Energie prin laser: proiect de alimentare cu energie electrică pentru Copter de către ingineri chinezi

20
Energie prin laser: proiect de alimentare cu energie electrică pentru Copter de către ingineri chinezi
UAV cu experiență cu panou solar


Vehiculele aeriene fără pilot de tip elicopter au o serie de avantaje caracteristice, motiv pentru care au devenit larg răspândite. În același timp, există și dezavantaje, dintre care principalul este durata limitată și raza de acțiune a zborului. Sunt propuse diverse modalități de creștere a acestor parametri, iar o altă dezvoltare interesantă de acest gen a fost prezentată de specialiștii de la Universitatea Politehnică Chineză Northwestern.



Dronă și laser


Mai multe publicații chineze au scris despre noua dezvoltare a oamenilor de știință chinezi la începutul lunii ianuarie. Se pare că autorul proiectului este profesorul Li Xuelong și colegii săi de la Universitatea Politehnică Northwestern. Ei au proiectat și dezvoltat recent un concept original trântor pentru un zbor lung. Aceste idei au fost apoi testate folosind tehnologie experimentală.

Ideea principală a proiectului este o restructurare radicală a sistemului energetic UAV. Un quadcopter electric convențional echipat cu o baterie trebuie returnat și aterizat pentru a reîncărca sau înlocui bateria. Li Xuelong și colegii săi propun să păstreze bateria la bordul dronei și, de asemenea, să o echipeze cu un panou solar de masă mică. Totodată, în complex este introdusă și porțiunea supraterană, inclusiv unități responsabile cu generarea energiei electrice. În plus, au fost dezvoltate mijloace pentru a transmite energie la bordul UAV.

Se observă că laserele de mare putere sunt folosite până acum doar pentru combaterea dronelor. Cu toate acestea, proiectul de la SZPU propune utilizarea unui fascicul laser pentru a transfera energie din partea de sol a complexului către UAV. Automatizarea complexului trebuie să monitorizeze drona și să direcționeze fasciculul cu precizie către panoul său solar, asigurând alimentarea constantă cu energie și reîncărcarea bateriei.

Specialiștii SZPU au dezvoltat toate componentele complexului, inclusiv software special responsabil cu urmărirea UAV și ghidarea laser. Au fost deja efectuate mai multe teste folosind aceste produse în diferite condiții. Drona a primit putere și a zburat în interior și în aer liber, zi și noapte. Durata maximă a zborului a ajuns la 24 de ore.


Echipament de sol pentru testare la diferite momente ale zilei

Trebuie menționat că sistemele de transfer de energie cu laser la bordul UAV-urilor au fost deja dezvoltate în străinătate. Cu toate acestea, la acea vreme, se foloseau drone de tip aeronave, iar proiectele nu au progresat dincolo de calcule sau experimente în tunelul eolian și în aer.

Elemente ale complexului


Potrivit datelor publicate, sistemul experimental fără pilot de la SZPU include mai multe mijloace fixe. Acesta este un sistem de generare și transmisie a energiei la sol, o consolă pentru operator și drona în sine. Sunt cunoscute principiile generale de funcționare, dar detaliile nu sunt furnizate. De asemenea, principalele caracteristici ale complexului nu sunt dezvăluite - atât pentru a proteja împotriva copierii, cât și pentru a evita utilizarea tehnologiei în scopuri militare.

Experimentele folosesc un mic quadcopter cu motoare electrice. Probabil, pentru experimente au luat un UAV gata făcut disponibil pe piață. După cum sugerează proiectul, pe lângă baterie, acesta a primit un panou solar și dispozitive aferente. Dispozitivul pătrat este suspendat sub corp.

Aparent, electronicele UAV-ului nu au suferit modificări, nici consola operatorului. Prototipul este necesar doar pentru a putea urma comenzile operatorului sau pentru a zbura și hover în mod independent. Cu toate acestea, ar putea fi adăugate noi funcții legate de interacțiunea cu sistemul de alimentare cu energie.

Activele de la sol ale complexului sunt de cel mai mare interes. Acestea includ un sistem de alimentare - de la rețea sau de la un generator. Există și o stație optic-electronică cu camere și un laser de puterea necesară. Funcționarea echipamentelor de la sol este controlată de un sistem digital autonom cu software special.

Se raportează că EOS al complexului este capabil să escorteze un UAV și să urmărească toate mișcările acestuia în zona de vizibilitate. Computerul este responsabil de urmărire; operatorul se poate concentra asupra sarcinii principale. Când este necesară reîncărcarea bateriei, sistemul de control direcționează automat fasciculul laser către panoul solar și îl ține.


UAV în aer

Sistemul de control determină distanța până la dronă și monitorizează alți factori. Ținând cont de ele, automatizarea modifică puterea și focalizarea fasciculului. Datorită acestui fapt, se asigură o alimentare constantă a aceleiași puteri, indiferent de poziția relativă a UAV și EPS, condițiile externe etc. Atunci când un obstacol este detectat pe calea fasciculului, puterea este redusă la o valoare sigură.

Beneficiile dorite


Principiile de funcționare ale unui astfel de complex sunt destul de simple. După încărcarea „normală”, UAV-ul poate decola și își poate îndeplini sarcinile atribuite. După ce a consumat cea mai mare parte a încărcării bateriei, drona trebuie să se întoarcă în zona de încărcare, unde OES o va găsi și va începe să o „ilumineze” cu un laser. După ce a primit energie și a reîncărcat bateria, UAV-ul va putea continua să funcționeze în aer. Acest ciclu se poate repeta de mai multe ori la rand, in functie de specificul misiunii si nevoile curente.

Un complex cu astfel de capacități are avantaje evidente. În primul rând, aceasta este o creștere bruscă a duratei posibile a zborului și a capacității de a face fără aterizări. Drona nu va trebui să se întoarcă la sol pentru a reîncărca sau a înlocui bateria. În unele situații, el va putea să se încarce de la laser fără să părăsească măcar zona de lucru și să continue să lucreze.

Un sistem fără pilot cu astfel de capacități ar trebui să îndeplinească sarcini de supraveghere și recunoaștere pe termen lung. În același timp, UAV-ul va putea funcționa la o anumită distanță de echipamentele de la sol, permițându-i să revină la timp pentru a se reîncărca. Dezvoltatorii presupun că complexul va fi util în monitorizarea diverselor situații, în timpul operațiunilor de căutare și salvare etc.

În viitor, crearea de UAV-uri mari cu alimentare cu laser nu este exclusă. Pe baza acestora, se poate construi o rețea de transport aerian de dimensiuni mari. Cu toate acestea, o dronă mare va necesita o infrastructură la sol adecvată.

Trebuie menționat că sistemul de alimentare cu energie propus de SZPU nu este lipsit de deficiențe care complică dezvoltarea și desfășurarea acestuia și, de asemenea, impun restricții de funcționare. Unele dintre dificultăți au fost depășite în stadiul de dezvoltare și se pot aștepta noi succese. Cu toate acestea, eliminarea tuturor problemelor nu este încă garantată.


Funcționarea furnizării de energie cu laser așa cum este imaginată de un artist

Aproape toate dificultățile sunt asociate cu principiul ales al transferului de energie. Necesită urmărire precisă a UAV și ghidare laser, ceea ce necesită sisteme hardware și software destul de complexe. În plus, fasciculul laser nu este foarte eficient, iar acest indicator poate fi redus și mai mult din cauza factorilor externi.

De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că, pentru a încărca rapid bateria, este necesară o putere corespunzătoare a fasciculului. Dacă este manipulat cu neglijență, OES-ul de la sol se transformă de fapt într-un complex laser de luptă și poate provoca daune obiectelor din jur sau chiar dronei în sine. Astfel, un laser poate deteriora ireversibil optica unui avion de recunoaștere.

Dezvoltatorii de proiecte de la SZPU susțin că au reușit să creeze echipamente de control cu ​​funcțiile necesare. Un UAV cu experiență, în diferite condiții, a efectuat zboruri în jurul mijloacelor terestre și s-a ridicat la o înălțime de zeci de metri. Se raportează că în toate cazurile a fost transferată suficientă energie și mediul înconjurător nu a fost deteriorat în niciun fel.

Până acum vorbim doar despre un UAV de dimensiuni mici, iar la această scară complexul s-a dovedit a fi destul de bun. În viitor, este planificată dezvoltarea proiectului și creșterea dronei, precum și creșterea puterii laserului. Nu este încă clar dacă sistemul dezvoltat este scalabil sau dacă acest proces poate duce la probleme insolubile. Dar primele experimente dau motive de optimism.

Pe noi principii


Marea majoritate a UAV-urilor moderne de tip elicopter zboară folosind baterii. Dacă este necesar să se mărească raza de acțiune, se utilizează principiul zborului legat - un cablu este tras în spatele dronei, prin care este furnizată energie electrică de la sol. Durata unui astfel de zbor este limitată doar de sursa de alimentare, dar un elopter legat nu poate zbura liber.

Un nou proiect chinez implementează o altă modalitate de a mări durata zborului - printr-un principiu special de transfer de energie. Funcționalitatea conceptului este deja testată folosind un UAV cu experiență și alte echipamente. Timpul va spune dacă specialiștii SZPU vor fi capabili să rezolve toate problemele din etapa actuală și să treacă la următoarea.
20 comentarii
informații
Dragă cititor, pentru a lăsa comentarii la o publicație, trebuie login.
  1. +3
    1 februarie 2023 04:49
    De înaltă tehnologie, desigur, dar Rusia în general trebuie să dezvolte cel puțin câteva UAV-uri, nu este timpul pentru asta.

    Durata unui astfel de zbor este limitată doar de sursa de alimentare, dar un elopter legat nu poate zbura liber.
    Dar există restricții privind raza de acțiune (nu mai rău decât cablul), vremea (cu toate acestea, vântul puternic este, de asemenea, o piedică pentru cablu) și caracteristicile de demascare. Și cablul poate fi împușcat dacă este necesar, deoarece conectorul este mult mai ușor decât panoul de recepție.
    1. -3
      1 februarie 2023 07:42
      1. Acum vor veni în fugă fanii flotei cu vele, archebuzele și focul grecesc. Vor dovedi inutilitatea reîncărcării de la distanță a UAV-urilor pe vreme rea.
      2. Ideea, și una care funcționează, este destul de remarcabilă. De exemplu, atunci când o dronă părăsește câmpul de luptă și zboară pentru a se reîncărca, înlocuind o dronă deja încărcată. Sau când UAV-urile acționează ca un „câmp minat” în apărarea aeriană, blocând complet sectoare întregi ale spațiului aerian. Sau chiar formând o cupolă.
      3. Comuniștii chinezi transmit salutările mele calde constructorilor capitalismului dezvoltat dintr-o fostă superputere din nord.
      1. +5
        1 februarie 2023 08:54
        Utilizare practică numai dacă este esențial să „atârnați” drona într-o zonă din apropiere, de exemplu, pentru supraveghere continuă. În rest, este mai ușor să zbori, să aterizezi și să te încarci calm. Dacă aveți nevoie urgentă, înlocuiți bateriile.
        Ei bine, este util ca experiment științific, de căutare de idei și de rezolvare a problemelor tehnice. Concept.
  2. +1
    1 februarie 2023 04:55
    Și cât de puternic ar trebui să fie laserul pentru a încărca bateria și, în același timp, pentru a nu prăji elicopterul în sine! Interesant...
  3. -1
    1 februarie 2023 05:15
    Dezvoltarea teoretică va intra cu siguranță în practică în viitorul REMOTE, dar deocamdată - doar dezvoltare proactivă și doar pentru modele experimentale - este prea complicat. Acest lucru TREBUIE dezvoltat pentru a nu rămâne în urmă, dar bineînțeles să nu conducă un val în stilul saltelelor despre „neegalat în lume//cel mai bun din lume” - dar să spunem o sută de mii de mile - și în producție , va exista un F-35 la prețuri minime
  4. -2
    1 februarie 2023 05:30
    Ei bine, în primul rând, care este acest „termen”: „tip elicopter”? Quadcopterele, hexacopterele, octocopterele se numesc elicoptere? N-am auzit niciodată de asta! În „generalizare” se numesc „multicoptere”! (Chiar „ elicopterul nostru este elicopterul lor!) Deci de ce nu „voce”: „UAV-uri de tip multicopter (copter)” sau, mai bine, „UAV-uri-multicoptere... UAV-uri-coptere”!?
    1. -1
      1 februarie 2023 05:58
      În al doilea rând, după cum a remarcat autorul însuși, ideea sursei de alimentare „laser” nu este nouă! (Apropo, în perioada de vârf a interesului pentru tehnologiile laser, a fost propus chiar și un motor de rachetă „laser”!) În plus față de ideea „laserului”, un maser și un radar puternic! Există mai multe opțiuni pentru implementarea sursei de alimentare „laser” (și fără panouri solare...)! Dar, așa cum a spus un anumit personaj de film: „Toate acestea sunt dificile!”... Aviația are un sistem de realimentare a aeronavelor în aer... Și cine a spus că astfel poți alimenta doar cu „kerosen”? Până la urmă, pe lângă benzinării, au apărut și stații de încărcare electrică (stații de încărcare electrică) pe pământ! Ei bine...sa mutam EZS-ul la o inaltime in atmosfera...!
      1. 0
        1 februarie 2023 09:35
        Nu mă spune plictisitor, dar autorul are dreptate. Folosiți cuvinte inexistente care constau dintr-un număr (de exemplu, quad sau multi nedefinit) și COPTER inexistent. Cert este că cuvântul elicopter este un compus din două cuvinte - HELIKON - elice și PTER - aripă, deci - ROTORCOPTER și, prin urmare, este corect să spunem tip elicopter. Limba rusă este deja teribil de înfundată, iar cuvântul kopter (kopter) este unul dintre bulgări ale acestui gunoi. Faptul că acest cuvânt a prins rădăcini în limbă nu îi anulează lipsa de sens.
  5. +4
    1 februarie 2023 06:39
    datorită principiului special al transferului de energie.

    Oare chinezii chiar au venit cu o fizică „non-newtonian-einsteiniană”? Unele Lao Tzu II, în care nu există conceptul de eficiență?
  6. +2
    1 februarie 2023 09:33
    Un nou proiect chinez implementează o altă modalitate de a mări durata zborului - printr-un principiu special de transfer de energie.

    Nu există un „principiu special al transferului de energie” în natură. Există o lege a conservării energiei, conform căreia energia poate fi transferată de la un corp la altul, precum și un tip de energie transformat în altul.
    În 2010, în SUA, un quadcopter de la compania americană PowerLight a zburat timp de 12 ore, primind energie printr-un fascicul laser.
    În 2012, UAV Stalker, o dezvoltare comună a Lockheed Martin și LaserMotive, a rămas în aer timp de 48 de ore.

    Cel mai semnificativ dezavantaj al acestei metode de transmisie este eficiența sa scăzută - nu mai mult de 25%.

    Prin urmare, nu există nimic senzațional în evoluțiile chineze. Și un „principiu special”. Totul este conform legilor fizicii.
    1. -1
      1 februarie 2023 18:13
      Ei bine, în război, eficiența nu este principalul lucru, dar dacă vă gândiți bine, aveți un laser puternic (cu căldură parazită, demascare) în raza vizuală pentru ce? Economisiți bani pe baterii?.. Dacă vorbim de monitorizarea constantă de la un eloptero, cum ar fi agățarea unui mini-AWACS deasupra unei nave în mișcare (relevant pentru China), atunci firul este o soluție simplă excelentă. Deși, poate, începând de la o anumită lungime, greutatea acesteia va deveni inacceptabilă și laserul va fi mai profitabil? De exemplu, 1 km este deasupra norilor și va crește foarte mult raza de vizualizare.

      Ipotetic, este posibil să ne imaginăm o navă a viitorului cu tehnologii laser dovedite - aceleași care pot doborî UAV-uri - care să-și alimenteze UAV-ul la putere redusă? Sau chiar să aveți un laser dedicat, a cărui creare este ieftină, deoarece tehnologiile (pentru acest timp viitor) ale laserelor au fost deja dezvoltate și sunt larg răspândite?
  7. 0
    1 februarie 2023 12:38
    Ideea este bună, dar de la sine înțeleasă și cu eficiență scăzută. Va propun o varianta mai interesanta. Dacă nu mă înșel, un fascicul laser în aer creează un canal ionizat - un conductor. Două fascicule - doi conductori. Și acesta este deja un circuit electric închis prin care energia poate fi transferată mult mai eficient. Rămâne să ducem această idee în fundul ei logic. o dau.
  8. +1
    1 februarie 2023 16:49
    Ofer know-how constructorilor autohtoni de UAV. Fixăm lanterna peste panoul solar cu bandă electrică albastră și voilà, eternul UAV este gata)))). Cer toate premiile lumii pentru o astfel de dezvoltare inovatoare! zâmbet
  9. +1
    1 februarie 2023 23:46
    Este un lucru bun. Nu se aplică peste tot, desigur. Pentru operațiuni de luptă, cu excepția măsurilor defensive (când inamicul nu este capabil să influențeze atât fasciculul de alimentare, cât și instalația și personalul care o generează). Dar pe timp de pace, asta este doar lucrul pentru polițiștii de frontieră. De asemenea, pentru protecția obiectelor speciale din adâncurile teritoriului. Din nou trebuie să numărați. Poate că o „mopedă” obișnuită va fi mai profitabilă din punct de vedere economic.
  10. 0
    2 februarie 2023 05:29
    Cel care caută va găsi soluția potrivită. Laser sau panouri solare sau livrarea unei baterii noi de către o altă dronă în „zona de încărcare”, care poate fi în aer sau la sol. Sau reîncărcarea de la Soare la o înălțime înaltă.
    Nu este una, este alta, dar vor veni cu ceva.....
    1. 0
      31 martie 2023 19:12
      Ei nu inventează nimic, totul este furat și copiat sincer.
  11. +1
    2 februarie 2023 11:22
    grozav pentru a obține granturi de cercetare, dar transmisia de energie pe bază de laser nu funcționează pe vreme înnorată, ucide păsările și face drona ușor de observat în situații de război. Deci, este o prostie totală, umila mea părere.
  12. 0
    31 martie 2023 19:09
    Se pare că chinezii mi-au găsit valiza cu reviste de „tehnologie pentru tineret” din 80
  13. -1
    7 aprilie 2023 14:16
    Asta e o prostie completă. Luați în considerare cât costă o dronă alimentată cu baterie și cât costă un laser kilowatt cu un sistem de urmărire de precizie! Mai mult, chiar și cel mai ușor nor de fum sau praf și - salut, Pământ! Acest articol este manilovism pur.
  14. 0
    29 aprilie 2023 09:35
    În primul rând, este foarte dificil, ceea ce îl face foarte scump! Mai ușor să schimbați automat dronele peste un obiect pentru reîncărcare atunci când o dronă încărcată decolează! A acceptat postul, a predat postul.