الكهرباء من شعاع الليزر: برنامج أبحاث DARPA POWER
خطط برنامج POWER. في المرحلة الأولى ، سيختبرون نقل الطاقة بين المنشآت الأرضية ، وبعد ذلك سيبدأون في إدخال مكونات الهواء
يعتمد الجيش الأمريكي ، مثل أي جيش حديث آخر ، بشكل حاسم على إمدادات الكهرباء. اعتمادًا على الموقع ، تتلقى الوحدات والأقسام الفرعية الكهرباء من البنية التحتية الحالية أو من محطات الطاقة المتنقلة الخاصة بها. في الحالة الأخيرة ، يمكن أن يرتبط توريد الوقود بالصعوبات والمخاطر. في هذا الصدد ، كان البحث عن مبادئ جديدة لتوليد الطاقة أو نقلها جاريًا لفترة طويلة جدًا. لذلك ، تقوم وكالة DARPA الآن بتنفيذ برنامج POWER ، والذي تدرس خلاله إمكانية نقل الطاقة باستخدام شعاع الليزر.
الطاقة اللاسلكية
في أوائل أكتوبر 2022 ، أعلنت داربا لأول مرة عن إطلاق برنامج جديد لأبحاث الطاقة. أُطلق على الدراسة اسم Persistent Optical Wireless Energy Relay أو POWER للاختصار.
بحلول وقت أول ذكر مفتوح لموضوع الطاقة ، كان اختصاصيو الوكالة قد وضعوا مفهومًا عامًا وحددوا المجالات لمزيد من العمل. كما تبنوا خطة تنص على عدة مراحل من التطوير.
كما يوحي الاسم ، فإن هدف البرنامج هو إيجاد وتطوير تقنيات لنقل الطاقة "عبر الهواء" باستخدام الوسائل البصرية. من المفترض أنه مع المستوى المناسب للتطوير ، ستكون هذه الأجهزة قادرة على ضمان نقل الصلاحيات الكبيرة إلى النطاقات المطلوبة. مع التطور الملائم للمشروع ، من حيث الجمع بين الخصائص التقنية والتشغيلية ، يجب أن يتجاوز نظام POWER الأساليب والوسائل الحالية - خطوط الكهرباء الأرضية أو مولدات الديزل جنبًا إلى جنب مع شاحنات الصهريج.
ظهور محتمل لمكرر غير مأهول
ينقسم برنامج البحث إلى عدة مراحل. في المرحلة الأولى ، سيظهرون الإمكانية الأساسية لحل المشكلة الرئيسية ، وكذلك إيجاد المكونات والوسائل المثلى. توفر المرحلتان التاليتان مزيدًا من التطوير وتوسيع نطاق هذه التقنيات مع الوصول إلى المؤشرات التي تسمح بتنفيذ النظام قيد التشغيل.
من المعروف أن إحدى إدارات وكالة DARPA تعمل في برنامج POWER. لم يتم تحديد ما إذا كانت المنظمات والمؤسسات الأخرى قد شاركت فيها. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للتعقيد الكلي للمهام المحددة ، لا يمكن للوكالة حتى إعطاء تاريخ تقريبي لإكمال العمل والبدء المحتمل لتشغيل النظام النهائي.
الجوانب الفنية
يقترح برنامج POWER تطوير نظام لنقل الطاقة يعتمد على عدة مكونات. وينبغي أن يشتمل هذا النظام على محطة إرسال واستقبال ، وكذلك مكررات وسيطة إذا لزم الأمر. اعتمادًا على الاحتياجات المحددة للعميل ، يجب أن يكون لمكونات النظام تصميمات وخصائص مختلفة.
يُقترح أن تكون محطة الإرسال موجودة بالقرب من مصدر الطاقة أو البنية التحتية ذات الصلة. العنصر الرئيسي لهذه المحطة هو الليزر مع طاقة إشعاعية كافية وإمكانية التشغيل المستمر على المدى الطويل. يجب أن تقوم المحطة بتحويل الكهرباء من الشبكة / من المولد إلى شعاع ليزر. بمساعدة البصريات المناسبة ، يُقترح توجيه الحزمة نحو المستقبل.
يجب أن تلتقط محطة الاستقبال بدورها شعاع الليزر بألواحها الشمسية وتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. علاوة على ذلك ، يمكن توزيع الكهرباء بين المستهلكين.
لا يمكن أن يعمل نظام محطات الإرسال والاستقبال إلا ضمن خط البصر. لنقل الطاقة لمسافات طويلة ، يُقترح تضمين مكررات وسيطة في النظام. سيكون نوعًا من النظام قادرًا على استقبال شعاع الليزر وإرساله بشكل أكبر - بسبب الانعكاس أو التحويل من خلال نظام كهربائي.
وبالتالي ، عند إنشاء نظام POWER ، سيتعين على متخصصي DARPA والمنظمات ذات الصلة حل العديد من المشكلات الهندسية ذات التعقيد المتفاوت. على سبيل المثال ، يعد إنشاء باعث ليزر عالي الطاقة مع توجيه شعاع دقيق مهمة حقيقية للغاية. تم إنشاء عدد من الأنظمة العسكرية المماثلة في الولايات المتحدة ، وستساعد الخبرة المكتسبة في المشروع الجديد. محطة الاستقبال بسيطة للغاية أيضًا.
من المتوقع حدوث أكبر الصعوبات عند إنشاء أجهزة إعادة إرسال ومنصات لهم. يمكن إجراؤها على أساس مركبات جوية بدون طيار قادرة على البقاء في مكان واحد لفترة طويلة وتوفير نقل الطاقة. قد يكون من الضروري تطوير طائرات بدون طيار جديدة تمامًا بالخصائص والإمكانيات المطلوبة.
تتمثل المهمة المنفصلة في تطوير الجهاز الفعلي لإعادة توجيه الحزمة إلى المكرر التالي أو إلى محطة الاستقبال. لهذا ، في المستقبل ، يريدون استخدام أنظمة بصرية مع مرايا وعدسات قادرة على توجيه الحزمة وتركيزها بشكل إضافي. كحل مؤقت ، يمكن استخدام نظام به لوحة شمسية وليزر.
أفراد عسكريون أمريكيون يبدأون مولدًا مضغوطًا
بغض النظر عن طريقة الإرسال ، يحتاج النظام إلى توجيه دقيق لجميع الوسائل ، الأولية والمتوسطة. إذا حدث خطأ في أي مرحلة من مراحل الإرسال ، فستفقد محطة الاستقبال الحزمة وتترك المستهلكين بدون كهرباء.
سيتم إجراء اختبار وتطوير نظام POWER على ثلاث مراحل ، مع توفر مكونات وأجهزة جديدة. وهكذا ، ستبدأ التجارب بنقل الكهرباء بين المحطات الأرضية على مسافة محدودة. ثم ستشارك طائرات بدون طيار جديدة في الاختبارات. ربما ، في هذه المرحلة ، سيتم استخدام تحويل وسيط للحزمة إلى كهرباء والعكس صحيح.
أخيرًا ، في المرحلة الثالثة ، سيبدأ اختبار النظام الكامل. من الإرسال إلى محطة الاستقبال ، سيمر شعاع الليزر عبر الأنظمة البصرية على الطائرات بدون طيار الوسيطة. بالطبع ، إذا كان من الممكن إنشاء مثل هذه الأجهزة بمستوى الأداء المطلوب.
العيوب والمزايا
تدرك DARPA أن مفهوم POWER به عدد من أوجه القصور التي ستجعل من الصعب تطوير مشروع كامل ، فضلاً عن فرض قيود على تشغيل النظام النهائي. ومع ذلك ، فمن المخطط مواصلة العمل وتقليل تأثير العوامل السلبية إن أمكن.
بادئ ذي بدء ، مصدر المشاكل هو شعاع الليزر نفسه. عندما يمر عبر الغلاف الجوي ، فإنه يفقد قوته. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لظواهر الغلاف الجوي والطقس أن تمنعه. نتيجة لذلك ، ستكون موثوقية وكفاءة هذا النقل منخفضة. لا يمكن استخدام نظام نقل الليزر ، بغض النظر عن تركيبته ، لمسافات طويلة.
الألواح الشمسية في إحدى قواعد الجيش الأمريكي
تعد أنظمة توجيه الحزمة الدقيقة مهمة ليس فقط لأداء النظام ، ولكن أيضًا تؤثر على سلامته. كجزء من POWER ، يجب استخدام أشعة ليزر عالية الطاقة مماثلة لتلك المستخدمة في أنظمة القتال. وفقًا لذلك ، فإن الخطأ عند توجيه الحزمة يمثل تهديدًا. سوف تتسبب الحزمة في إتلاف الطائرة بدون طيار أو التسبب في تلف الأجسام الأرضية.
حتى مع الحل الناجح لجميع المشاكل التقنية والتخلص من المشاكل المتوقعة ، سيكون نظام الطاقة معقدًا ومكلفًا. ستكون تكلفة نقل الطاقة أيضًا على مستوى مرتفع للغاية ، مما لن يسمح بنشرها واستخدامها على نطاق واسع. كحد أدنى ، من حيث التكلفة الإجمالية والوحدة ، فإن الاحتفاظ بمولدات الديزل والشاحنات الصهريجية سيكون أكثر فائدة.
تعهد مشكوك فيه
وهكذا ، بدأت وكالة DARPA الدراسة العلمية والعملية لمفهوم مثير للاهتمام ولكنه مشكوك فيه. برنامج POWER ذو أهمية فنية وسيساعد في إنشاء تقنيات جديدة مهمة ومثيرة. ومع ذلك ، فإن إكمال العمل بنجاح وإنشاء نظام نقل طاقة عملي غير مضمون.
من المحتمل أن يمر برنامج POWER بمرحلة بحث وتطوير وحتى يصل إلى اختبار المكونات الفردية. ومع ذلك ، فإن مواصلة تطويره أمر مشكوك فيه. النسبة المتوقعة من الميزات التقنية والاقتصادية والتشغيلية لمثل هذا النظام عند مستوى منخفض للغاية. قد لا يكون البنتاغون مهتمًا بنتائج البرنامج ولا يوافق على المزيد من العمل.
معلومات