Energía por láser: proyecto de fuente de alimentación para helicóptero por ingenieros chinos
UAV experimentado con un panel solar
Los vehículos aéreos no tripulados de tipo helicóptero tienen una serie de ventajas características, por lo que se han generalizado. Al mismo tiempo, también hay desventajas, la principal de las cuales es la duración y el rango de vuelo limitados. Se proponen varios métodos para aumentar estos parámetros, y especialistas de la Universidad Politécnica del Noroeste de China presentaron otro desarrollo interesante de este tipo.
Dron y láser
Varias publicaciones chinas escribieron sobre el nuevo desarrollo de los científicos chinos a principios de enero. Según se informa, el autor del proyecto es el profesor Li Xuelong y sus colegas en SZPU. Recientemente diseñaron y desarrollaron un concepto original zumbido para un vuelo largo. Estas ideas fueron luego probadas con técnicas experimentales.
La idea principal del proyecto es una reestructuración radical del sistema de energía UAV. Un cuadricóptero eléctrico convencional equipado con una batería debe devolverse y aterrizarse para recargar o reemplazar la batería. Li Xuelong y sus colegas proponen mantener la batería a bordo del dron, así como equiparlo con un panel solar de baja masa. Al mismo tiempo, se está introduciendo en el complejo la parte de tierra, que incluye las unidades encargadas de generar electricidad. Además, se han desarrollado medios para transmitir energía al UAV.
Cabe señalar que, hasta ahora, los láseres de alta potencia solo se utilizan para combatir drones. Sin embargo, el proyecto de SZPU propone utilizar un rayo láser para transferir energía desde la parte terrestre del complejo al UAV. La automatización del complejo debe monitorear el dron y dirigir el haz exactamente a su panel solar, asegurando un suministro de energía constante y recargando la batería.
Los especialistas de SZPU han desarrollado todos los componentes del complejo, incluido un software especial responsable de rastrear el UAV y apuntar el láser. Con la ayuda de estos productos, ya se han realizado varias pruebas en diferentes condiciones. El dron funcionaba y volaba tanto en interiores como en exteriores día y noche. La duración máxima del vuelo alcanzó las 24 horas.
Instalaciones en tierra para realizar pruebas en diferentes momentos del día.
Cabe señalar que ya se han desarrollado en el extranjero sistemas para la transferencia de energía láser a vehículos aéreos no tripulados. Sin embargo, entonces se utilizaron drones tipo avión, y los proyectos no pasaron de cálculos o experimentos en un túnel de viento y en el aire.
Elementos del complejo
Según los datos publicados, un complejo experimental no tripulado de SZPU incluye varios activos fijos. Este es un sistema de generación y transmisión de energía basado en tierra, una consola de operador y el propio dron. Se conocen los principios generales de funcionamiento, pero no se informan los detalles. Las características principales del complejo tampoco se revelan, tanto para la protección contra copias como para evitar el uso de tecnología con fines militares.
En los experimentos se utiliza un cuadricóptero de pequeño tamaño con motores eléctricos. Probablemente, tomaron un UAV listo para usar disponible en el mercado para experimentos. Como sugiere el proyecto, además de la batería, recibió un panel solar y dispositivos relacionados. El dispositivo cuadrado está suspendido debajo del cuerpo.
Aparentemente, la electrónica del UAV no ha cambiado, así como la consola del operador. Desde el prototipo, solo se requiere la capacidad de seguir las instrucciones del operador o volar y colgar de forma independiente. Sin embargo, se podrían agregar nuevas funciones relacionadas con la interacción con el sistema de suministro de energía.
De mayor interés son las instalaciones de tierra del complejo. Incluyen un sistema de suministro de energía, desde la red eléctrica o desde un generador. También hay una estación óptico-electrónica con cámaras y un láser de la potencia requerida. El funcionamiento de las instalaciones terrestres está controlado por un sistema digital autónomo con un software especial.
Se informa que el IES del complejo es capaz de tomar el UAV como escolta y rastrear todos sus movimientos dentro de la zona de visibilidad. La computadora es responsable del seguimiento; el operador puede concentrarse en la tarea principal. Cuando es necesario recargar la batería, el sistema de control dirige automáticamente el rayo láser al panel solar y lo retiene.
UAV en el aire
El sistema de control determina el alcance del dron y monitorea otros factores. Al tenerlos en cuenta, la automatización cambia la potencia y el enfoque del haz. Debido a esto, se asegura un suministro constante de la misma potencia, independientemente de la posición mutua del UAV y el ECO, las condiciones externas, etc. Cuando se detecta un obstáculo en la trayectoria del haz, la potencia se reduce a un valor seguro.
Beneficios deseados
Los principios de funcionamiento de dicho complejo son bastante simples. Después de la carga "normal", el UAV puede despegar y realizar las tareas asignadas. Una vez agotada la mayor parte de la carga de la batería, el dron debe volver a la zona de carga, donde el ECO lo encontrará y comenzará a “destacarlo” con un láser. Habiendo recibido energía y recargando la batería, el UAV podrá seguir trabajando en el aire. Dicho ciclo puede repetirse varias veces seguidas, según las características de la misión y las necesidades del momento.
Un complejo con tales capacidades tiene ventajas obvias. En primer lugar, este es un fuerte aumento en la posible duración del vuelo y la capacidad de prescindir de los aterrizajes. El dron no tiene que volver al suelo para recargar o cambiar la batería. En algunas situaciones, podrá cargar desde el láser sin siquiera abandonar el área de trabajo y continuar trabajando.
Un complejo no tripulado con tales capacidades debería realizar las tareas de vigilancia y reconocimiento a largo plazo. Al mismo tiempo, el UAV podrá operar a cierta distancia de las instalaciones terrestres, lo que le permitirá regresar a tiempo para recargarse. Los desarrolladores asumen que el complejo será útil para monitorear diversas situaciones, durante operaciones de búsqueda y rescate, etc.
En el futuro, no se excluye la creación de grandes UAV con fuente de alimentación láser. En base a ellos, se puede construir una red de transporte aéreo de tamaño completo. Sin embargo, un dron grande requerirá una infraestructura terrestre adecuada.
Cabe señalar que el sistema de suministro de energía SZPU propuesto no está exento de inconvenientes que dificultan el desarrollo y la implementación, y también imponen restricciones en la operación. Algunas de las dificultades se abordaron en la etapa de desarrollo y se pueden esperar nuevos éxitos. Sin embargo, deshacerse de todos los problemas aún no está garantizado.
El trabajo de fuente de alimentación láser en la representación del artista.
Casi todas las dificultades están relacionadas con el principio elegido de transferencia de energía. Requiere seguimiento preciso de UAV y guía láser, lo que requiere sistemas de hardware y software bastante complejos. Además, el rayo láser no es muy eficiente y esta cifra puede reducirse aún más debido a factores externos.
También se debe tener en cuenta que se necesita la potencia de haz adecuada para cargar rápidamente la batería. Con un manejo descuidado, el OES basado en tierra en realidad se detiene en un complejo de láser de combate y puede causar daños a los objetos circundantes o incluso al propio dron. Así, un láser puede dañar irreversiblemente la óptica de un avión de reconocimiento.
Los desarrolladores del proyecto de SZPU afirman que lograron crear equipos de control con las funciones necesarias. Un UAV experimentado en diferentes condiciones voló alrededor de las instalaciones terrestres y subió a una altura de decenas de metros. Se informa que en todos los casos se transmitió suficiente energía y el medio ambiente no recibió ningún daño.
Hasta ahora, estamos hablando solo de un UAV de tamaño pequeño, y en esta escala, el complejo se ha mostrado bien. En el futuro, está previsto desarrollar el proyecto y aumentar el dron, así como aumentar la potencia del láser. Aún no está claro si el sistema desarrollado es escalable o si este proceso puede conducir a problemas irresolubles. Pero los primeros experimentos dan motivos para el optimismo.
Basado en nuevos principios
La gran mayoría de los UAV modernos tipo helicóptero vuelan con baterías. Si es necesario aumentar el alcance, se utiliza el principio de vuelo atado: se tira de un cable detrás del dron, a través del cual se suministra electricidad desde el suelo. La duración de dicho vuelo está limitada solo por la fuente de alimentación, pero el helicóptero atado no puede volar libremente.
El nuevo proyecto chino implementa otra forma de aumentar la duración del vuelo, a través de un principio especial de transferencia de energía. La operatividad del concepto ya se está probando utilizando un UAV experimentado y otros equipos. Si los especialistas de SZPU podrán resolver todas las tareas de la etapa actual y pasar a la siguiente, el tiempo lo dirá.
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