα σταθμών εκπομπής και λήψης μπορεί να λειτουργεί μόνο εντός οπτικού πεδίου. Για τη μετάδοση ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, προτείνεται να συμπεριληφθούν στο σύστημα ενδιάμεσοι επαναλήπτες. Θα είναι ένα είδος συστήματος ικανό να δέχεται μια δέσμη λέιζερ και να τη μεταδίδει περαιτέρω - λόγω ανάκλασης ή μετατροπής μέσω ενός ηλεκτρικού συστήματος.
Έτσι, κατά τη δημιουργία ενός συστήματος POWER, οι ειδικοί της DARPA και οι σχετικοί οργανισμοί θα πρέπει να λύσουν διάφορα μηχανολογικά προβλήματα ποικίλης πολυπλοκότητας. Για παράδειγμα, η δημιουργία ενός εκπομπού λέιζερ υψηλής ισχύος με ακριβή καθοδήγηση δέσμης είναι ένα πολύ πραγματικό έργο. Μια σειρά από παρόμοια στρατιωτικά συστήματα έχουν δημιουργηθεί στις Ηνωμένες Πολιτείες και η εμπειρία που αποκτήθηκε θα βοηθήσει στο νέο έργο. Ο σταθμός λήψης είναι επίσης αρκετά απλός.
Οι μεγαλύτερες δυσκολίες αναμένονται κατά τη δημιουργία επαναλήπτων, καθώς και πλατφορμών για αυτούς. Μπορούν να εκτελεστούν με βάση μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα ικανά να παραμείνουν σε ένα μέρος για μεγάλο χρονικό διάστημα και να παρέχουν μεταφορά ενέργειας. Ίσως χρειαστεί να αναπτυχθούν εντελώς νέα UAV με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά και δυνατότητες.
Μια ξεχωριστή εργασία είναι η ανάπτυξη της πραγματικής συσκευής για την ανακατεύθυνση της δέσμης στον επόμενο επαναλήπτη ή στον σταθμό λήψης. Για αυτό, στο μέλλον, θέλουν να χρησιμοποιούν οπτικά συστήματα με καθρέφτες και φακούς ικανούς να κατευθύνουν τη δέσμη και επιπλέον να την εστιάζουν. Ως προσωρινή λύση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα με ηλιακό πάνελ και λέιζερ.
Αμερικανικό στρατιωτικό προσωπικό ξεκινά μια συμπαγή γεννήτρια
Ανεξάρτητα από τον τρόπο μετάδοσης, το σύστημα χρειάζεται ακριβή καθοδήγηση σε όλα τα μέσα, πρωτεύοντα και ενδιάμεσα. Εάν υπάρχει αστοχία σε οποιοδήποτε στάδιο της μετάδοσης, ο σταθμός λήψης θα χάσει τη δέσμη και θα αφήσει τους καταναλωτές χωρίς ρεύμα.
Η δοκιμή και η ανάπτυξη του συστήματος POWER θα πραγματοποιηθούν σε τρία στάδια, καθώς θα είναι διαθέσιμα νέα εξαρτήματα και συσκευές. Έτσι, τα πειράματα θα ξεκινήσουν με τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ επίγειων σταθμών σε περιορισμένη απόσταση. Στη συνέχεια, νέα UAV θα εμπλακούν στις δοκιμές. Πιθανώς σε αυτό το στάδιο να χρησιμοποιηθεί μια ενδιάμεση μετατροπή της δέσμης σε ηλεκτρική και αντίστροφα.
Τέλος, στο τρίτο στάδιο θα ξεκινήσει η δοκιμή του πλήρους συστήματος. Από το σταθμό εκπομπής έως το σταθμό λήψης, η δέσμη λέιζερ θα περάσει από τα οπτικά συστήματα των ενδιάμεσων UAV. Φυσικά, εάν είναι δυνατόν να δημιουργηθούν τέτοιες συσκευές με το απαιτούμενο επίπεδο απόδοσης.
Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα
Η DARPA κατανοεί ότι η ιδέα POWER έχει μια σειρά από ελλείψεις που θα δυσκολέψουν την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου έργου, καθώς και την επιβολή περιορισμών στη λειτουργία του ολοκληρωμένου συστήματος. Ωστόσο, σχεδιάζεται να συνεχιστεί η εργασία και, ει δυνατόν, να μειωθεί ο αντίκτυπος των αρνητικών παραγόντων.
Πρώτα απ 'όλα, η πηγή των προβλημάτων είναι η ίδια η ακτίνα λέιζερ. Καθώς περνά μέσα από την ατμόσφαιρα, χάνει τη δύναμή του. Επιπλέον, ατμοσφαιρικά και καιρικά φαινόμενα μπορούν ακόμη και να το εμποδίσουν. Κατά συνέπεια, η αξιοπιστία και η αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας μετάδοσης θα είναι χαμηλή. Ένα σύστημα μετάδοσης λέιζερ, ανεξάρτητα από τη σύνθεσή του, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλες αποστάσεις.
Ηλιακά πάνελ σε μια από τις βάσεις του αμερικανικού στρατού
Τα ακριβή συστήματα καθοδήγησης δέσμης είναι σημαντικά όχι μόνο για την απόδοση του συστήματος, αλλά επηρεάζουν και την ασφάλειά του. Ως μέρος του POWER, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται λέιζερ υψηλής ισχύος παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται σε συστήματα μάχης. Αντίστοιχα, μια αστοχία κατά την κατάδειξη της δοκού είναι μια απειλή. Η δέσμη θα καταστρέψει το drone ρελέ ή θα προκαλέσει ζημιά σε αντικείμενα γείωσης.
Ακόμη και με την επιτυχή επίλυση όλων των τεχνικών προβλημάτων και την απαλλαγή από τα αναμενόμενα προβλήματα, το σύστημα POWER θα είναι πολύπλοκο και ακριβό. Το κόστος μεταφοράς ενέργειας θα είναι επίσης σε υπερβολικά υψηλό επίπεδο, γεγονός που δεν θα επιτρέψει τη μαζική ανάπτυξη και χρήση της. Τουλάχιστον, όσον αφορά το συνολικό και το μοναδιαίο κόστος, η διατήρηση των γεννητριών ντίζελ και των βυτιοφόρων θα ήταν πολύ πιο ωφέλιμη.
Αμφίβολο εγχείρημα
Έτσι, το πρακτορείο DARPA ξεκίνησε την επιστημονική και πρακτική μελέτη μιας ενδιαφέρουσας αλλά αμφίβολης ιδέας. Το πρόγραμμα POWER έχει τεχνικό ενδιαφέρον και θα βοηθήσει στη δημιουργία σημαντικών και συναρπαστικών νέων τεχνολογιών. Ωστόσο, η επιτυχής ολοκλήρωση των εργασιών και η δημιουργία ενός λειτουργικού συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι εγγυημένη.
Είναι πιθανό το πρόγραμμα POWER να περάσει από μια φάση έρευνας και ανάπτυξης και να φτάσει ακόμη και στη δοκιμή μεμονωμένων εξαρτημάτων. Ωστόσο, η περαιτέρω ανάπτυξή του είναι αμφίβολη. Η αναμενόμενη αναλογία τεχνικών, οικονομικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών ενός τέτοιου συστήματος βρίσκεται σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο. Το Πεντάγωνο μπορεί απλώς να μην ενδιαφέρεται για τα αποτελέσματα του προγράμματος και να μην εγκρίνει περαιτέρω εργασίες.
- Ryabov Kirill
- Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, DARPA
Τα ειδησεογραφικά μας κανάλια
Εγγραφείτε και μείνετε ενημερωμένοι με τα τελευταία νέα και τα πιο σημαντικά γεγονότα της ημέρας.
πληροφορίες