Η Κίνα ετοιμάζει ασύρματη φόρτιση των drones εν πτήσει μέσω μικροκυμάτων από το Διάστημα!

Σύνοψη

• Ερευνητές του Πανεπιστημίου Xidian στην Κίνα πραγματοποίησαν επιτυχή δοκιμή ασύρματης μετάδοσης ενέργειας σε drone που κινούταν με 30 χλμ/ώρα.
• Το σύστημα παρείχε σταθερή ισχύ 143 Watts σε απόσταση 30 μέτρων, ενώ πέτυχε απόδοση 20,8% (DC-to-DC) σε σταθερό στόχο στα 100 μέτρα.
• Η τεχνολογία αναπτύσσεται με σκοπό την τροφοδοσία σμηνών drones, στρατοσφαιρικών οχημάτων και ραντάρ από τροχιακούς σταθμούς συλλογής ηλιακής ενέργειας.
• Παρά την υψηλή απόδοση λήψης της κεραίας (88%), η συνολική απώλεια ενέργειας και οι περιβαλλοντικές παρεμβολές (άνεμος, σκόνη) παραμένουν σημαντικά εμπόδια.

Η εξάρτηση των μη επανδρωμένων αεροσκαφών (UAVs) από τη χωρητικότητα των μπαταριών τους αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους περιορισμούς στην αεροναυπηγική βιομηχανία. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Xidian στην Κίνα, στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος "Sun Chasing", παρουσίασαν μια εναλλακτική προσέγγιση: την ασύρματη φόρτιση σμηνών drones εν πτήσει με τη χρήση μικροκυμάτων, ανοίγοντας τον δρόμο για τη μελλοντική τροφοδοσία τους απευθείας από τροχιακούς σταθμούς.

Σύμφωνα με τα επίσημα στοιχεία που δημοσίευσε το ειδησεογραφικό πρακτορείο Xinhua, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να μεταδώσει σταθερή ηλεκτρική ισχύ 143 Watts σε ένα fixed-wing drone, το οποίο εκτελούσε πτήση με ταχύτητα 30 χιλιομέτρων την ώρα. Η απόσταση μετάδοσης κατά τη διάρκεια της δυναμικής δοκιμής ανήλθε στα 30 μέτρα. Παράλληλα, σε δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν με σταθερούς στόχους σε απόσταση 100 μέτρων, το σύστημα πέτυχε απόδοση μετατροπής συνεχούς ρεύματος (DC-to-DC) της τάξης του 20,8%, παρουσιάζοντας βελτίωση σε σύγκριση με το 15,05% που είχε καταγραφεί το 2022.

Η αρχιτεκτονική του συστήματος βασίζεται στη χρήση μιας διάταξης κεραιών εκπομπής μικροκυμάτων υψηλής ισχύος. Οι κεραίες αυτές δημιουργούν έναν κατευθυντικό ηλεκτρομαγνητικό σύνδεσμο με το αεροσκάφος. Το drone φέρει στο κάτω μέρος του σκελετού του μια εξειδικευμένη διάταξη κεραιών λήψης, η οποία συλλέγει τη μικροκυματική ακτινοβολία και τη μετατρέπει άμεσα σε ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδοσία των κινητήρων και τη φόρτιση των ενσωματωμένων στοιχείων λιθίου. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η απόδοση της συγκεκριμένης κεραίας λήψης κατά τη συλλογή της ενέργειας φτάνει το 88%.

Η συγκεκριμένη δοκιμή αποτελεί μέρος ενός ευρύτερου στρατηγικού σχεδιασμού για τη δημιουργία διαστημικών σταθμών παραγωγής ηλιακής ενέργειας (Space-Based Solar Power Systems). Οι σταθμοί αυτοί, τοποθετημένοι σε γεωστατική τροχιά, θα συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια καθ' όλη τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου χωρίς τις παρεμβολές της γήινης ατμόσφαιρας ή των καιρικών φαινομένων. Στη συνέχεια, θα τη μετατρέπουν σε μικροκύματα ή ακτίνες λέιζερ, στέλνοντάς την είτε πίσω στη Γη για την ενίσχυση του ενεργειακού δικτύου, είτε απευθείας σε σμήνη drones και στρατοσφαιρικά οχήματα που εκτελούν αποστολές μακράς διάρκειας.

Αν και τα αποτελέσματα της επίγειας δοκιμής κρίνονται ικανοποιητικά για την επαλήθευση του πρωτοτύπου, η μετάβαση σε επιχειρησιακό επίπεδο παρουσιάζει σοβαρές τεχνικές προκλήσεις. Η απώλεια ενέργειας κατά τη διαδρομή του σήματος παραμένει υψηλή, καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό της εκπεμπόμενης μικροκυματικής ενέργειας διαχέεται στο περιβάλλον. Επιπλέον, η ακρίβεια της σκόπευσης επηρεάζεται σημαντικά από τις ατμοσφαιρικές αναταράξεις, τις ριπές ανέμου και τις μικρο-αλλαγές στην πορεία πτήσης του drone, γεγονός που προκαλεί διακυμάνσεις στην παρεχόμενη ισχύ.

Οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας εκτείνονται τόσο στον πολιτικό όσο και στον στρατιωτικό τομέα. Στις επίσημες αναφορές του πανεπιστημίου σημειώνεται ότι το σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την υποστήριξη επιχειρήσεων διάσωσης σε απομονωμένες περιοχές, τη συνεχή λειτουργία τηλεπικοινωνιακών κόμβων σε περιπτώσεις φυσικών καταστροφών, καθώς και για την αδιάλειπτη τροφοδοσία στρατιωτικών ραντάρ χαμηλού υψομέτρου και σμηνών αναγνωριστικών UAVs.

Παράλληλα με τις δοκιμές μικροκυμάτων, η ερευνητική κοινότητα της Κίνας αναζητά συμπληρωματικές λύσεις για την επέκταση της αυτονομίας των πτήσεων. Πρόσφατα, ερευνητές δημοσίευσαν στο περιοδικό Nature μια νέα αρχιτεκτονική για μπαταρίες λιθίου-θείου (Li-S), οι οποίες πέτυχαν ενεργειακή πυκνότητα 549 Wh/kg σε επίπεδο πρωτοτύπου, νούμερο σχεδόν διπλάσιο από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται στα εμπορικά drones. Ο συνδυασμός αυτών των δύο τεχνολογιών —μπαταριών υψηλής πυκνότητας και ασύρματης τροφοδοσίας εν πτήσει— αναμένεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο σχεδιασμού των μελλοντικών αερομεταφορών και των συστημάτων επιτήρησης.

Το επόμενο προγραμματισμένο βήμα για το πρόγραμμα "Sun Chasing" είναι η διεξαγωγή δοκιμών σε πραγματικές συνθήκες τροχιάς, προκειμένου να αξιολογηθεί η συμπεριφορά της δέσμης μικροκυμάτων κατά τη διέλευσή της από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και να μετρηθεί η ακριβής απόδοση λήψης σε μεγαλύτερες αποστάσεις.

*Μπορείτε πλέον να προσθέσετε το Techgear.gr ως Προτιμώμενη Πηγή ενημέρωσης για τις αναζητήσεις σας στο Google Search!