Elektryczność z wiązki laserowej: program badawczy DARPA POWER

13
Elektryczność z wiązki laserowej: program badawczy DARPA POWER
Plany programu POWER. W pierwszym etapie przetestują przesył energii między obiektami naziemnymi, a następnie zaczną wprowadzać komponenty powietrzne


Armia Stanów Zjednoczonych, jak każda inna nowoczesna armia, jest w dużym stopniu uzależniona od dostaw energii elektrycznej. W zależności od lokalizacji jednostki i pododdziały pobierają energię elektryczną z istniejącej infrastruktury lub z własnych mobilnych elektrowni. W tym drugim przypadku dostawa paliwa może wiązać się z utrudnieniami i ryzykiem. W związku z tym od dłuższego czasu trwają poszukiwania nowych zasad wytwarzania lub przesyłu energii. Agencja DARPA prowadzi więc teraz program POWER, w ramach którego bada możliwość przesyłania energii za pomocą wiązki laserowej.



Energia bezprzewodowa


Na początku października 2022 r. DARPA po raz pierwszy ogłosiła rozpoczęcie nowego programu badań nad energią. Badanie nazwano Persistent Optical Wireless Energy Relay, w skrócie POWER.

Do czasu pierwszej otwartej wzmianki na temat POWER, specjaliści Agencji opracowali ogólną koncepcję i zidentyfikowali obszary do dalszych prac. Przyjęli również plan, który przewiduje kilka etapów rozwoju.

Jak sama nazwa wskazuje, celem programu jest znalezienie i rozwój technologii przesyłu energii „bezprzewodowo” za pomocą środków optycznych. Zakłada się, że przy odpowiednim poziomie rozwoju takie urządzenia będą w stanie zapewnić transmisję znacznych mocy na wymagane zakresy. Przy pomyślnym rozwoju projektu, w zakresie połączenia cech technicznych i eksploatacyjnych, system POWER powinien przewyższyć dotychczasowe metody i środki – naziemne linie elektroenergetyczne czy generatory diesla w połączeniu z cysternami.


Możliwe pojawienie się bezzałogowego repeatera

Program badań podzielony jest na kilka etapów. W pierwszym etapie wskażą fundamentalne możliwości rozwiązania głównego problemu, a także znajdą optymalne komponenty i środki. Kolejne dwa etapy przewidują dalszy rozwój i skalowanie tych technologii z dostępem do wskaźników pozwalających na wdrożenie systemu do eksploatacji.

Wiadomo, że jeden z działów agencji DARPA jest zaangażowany w program POWER. Nie wiadomo jeszcze, czy brały w nim udział inne organizacje i przedsiębiorstwa. Ponadto, ze względu na całkowitą złożoność postawionych zadań, Agencja nie może nawet podać przybliżonej daty zakończenia prac i ewentualnego rozpoczęcia eksploatacji gotowego systemu.

Aspekty techniczne


Program POWER proponuje opracowanie układu przesyłu mocy w oparciu o kilka elementów. Taki system powinien obejmować stację nadawczą i odbiorczą oraz, w razie potrzeby, przemienniki pośrednie. W zależności od konkretnych potrzeb klienta elementy systemu muszą mieć różne konstrukcje i właściwości.

Proponuje się zlokalizowanie stacji nadawczej w pobliżu źródła zasilania lub związanej z nim infrastruktury. Głównym elementem takiej stacji jest laser o wystarczającej mocy promieniowania i możliwości długotrwałej ciągłej pracy. Stacja musi przetwarzać energię elektryczną z sieci / z generatora na wiązkę laserową. Za pomocą odpowiedniej optyki proponuje się skierować wiązkę w stronę odbiornika.


Stacja odbiorcza z kolei musi przechwycić wiązkę laserową za pomocą swoich paneli słonecznych i przekształcić energię świetlną w energię elektryczną. Ponadto energia elektryczna może być rozprowadzana wśród konsumentów.

System stacji nadawczych i odbiorczych może działać tylko w zasięgu wzroku. Aby przesyłać energię na duże odległości, proponuje się włączenie do systemu przekaźników pośrednich. Będzie to swego rodzaju układ zdolny do odbierania wiązki laserowej i przesyłania jej dalej – w wyniku odbicia lub konwersji przez układ elektryczny.

Tak więc, tworząc system POWER, specjaliści DARPA i powiązane organizacje będą musieli rozwiązać kilka problemów inżynierskich o różnym stopniu złożoności. Na przykład stworzenie emitera laserowego dużej mocy z precyzyjnym prowadzeniem wiązki to bardzo realne zadanie. Szereg podobnych systemów wojskowych powstało w Stanach Zjednoczonych, a zdobyte doświadczenie pomoże w nowym projekcie. Stacja odbiorcza jest również dość prosta.

Największych trudności można spodziewać się przy tworzeniu repeaterów, a także platform dla nich. Mogą być one realizowane w oparciu o bezzałogowe statki powietrzne zdolne do długotrwałego przebywania w jednym miejscu i zapewniające transfer energii. Konieczne może być opracowanie zupełnie nowych UAV o pożądanych cechach i możliwościach.

Osobnym zadaniem jest opracowanie właściwego urządzenia do przekierowania wiązki do kolejnego repeatera lub do stacji odbiorczej. W tym celu chcą w przyszłości zastosować układy optyczne ze zwierciadłami i soczewkami zdolnymi do kierowania wiązki i dodatkowego jej ogniskowania. Jako rozwiązanie tymczasowe można zastosować system z panelem słonecznym i laserem.


Amerykański personel wojskowy uruchamia kompaktowy generator

Bez względu na sposób transmisji, system potrzebuje dokładnego prowadzenia wszystkimi środkami, pierwotnymi i pośrednimi. W przypadku pomyłki na jakimkolwiek etapie transmisji stacja odbiorcza straci wiązkę i pozostawi odbiorców bez prądu.

Testy i rozwój systemu POWER będą przebiegać w trzech etapach, w miarę pojawiania się nowych komponentów i urządzeń. Eksperymenty rozpoczną się więc od przesyłu energii elektrycznej między stacjami naziemnymi na ograniczoną odległość. Wtedy w testy wezmą udział nowe BSP. Prawdopodobnie na tym etapie zostanie zastosowana pośrednia konwersja wiązki na energię elektryczną i odwrotnie.

Wreszcie w trzecim etapie rozpoczną się testy całego systemu. Ze stacji nadawczej do stacji odbiorczej wiązka laserowa przejdzie przez układy optyczne pośrednich UAV. Oczywiście, jeśli możliwe jest stworzenie takich urządzeń o wymaganym poziomie wydajności.

Wady i zalety


DARPA rozumie, że koncepcja POWER ma szereg niedociągnięć, które utrudnią opracowanie pełnoprawnego projektu, a także nałożą ograniczenia na działanie gotowego systemu. Niemniej jednak planuje się kontynuację prac iw miarę możliwości ograniczenie wpływu negatywnych czynników.

Przede wszystkim źródłem problemów jest sama wiązka lasera. Przechodząc przez atmosferę traci moc. Ponadto zjawiska atmosferyczne i pogodowe mogą ją nawet zablokować. W konsekwencji niezawodność i efektywność takiej transmisji będzie niska. System transmisji laserowej, niezależnie od jego składu, nie może być używany na duże odległości.


Panele słoneczne w jednej z baz US Army

Precyzyjne systemy prowadzenia wiązki są ważne nie tylko dla działania systemu, ale także wpływają na jego bezpieczeństwo. W ramach POWER mają być użyte lasery dużej mocy zbliżone do tych stosowanych w systemach bojowych. W związku z tym chybienie przy kierowaniu wiązki jest zagrożeniem. Wiązka uszkodzi drona przekaźnikowego lub spowoduje uszkodzenie obiektów naziemnych.

Nawet po pomyślnym rozwiązaniu wszystkich problemów technicznych i pozbyciu się spodziewanych problemów, system POWER będzie skomplikowany i kosztowny. Koszt przesyłu energii będzie również na zbyt wysokim poziomie, co nie pozwoli na masowe jej rozmieszczanie i wykorzystywanie. Przy minimalnym koszcie całkowitym i jednostkowym utrzymanie generatorów diesla i cystern byłoby znacznie bardziej korzystne.

Wątpliwe przedsięwzięcie


W ten sposób agencja DARPA rozpoczęła naukowe i praktyczne badanie interesującej, ale wątpliwej koncepcji. Program POWER ma znaczenie techniczne i pomoże w tworzeniu ważnych i ekscytujących nowych technologii. Jednak pomyślne zakończenie prac i stworzenie działającego systemu przesyłu energii nie jest gwarantowane.

Prawdopodobnie program POWER przejdzie przez fazę badawczo-rozwojową, a nawet posunie się do testów poszczególnych komponentów. Jej dalszy rozwój stoi jednak pod znakiem zapytania. Oczekiwany stosunek cech technicznych, ekonomicznych i eksploatacyjnych takiego systemu jest na skrajnie niskim poziomie. Pentagon może po prostu nie być zainteresowany wynikami programu i nie wyrazić zgody na dalsze prace.
13 komentarzy
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. KCA
    +5
    26 czerwca 2023 04:22
    Urocze, wydajność potężnego lasera jest mniejsza niż 50%, a im wyższa moc, tym niższa wydajność, straty energii w powietrzu, kurz, wilgotność, konwersja odwrotna, wejście kilowatowe, wyjście ładowania telefonu komórkowego
    1. -1
      26 czerwca 2023 05:15
      Zgadzam się w 100%. To wszystko dla odwrócenia uwagi. ładowarka do telefonu komórkowego Albo superbroń... zażądać
      1. 0
        26 czerwca 2023 18:59
        Sprawność silnika benzynowego jest jeszcze niższa, więc wydajność nie jest argumentem.
        Główną ideą jest tutaj możliwość ładowania „w biegu”, czyli teoretycznie dron z takim ładowaniem może latać w nieskończoność.
        Ale osobiście nie wyobrażam sobie, jak zostanie przeprowadzony napiwek. Przez kilka kilometrów celowanie nie ma sensu - źródło spójnego promieniowania w bezpośredniej linii wzroku jest natychmiast wychwytywane przez większość dębowych rejestratorów i tam leci pocisk.
        I nierealne jest dotarcie dokładnie do odbiornika na kilkadziesiąt kilometrów - choćby z powodu przypadkowych zmian gęstości atmosfery. Nie mówiąc już o dłuższych dystansach.
        Więc to tylko kolejny pijany budżet
    2. 0
      26 czerwca 2023 10:18
      Potężna wydajność lasera mniejsza niż 50%
      Najważniejsze, że wystarczyłoby wycelować w niego pociskiem.
      1. KCA
        0
        26 czerwca 2023 20:25
        Wydajność markerów jest znacznie wyższa, do 80%, ale jest też moc 1W, do przenoszenia energii malavatu
    3. 0
      27 czerwca 2023 08:05
      Wojsko nie patrzy na efektywność. I nie tylko wojsko.
      Jaka jest sprawność silnika spalinowego? Ale wszyscy jeździmy samochodami.
    4. 0
      13 listopada 2023 21:45
      Pomysł ten został zmieniony w latach 90., a co tam. Głównym nierozwiązywalnym problemem jest to, że podczas strzelania potężnym laserem brak odbiornika doprowadzi do pewnego rodzaju zniszczenia. Do tego problem nieprzerwanego chłodzenia odbiornika, żeby się nie przepalił. Strefa wykluczona, do której nie można wejść, aby uniknąć śmierci lub obrażeń. Nierozwiązywalny problem wron przelatujących przez belkę - efektem jest tak jasny błysk, że patrzenie w jego stronę bez okularów ochronnych skończy się w najlepszym razie wizytą u okulisty.
      IMHO jest to wyjaśnienie dla prasy i przykrywka dla prób stworzenia broni promieniowej.
      Był projekt na „działo blasterowe” (nieoficjalna nazwa autorów) - dwa lasery jonizujące powietrze, naświetlające cel przez przewodzące zwierciadła, a pomiędzy nimi ogromna bateria kondensatorów, uderzająca w cel wyładowaniem elektrycznym. Okazało się jednak, że istnieją nierozwiązywalne problemy z prądami upływowymi przenikającymi wszystko – glebę między zwierciadłami, powietrze i główny problem – wyładowania pasożytnicze przez instalacje laserowe i glebę pomiędzy ich podporami. Do tego szalona cena, waga... jedna instalacja to konwój sześciu ciężarówek, autobus dla techników... Generalnie projekt zamknięto na etapie wstępnego projektowania i obliczeń.
  2. 0
    26 czerwca 2023 04:58
    Teoretycznie osobę można przekazać telefonicznie, ale pojawiające się w tym przypadku trudności techniczne są obecnie nie do pokonania
    (TA Edison)
  3. 0
    26 czerwca 2023 05:08
    W ten sposób agencja DARPA rozpoczęła naukowe i praktyczne badanie interesującego, ale wątpliwa koncepcja.
    uciekanie się „Tak, masz rację, ale możliwy jest również odwrotny skutek” (Wysocki) Wszystko może być fałszywe. Zarówno koncepcja, jak i cel. A uzyskane wyniki zostaną wykorzystane w zupełnie innym kierunku. zażądać
  4. +1
    26 czerwca 2023 06:14
    Elektryczność z wiązki laserowej: program badawczy DARPA POWER

    Tutaj, poruszając się wzdłuż wiązki światła
    Bez pomocy, ale z mediacją,
    Lecę do Tau Kita tym właśnie,
    Załatwić ją na miejscu.
  5. 0
    26 czerwca 2023 12:29
    Przeprowadzą badania, dowiedzą się, co na tym etapie jest daremne, zgłoszą i zamkną projekt. Podejrzewam, że darpa robi to z 98% projektów
  6. 0
    27 czerwca 2023 08:08
    To dość stary pomysł. Szczerze mówiąc, niech działa. Bo w tym przypadku technologia zostanie przekazana także cywilom.
    (Internet został kiedyś wynaleziony przez wojsko).
  7. 0
    1 sierpnia 2023 06:12
    Najprawdopodobniej jest to program przykrywkowy dla bardziej aktualnego tematu - walki z bronią hipersoniczną.