Electricitate dintr-un fascicul laser: Programul de cercetare DARPA POWER
Planuri pentru programul POWER. În prima etapă, ei vor testa transferul de energie între obiectele de la sol și apoi vor începe să introducă componente aeriene
Armata SUA, ca orice altă forță militară modernă, depinde în mod critic de furnizarea de energie electrică. În funcție de locație, unitățile și unitățile primesc energie electrică din infrastructura existentă sau de la propriile centrale electrice mobile. În acest din urmă caz, furnizarea de combustibil poate fi asociată cu dificultăți și riscuri. În acest sens, căutarea unor noi principii de generare sau transport de energie este în desfășurare de ceva timp. Astfel, agenția DARPA derulează în prezent programul POWER, în cadrul căruia studiază posibilitatea transmiterii energiei cu ajutorul unui fascicul laser.
Energie wireless
La începutul lunii octombrie 2022, agenția de dezvoltare avansată DARPA a vorbit pentru prima dată despre lansarea unui nou program de cercetare în domeniul energiei. Studiul a fost numit Persistent Optical Wireless Energy Relay, sau POWER pe scurt.
Până la momentul în care subiectul POWER a fost menționat pentru prima dată public, specialiștii Agenției au elaborat un concept general și au determinat direcțiile pentru continuarea lucrărilor. De asemenea, au adoptat un plan care prevede mai multe etape de dezvoltare.
După cum sugerează și numele, scopul programului este de a căuta și dezvolta tehnologii pentru transmiterea energiei „prin aer” folosind mijloace optice. Se presupune că, cu un nivel adecvat de dezvoltare, astfel de dispozitive vor putea asigura transferul de puteri semnificative la intervalele necesare. Odată cu dezvoltarea favorabilă a proiectului, din punct de vedere al totalității caracteristicilor tehnice și operaționale, sistemul POWER ar trebui să depășească metodele și mijloacele existente - linii electrice terestre sau generatoare diesel în legătură cu autocisterne.
Posibilă apariție a unui repetor fără pilot
Programul de cercetare este împărțit în mai multe etape. La început, ei vor arăta posibilitatea fundamentală de a rezolva problema principală și vor găsi, de asemenea, componentele și mijloacele optime. Următoarele două etape prevăd dezvoltarea și scalarea în continuare a acestor tehnologii pentru a ajunge la indicatori care permit punerea în funcțiune a sistemului.
Se știe că unul dintre departamentele agenției DARPA este implicat în programul POWER. Încă nu a fost clarificat dacă au fost implicate alte organizații și întreprinderi. În plus, din cauza complexității generale a sarcinilor, agenția nu poate oferi nici măcar date aproximative pentru finalizarea lucrărilor și posibila începere a funcționării sistemului finalizat.
Aspecte tehnice
Programul POWER propune dezvoltarea unui sistem de transmisie a puterii bazat pe mai multe componente. Un astfel de sistem ar trebui să includă o stație de transmisie și de recepție, precum și, dacă este necesar, repetoare intermediare. În funcție de nevoile specifice ale clientului, componentele sistemului trebuie să aibă design și caracteristici diferite.
Se propune amplasarea stației de transmisie în apropierea sursei de energie sau a infrastructurii aferente. Elementul principal al unei astfel de stații este un laser cu putere de radiație suficientă și posibilitatea de funcționare continuă pe termen lung. Stația trebuie să transforme electricitatea din rețea/generator într-un fascicul laser. Folosind o optică adecvată, se propune direcționarea fasciculului către receptor.
Stația de recepție, la rândul său, trebuie să capteze fasciculul laser cu panourile sale solare și să transforme energia luminoasă în energie electrică. Electricitatea poate fi apoi distribuită între consumatori.
Un sistem de stații de transmisie și recepție poate funcționa numai în raza vizuală. Pentru a transmite energie pe distante mari, se propune includerea in sistem a repetoare intermediare. Acesta va fi un fel de sistem capabil să primească un fascicul laser și să îl transmită mai departe - datorită reflectării sau conversiei prin sistemul electric.
Astfel, la crearea sistemului POWER, specialiștii de la DARPA și organizațiile conexe vor trebui să rezolve mai multe probleme de inginerie de complexitate variată. De exemplu, crearea unui emițător laser de mare putere cu ghidare precisă a fasciculului este o sarcină foarte reală. O serie de sisteme similare în scopuri militare au fost create în Statele Unite, iar experiența acumulată va ajuta în noul proiect. Stația de recepție este, de asemenea, destul de simplă.
Cele mai mari dificultăți sunt de așteptat la crearea repetitoarelor, precum și a platformelor pentru acestea. Ele pot fi efectuate pe baza de vehicule aeriene fără pilot, capabile să rămână într-un loc mult timp și să asigure transfer de energie. Poate fi necesar să se dezvolte UAV-uri complet noi, cu caracteristicile și capacitățile dorite.
O sarcină separată este dezvoltarea dispozitivului propriu-zis pentru redirecționarea fasciculului către următorul repetor sau stație de recepție. În acest scop, pe viitor vor să folosească sisteme optice cu oglinzi și lentile capabile să direcționeze fasciculul și să îl focalizeze suplimentar. Un panou solar și un sistem laser pot fi folosite ca soluție temporară.
Personalul militar american lansează un generator compact
Indiferent de metoda de transmisie, sistemul necesită îndrumare precisă pe toate mijloacele, primare și intermediare. Dacă există o pierdere în orice etapă a transmisiei, stația de recepție va pierde fasciculul și va lăsa consumatorii fără energie electrică.
Testarea și dezvoltarea sistemului POWER se vor desfășura în trei etape, pe măsură ce devin disponibile noi componente și dispozitive. Astfel, experimentele vor începe cu transferul de energie electrică între stațiile terestre pe o distanță limitată. Apoi, noi UAV-uri vor fi implicate în testare. Este probabil ca în această etapă să fie utilizată o conversie intermediară a fasciculului în electricitate și invers.
În cele din urmă, în a treia etapă, va începe testarea sistemului complet echipat. De la stația de transmisie la stația de recepție, fasciculul laser va călători prin sisteme optice pe UAV-uri intermediare. Desigur, dacă este posibil să se creeze astfel de dispozitive cu nivelul necesar de caracteristici.
Dezavantaje și avantaje
DARPA înțelege că conceptul POWER are o serie de deficiențe care vor complica dezvoltarea unui proiect cu drepturi depline, precum și vor impune restricții asupra funcționării sistemului finit. Cu toate acestea, se planifică continuarea lucrărilor și, dacă este posibil, reducerea impactului factorilor negativi.
În primul rând, sursa problemelor este fasciculul laser în sine. Pe măsură ce trece prin atmosferă, își pierde puterea. În plus, fenomenele atmosferice și meteorologice îl pot bloca chiar. Ca rezultat, fiabilitatea și eficiența unei astfel de transmisii vor fi scăzute. Un sistem de transmisie cu laser, indiferent de compoziția sa, nu poate fi utilizat pe distanțe lungi.
Panouri solare la una dintre bazele armatei americane
Sistemele de ghidare a fasciculului de precizie sunt importante nu numai pentru performanța sistemului, ci afectează și siguranța acestuia. POWER ar trebui să folosească lasere de mare putere, similare cu cele utilizate în sistemele de luptă. În consecință, ratarea la țintirea fasciculului este o amenințare. Fasciculul va deteriora drona releu sau va cauza deteriorarea obiectelor de la sol.
Chiar dacă toate problemele tehnice sunt rezolvate cu succes și problemele așteptate sunt eliminate, sistemul POWER va fi complex și costisitor. Costul transportului de energie va fi, de asemenea, prohibitiv de mare, împiedicând desfășurarea și utilizarea în masă a acesteia. Cel puțin, din punct de vedere al costurilor totale și unitare, reținerea generatoarelor diesel și a cisternelor va fi semnificativ mai profitabilă.
Întreprindere dubioasă
Astfel, agenția DARPA a început dezvoltarea științifică și practică a unui concept interesant, dar dubios. Programul POWER este de interes tehnic și va ajuta la crearea de noi tehnologii importante și interesante. Cu toate acestea, finalizarea cu succes a lucrării și crearea unui sistem funcțional de transmisie a energiei nu este garantată.
Este probabil ca programul POWER să treacă prin etapa de cercetare și chiar să ajungă la testarea componentelor individuale. Cu toate acestea, dezvoltarea sa ulterioară este discutabilă. Raportul așteptat între caracteristicile tehnice, economice și operaționale ale unui astfel de sistem este la un nivel extrem de scăzut. Este posibil ca Pentagonul să nu fie interesat de rezultatele programului și să nu aprobe lucrări ulterioare.
informații