Điện từ chùm tia laze: Chương trình nghiên cứu DARPA POWER
Các kế hoạch cho chương trình POWER. Ở giai đoạn đầu tiên, họ sẽ kiểm tra việc truyền năng lượng giữa các cơ sở trên mặt đất, sau đó họ sẽ bắt đầu giới thiệu các thành phần không khí
Quân đội Hoa Kỳ, giống như bất kỳ quân đội hiện đại nào khác, phụ thuộc rất nhiều vào việc cung cấp điện. Tùy thuộc vào vị trí, các đơn vị và phân khu nhận điện từ cơ sở hạ tầng hiện có hoặc từ các nhà máy điện di động của chính họ. Trong trường hợp thứ hai, việc cung cấp nhiên liệu có thể đi kèm với những khó khăn và rủi ro. Về vấn đề này, việc tìm kiếm các nguyên tắc tạo hoặc truyền năng lượng mới đã được tiến hành trong một thời gian khá dài. Vì vậy, cơ quan DARPA hiện đang tiến hành chương trình POWER, trong đó họ đang nghiên cứu khả năng truyền năng lượng bằng chùm tia laze.
năng lượng không dây
Đầu tháng 2022 năm XNUMX, DARPA lần đầu tiên công bố khởi động chương trình nghiên cứu năng lượng mới. Nghiên cứu được gọi là Rơle năng lượng không dây quang liên tục, viết tắt là POWER.
Vào thời điểm lần đầu tiên chủ đề POWER được đề cập công khai, các chuyên gia của Cơ quan đã đưa ra một khái niệm chung và xác định các lĩnh vực cần tiếp tục nghiên cứu. Họ cũng đã thông qua một kế hoạch cung cấp cho một số giai đoạn phát triển.
Đúng như tên gọi, mục tiêu của chương trình là tìm kiếm và phát triển các công nghệ truyền tải điện "qua không trung" bằng các phương tiện quang học. Người ta cho rằng với mức độ phát triển phù hợp, các thiết bị như vậy sẽ có thể đảm bảo truyền tải công suất đáng kể đến các phạm vi cần thiết. Với sự phát triển thuận lợi của dự án, xét về sự kết hợp giữa các đặc điểm kỹ thuật và vận hành, hệ thống ĐIỆN sẽ vượt qua các phương pháp và phương tiện hiện có - đường dây điện trên đất liền hoặc máy phát điện diesel kết hợp với xe bồn.
Có thể xuất hiện một bộ lặp không người lái
Chương trình nghiên cứu được chia thành nhiều giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, họ sẽ chỉ ra khả năng cơ bản để giải quyết vấn đề chính, cũng như tìm ra các thành phần và phương tiện tối ưu. Hai giai đoạn tiếp theo cung cấp cho sự phát triển và nhân rộng hơn nữa của các công nghệ này với quyền truy cập vào các chỉ số cho phép triển khai hệ thống đang hoạt động.
Được biết, một trong những bộ phận của cơ quan DARPA đang tham gia vào chương trình POWER. Việc các tổ chức và doanh nghiệp khác có tham gia hay không vẫn chưa được xác định cụ thể. Ngoài ra, do tổng số nhiệm vụ phức tạp được đặt ra, Cơ quan thậm chí không thể đưa ra ngày gần đúng để hoàn thành công việc và khả năng bắt đầu vận hành hệ thống đã hoàn thành.
Khía cạnh kỹ thuật
Chương trình POWER đề xuất phát triển hệ thống truyền tải điện dựa trên một số thành phần. Một hệ thống như vậy nên bao gồm một trạm truyền và nhận, cũng như các bộ lặp trung gian, nếu cần. Tùy theo nhu cầu cụ thể của khách hàng mà các thành phần của hệ thống phải có thiết kế và đặc điểm khác nhau.
Trạm truyền tải được đề xuất đặt gần nguồn điện hoặc cơ sở hạ tầng liên quan. Yếu tố chính của một trạm như vậy là tia laser có đủ năng lượng bức xạ và khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài. Trạm phải chuyển đổi điện năng từ lưới điện/từ máy phát điện thành chùm tia laze. Với sự trợ giúp của quang học thích hợp, chùm tia được đề xuất hướng về phía máy thu.
Ngược lại, trạm tiếp nhận phải thu chùm tia laze bằng các tấm pin mặt trời của nó và chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Hơn nữa, điện có thể được phân phối giữa những người tiêu dùng.
Một hệ thống trạm phát và thu chỉ có thể hoạt động trong tầm nhìn. Để truyền năng lượng trên một khoảng cách dài, người ta đề xuất đưa các bộ lặp trung gian vào hệ thống. Nó sẽ là một loại hệ thống nào đó có khả năng nhận chùm tia laze và truyền nó đi xa hơn - do phản xạ hoặc chuyển đổi thông qua hệ thống điện.
Do đó, khi tạo hệ thống POWER, các chuyên gia DARPA và các tổ chức liên quan sẽ phải giải quyết một số vấn đề kỹ thuật có độ phức tạp khác nhau. Ví dụ, việc tạo ra một bộ phát laser công suất cao với khả năng dẫn hướng chùm tia chính xác là một nhiệm vụ rất thực tế. Một số hệ thống quân sự tương tự đã được tạo ra ở Hoa Kỳ và kinh nghiệm thu được sẽ giúp ích cho dự án mới. Trạm nhận cũng khá đơn giản.
Những khó khăn lớn nhất được mong đợi khi tạo bộ lặp, cũng như nền tảng cho chúng. Chúng có thể được thực hiện trên cơ sở các phương tiện bay không người lái có khả năng ở một chỗ trong thời gian dài và cung cấp năng lượng truyền. Có thể cần phải phát triển các UAV hoàn toàn mới với các đặc điểm và khả năng mong muốn.
Một nhiệm vụ riêng biệt là phát triển thiết bị thực tế để chuyển hướng chùm tia tới bộ lặp tiếp theo hoặc tới trạm thu. Đối với điều này, trong tương lai, họ muốn sử dụng các hệ thống quang học với gương và thấu kính có khả năng định hướng chùm tia và hội tụ thêm chùm tia. Như một giải pháp tạm thời, có thể sử dụng một hệ thống có bảng điều khiển năng lượng mặt trời và tia laser.
Quân nhân Mỹ khởi động máy phát điện nhỏ gọn
Bất kể phương thức truyền tải nào, hệ thống cần được hướng dẫn chính xác trên tất cả các phương tiện, chính và trung gian. Nếu có sai sót ở bất kỳ giai đoạn truyền nào, trạm thu sẽ mất chùm tia và khiến người tiêu dùng không có điện.
Thử nghiệm và phát triển hệ thống POWER sẽ được thực hiện theo ba giai đoạn, khi các bộ phận và thiết bị mới có sẵn. Do đó, các thí nghiệm sẽ bắt đầu với việc truyền điện giữa các trạm mặt đất ở một khoảng cách giới hạn. Sau đó, các UAV mới sẽ tham gia vào các cuộc thử nghiệm. Có lẽ, ở giai đoạn này, một chuyển đổi trung gian của chùm tia thành điện năng và ngược lại sẽ được sử dụng.
Cuối cùng, ở giai đoạn thứ ba, quá trình thử nghiệm toàn bộ hệ thống sẽ bắt đầu. Từ trạm phát đến trạm thu, chùm tia laser sẽ đi qua hệ thống quang học trên các UAV trung gian. Tất nhiên, nếu có thể tạo ra các thiết bị như vậy với mức hiệu suất cần thiết.
Nhược điểm và lợi thế
DARPA hiểu rằng khái niệm POWER có một số thiếu sót sẽ gây khó khăn cho việc phát triển một dự án chính thức, cũng như áp đặt các hạn chế đối với hoạt động của hệ thống đã hoàn thành. Tuy nhiên, nó được lên kế hoạch để tiếp tục công việc và, nếu có thể, giảm tác động của các yếu tố tiêu cực.
Trước hết, nguồn gốc của các vấn đề là chính chùm tia laze. Khi nó đi qua bầu khí quyển, nó mất năng lượng. Ngoài ra, các hiện tượng khí quyển và thời tiết thậm chí có thể chặn nó. Hệ quả là độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dẫn như vậy sẽ thấp. Một hệ thống truyền dẫn laze, bất kể thành phần của nó, không thể được sử dụng trong khoảng cách xa.
Các tấm pin mặt trời tại một trong những căn cứ của Quân đội Hoa Kỳ
Hệ thống dẫn tia chính xác rất quan trọng không chỉ đối với hiệu suất của hệ thống mà còn ảnh hưởng đến sự an toàn của hệ thống. Là một phần của POWER, nên sử dụng các tia laser công suất cao tương tự như loại được sử dụng trong các hệ thống chiến đấu. Theo đó, một cú trượt khi chỉ chùm tia là một mối đe dọa. Chùm tia sẽ làm hỏng máy bay không người lái tiếp sức hoặc gây hư hại cho các vật thể trên mặt đất.
Ngay cả khi giải quyết thành công tất cả các sự cố kỹ thuật và loại bỏ các sự cố dự kiến, hệ thống POWER sẽ phức tạp và tốn kém. Chi phí truyền tải năng lượng cũng sẽ ở mức quá cao, không cho phép triển khai và sử dụng đại trà. Ở mức tối thiểu, xét về tổng chi phí và đơn giá, việc giữ máy phát điện diesel và xe bồn sẽ có lợi hơn nhiều.
cam kết đáng ngờ
Do đó, cơ quan DARPA đã bắt đầu nghiên cứu khoa học và thực tiễn về một khái niệm thú vị nhưng đáng ngờ. Chương trình POWER được quan tâm kỹ thuật và sẽ giúp tạo ra các công nghệ mới quan trọng và thú vị. Tuy nhiên, việc hoàn thành thành công công việc và tạo ra một hệ thống truyền tải điện khả thi không được đảm bảo.
Có khả năng chương trình POWER sẽ trải qua giai đoạn nghiên cứu và phát triển và thậm chí tiến xa hơn là thử nghiệm các thành phần riêng lẻ. Tuy nhiên, sự phát triển hơn nữa của nó là vấn đề. Tỷ lệ dự kiến về các tính năng kỹ thuật, kinh tế và vận hành của một hệ thống như vậy ở mức cực kỳ thấp. Lầu Năm Góc có thể đơn giản là không quan tâm đến kết quả của chương trình và không phê duyệt công việc tiếp theo.
tin tức