Energy by Laser: Projekt zasilania helikoptera autorstwa chińskich inżynierów
Doświadczony UAV z panelem słonecznym
Bezzałogowe statki powietrzne typu śmigłowiec mają szereg charakterystycznych zalet, dzięki którym stały się powszechne. Jednocześnie istnieją również wady, z których główną jest ograniczony czas trwania i zasięg lotu. Proponowane są różne metody zwiększania tych parametrów, a inne ciekawe opracowanie tego rodzaju przedstawili specjaliści z chińskiego Northwestern Polytechnic University.
Dron i laser
Kilka chińskich publikacji pisało o nowym rozwoju chińskich naukowców na początku stycznia. Podobno autorem projektu jest profesor Li Xuelong i jego współpracownicy z SZPU. Niedawno zaprojektowali i opracowali oryginalną koncepcję warkot na długi lot. Pomysły te zostały następnie przetestowane za pomocą technik eksperymentalnych.
Główną ideą projektu jest radykalna przebudowa systemu zasilania UAV. Konwencjonalny elektryczny quadkopter wyposażony w akumulator musi zostać zwrócony i wylądowany w celu naładowania lub wymiany akumulatora. Li Xuelong i jego koledzy proponują trzymać baterię na pokładzie drona, a także wyposażyć go w lekki panel słoneczny. Jednocześnie do kompleksu wprowadzana jest część naziemna, w skład której wchodzą jednostki odpowiedzialne za wytwarzanie energii elektrycznej. Ponadto opracowano środki do przesyłania energii do UAV.
Zaznacza się, że lasery dużej mocy są do tej pory wykorzystywane wyłącznie do zwalczania dronów. Jednak projekt SZPU proponuje wykorzystanie wiązki laserowej do przesyłania energii z naziemnej części kompleksu do UAV. Automatyka kompleksu powinna monitorować drona i kierować wiązkę dokładnie na jego panel słoneczny, zapewniając stałe zasilanie i ładowanie baterii.
Specjaliści SZPU opracowali wszystkie elementy kompleksu, w tym specjalne oprogramowanie odpowiedzialne za śledzenie UAV i naprowadzanie lasera. Z pomocą tych produktów przeprowadzono już kilka testów w różnych warunkach. Dron był zasilany i latał zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz w dzień iw nocy. Maksymalny czas lotu osiągnął 24 godziny.
Obiekty naziemne do testowania o różnych porach dnia
Należy zauważyć, że systemy przenoszenia energii lasera do UAV zostały już opracowane za granicą. Jednak wtedy używano dronów typu samolotowego, a projekty nie wychodziły poza obliczenia lub eksperymenty w tunelu aerodynamicznym iw powietrzu.
Elementy kompleksu
Według opublikowanych danych eksperymentalny bezzałogowy kompleks SZPU obejmuje kilka środków trwałych. Jest to naziemny system wytwarzania i przesyłu energii, konsola operatora i sam dron. Ogólne zasady działania są znane, ale szczegółów nie podano. Główne cechy kompleksu również nie są ujawniane - zarówno w celu ochrony przed kopiowaniem, jak i uniknięcia wykorzystania technologii do celów wojskowych.
W doświadczeniach wykorzystywany jest małogabarytowy quadrocopter z silnikami elektrycznymi. Prawdopodobnie wzięli do eksperymentów gotowy dostępny na rynku UAV. Zgodnie z propozycją projektu, oprócz baterii otrzymał panel słoneczny i związane z nim urządzenia. Kwadratowe urządzenie zawieszone jest pod korpusem.
Najwyraźniej elektronika UAV nie uległa zmianie, podobnie jak konsola operatora. Od prototypu wymagana jest jedynie umiejętność wykonywania poleceń operatora lub samodzielnego latania i zawisania. Można by jednak dodać nowe funkcje związane z interakcją z systemem zasilania.
Największym zainteresowaniem cieszą się obiekty naziemne kompleksu. Zawierają system zasilania - z sieci lub z generatora. Jest też stanowisko optyczno-elektroniczne z kamerami i laserem o wymaganej mocy. Pracą obiektów naziemnych steruje autonomiczny system cyfrowy ze specjalnym oprogramowaniem.
Poinformowano, że IES kompleksu jest w stanie wziąć UAV do eskorty i śledzić wszystkie jego ruchy w strefie widoczności. Komputer jest odpowiedzialny za śledzenie; operator może skupić się na głównym zadaniu. Gdy akumulator wymaga doładowania, system sterowania automatycznie kieruje wiązkę lasera na panel słoneczny i zatrzymuje go.
UAV w powietrzu
Układ sterowania określa zasięg do drona i monitoruje inne czynniki. Uwzględniając je, automatyka zmienia moc i skupienie wiązki. Dzięki temu zapewniony jest stały dopływ takiej samej mocy niezależnie od wzajemnego położenia UAV i ECO, warunków zewnętrznych itp. W przypadku wykrycia przeszkody na drodze wiązki moc zostaje zredukowana do bezpiecznej wartości.
Pożądane korzyści
Zasady działania takiego kompleksu są dość proste. Po „normalnym” naładowaniu UAV może wystartować i wykonywać przypisane mu zadania. Po wyczerpaniu większości ładunku dron musi wrócić do strefy ładowania, gdzie ECO go znajdzie i zacznie „podświetlać” laserem. Po otrzymaniu energii i naładowaniu baterii UAV będzie mógł kontynuować pracę w powietrzu. Taki cykl można powtarzać kilka razy z rzędu, w zależności od specyfiki misji i aktualnych potrzeb.
Kompleks z takimi możliwościami ma oczywiste zalety. Przede wszystkim jest to gwałtowny wzrost możliwego czasu trwania lotu i możliwości obejścia się bez lądowań. Dron nie musi wracać na ziemię, aby naładować lub wymienić baterię. W niektórych sytuacjach będzie mógł ładować z lasera nawet bez opuszczania obszaru roboczego i kontynuowania pracy.
Bezzałogowy kompleks o takich możliwościach powinien wykonywać zadania długoterminowego nadzoru i rozpoznania. Jednocześnie UAV będzie mógł działać w pewnej odległości od obiektów naziemnych, co pozwoli mu wrócić na czas w celu naładowania. Twórcy zakładają, że kompleks przyda się w monitorowaniu różnych sytuacji, podczas akcji poszukiwawczo-ratowniczych itp.
W przyszłości nie jest wykluczone tworzenie dużych uav z laserowym zasilaniem. Na ich podstawie można zbudować pełnowymiarową sieć transportu lotniczego. Jednak duży dron będzie wymagał odpowiedniej infrastruktury naziemnej.
Należy zauważyć, że proponowany system zasilania SZPU nie jest pozbawiony wad, które utrudniają jego opracowanie i wdrożenie, a także nakładają ograniczenia na eksploatację. Część trudności została usunięta na etapie rozwoju i można spodziewać się nowych sukcesów. Jednak pozbycie się wszystkich problemów nie jest jeszcze gwarantowane.
Praca zasilacza laserowego w przedstawieniu artysty
Niemal wszystkie trudności związane są z wybraną zasadą przekazywania energii. Wymaga dokładnego śledzenia UAV i naprowadzania laserowego, co wymaga dość złożonego sprzętu i systemów oprogramowania. Ponadto wiązka lasera jest mało wydajna, a liczba ta może być jeszcze bardziej zmniejszona przez czynniki zewnętrzne.
Należy również wziąć pod uwagę, że do szybkiego naładowania akumulatora potrzebna jest odpowiednia moc wiązki. Przy nieostrożnej obsłudze naziemny OES faktycznie zatrzymuje się w bojowym kompleksie laserowym i może spowodować uszkodzenie otaczających obiektów, a nawet samego drona. Tym samym laser może nieodwracalnie uszkodzić optykę samolotu rozpoznawczego.
Twórcy projektu z SZPU twierdzą, że udało im się stworzyć sprzęt kontrolny z niezbędnymi funkcjami. Doświadczony UAV w różnych warunkach latał wokół obiektów naziemnych i wznosił się na wysokość kilkudziesięciu metrów. Podaje się, że we wszystkich przypadkach została przekazana wystarczająca ilość energii, a środowisko nie doznało żadnych szkód.
Na razie mówimy tylko o niewielkich rozmiarach UAV, a na taką skalę kompleks dobrze się sprawdził. W przyszłości planowane jest rozwinięcie projektu i zwiększenie drona, a także zwiększenie mocy lasera. Nie jest jeszcze jasne, czy opracowany system jest skalowalny, czy też proces ten może prowadzić do nierozwiązywalnych problemów. Ale pierwsze eksperymenty dają powody do optymizmu.
Na nowych zasadach
Zdecydowana większość nowoczesnych UAV typu helikopter lata na bateriach. W przypadku konieczności zwiększenia zasięgu stosowana jest zasada lotu na uwięzi – za dronem przeciągany jest kabel, którym dostarczany jest prąd z ziemi. Czas trwania takiego lotu jest ograniczony jedynie zasilaniem, ale helikopter na uwięzi nie może latać swobodnie.
Nowy chiński projekt wdraża inny sposób na zwiększenie czasu lotu - poprzez specjalną zasadę przenoszenia energii. Operatywność koncepcji jest już testowana przy użyciu doświadczonego UAV i innego sprzętu. Czas pokaże, czy specjalistom SZPU uda się rozwiązać wszystkie zadania obecnego etapu i przejść do następnego.
informacja