В Научно-исследовательской лаборатории ВМС США (U.S. Naval Research Laboratory) подвели итоги второй фазы испытаний системы лазерной передачи энергии, которую разрабатывают для военных целей. В рамках состоявшихся в мае 2019 года тестов инфракрасный лазер успешно передал 400 ватт мощности на расстояние в 325 метров. В дальнейшем исследователи планируют испытать разработку, подзаряжая находящиеся в полете дроны в течение продолжительного времени, говорится в пресс-релизе на сайте лаборатории.
Отметим, что лазер представляет собой когерентное состояние света, которое характеризуется согласованностью колебаний электромагнитного поля в луче. Пространственная когерентность позволяет фокусировать лазерное излучение в небольшой области, а также обеспечивает возможность коллимации, то есть поддержания узости луча при распространении на большие расстояния.
Также лазер может обладать высокой временной когерентностью, которая, с одной стороны, дает возможность генерировать излучение в узком спектральном диапазоне, то есть с очень чистым «цветом», а с другой — позволяет создавать чрезвычайно короткие лазерные импульсы. В результате становится достижимой высокая плотность энергии излучения, которая сохраняется при движении луча на большие расстояния.
Лазеры нашли множество применений как в науке и технологиях, так и в быту. Однако некоторые приложения остались лишь на бумаге или в рамках лабораторных образцов. К таким нереализованным на практике методам сценариям применения относится, в частности, передача энергии с помощью лазеров. Первые испытания прототипов лазерных систем по направленной передаче энергии проводились в конце 1960-х, но полноценных устройств с подобным принципом работы так и не появилось.
23 мая 2019 года в Научно-исследовательской лаборатории прошла демонстрация такой системы, о результатах которой стало известно только спустя полгода. Созданная в рамках проекта PTROL (Power Transmitted Over Laser — передача энергии посредством лазера) установка состоит из двух 4-метровых башен, на одной из которых установлен лазерный передатчик мощностью в два киловатта, а на другой расположен приемник, который превращает энергию излучения в электричество с помощью специально разработанных преобразователей, работающих на фотовольтаическом эффекте, визуально напоминающих фотоэлементы из обычных солнечных панелей.
На фото запечатлен лазерный передатчик системы PTROL.
В ходе испытаний исследователям удалось передать 400 ватт мощности на расстояние в 325 метров, причем в опыте использовался невидимый глазу инфракрасный лазер. Излучение конвертировалось сперва в постоянный ток, а затем в переменный при помощи инвертора. От переданной мощности питались несколько лампочек, ноутбуков и кофемашина.
Демонстрация завершила второй этап разработки. Первая фаза проекта была завершена два года назад, но тогда энергия передавалась по кабелю на небольшую подводную лодку. Следующим этапом должна стать передача энергии на зависший на месте квадрокоптер, а затем — на движущийся беспилотник самолетного типа. На последних этапах система должна беспрерывно обеспечивать энергией БПЛА разных конфигураций не менее 24 часов. Более отдаленными применением может быть передача энергии на землю со спутника, который будет преобразовывать свет Солнца, а также быстрое развертывание систем энергоснабжения в отдаленных регионах с плохо развитой инфраструктурой (что может быть актуально, к примеру, для военных блокпостов).
По словам американских разработчиков, к ключевым особенностям разработанной ими инновационной лазерной системы относится использование инфракрасного лазера (он обладает гораздо меньше длиной волны, чем радиоизлучение, а также невидим для глаза) и специальных фотовольтаических элементов, которые настроены на эффективное преобразование конкретной частоты данного лазера. Свойства лазера позволили создать намного более компактные источники и приемники, а невидимость сделала луч незаметным для человека (заглавное фото луча было сделано при помощи специальной камеры, чувствительной к инфракрасному излучению). Помимо этого, система оборудована дополнительными инструментами, которые отслеживают движение объектов на пути лазера и выключает его до пересечения луча человеком или животным. Авторы разработки говорят, что их решение впервые обеспечивает безопасность лазерной передачи энергии и работоспособность при любой погоде.
В дальнейших исследованиях специалисты собираются не только проверить систему в других сценариях использования, но и ее усовершенствовать, увеличив количество энергии, которое она может передавать, расстояние передачи, а также упростив ее развертывание до такой степени, чтобы от оператора требовалось «не больше действий, чем для подключения проводного удлинителя». Кроме того, в отдаленном будущем инженеры собираются заняться коммерциализацией технологии.
Источник: N+1