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.
informații