Electricidad de un rayo láser: Programa de investigación DARPA POWER
Planes para el programa POWER. En una primera etapa probarán la transferencia de energía entre instalaciones terrestres y luego comenzarán a introducir componentes aéreos
El ejército de los EE. UU., como cualquier otro ejército moderno, depende críticamente del suministro de electricidad. Dependiendo de la ubicación, las unidades y subdivisiones reciben electricidad de la infraestructura existente o de sus propias centrales eléctricas móviles. En este último caso, el suministro de combustible puede estar asociado a dificultades y riesgos. En este sentido, la búsqueda de nuevos principios de generación o transmisión de energía ha estado en marcha durante bastante tiempo. Entonces, la agencia DARPA ahora está llevando a cabo el programa POWER, durante el cual está estudiando la posibilidad de transmitir energía usando un rayo láser.
Energía inalámbrica
A principios de octubre de 2022, DARPA anunció por primera vez el lanzamiento de un nuevo programa de investigación energética. El estudio se denominó Relé de energía inalámbrico óptico persistente, o POWER para abreviar.
En el momento de la primera mención abierta del tema POWER, los especialistas de la Agencia habían elaborado un concepto general e identificado áreas para seguir trabajando. También adoptaron un plan que prevé varias etapas de desarrollo.
Como su nombre lo indica, el objetivo del programa es encontrar y desarrollar tecnologías para la transmisión de energía "por el aire" utilizando medios ópticos. Se supone que con el nivel adecuado de desarrollo, dichos dispositivos podrán garantizar la transmisión de potencias significativas a los rangos requeridos. Con un desarrollo favorable del proyecto, en términos de la combinación de características técnicas y operativas, el sistema POWER debería superar los métodos y medios existentes: líneas eléctricas terrestres o generadores diesel en conjunto con camiones cisterna.
Posible aparición de un repetidor no tripulado
El programa de investigación se divide en varias etapas. En la primera etapa, mostrarán la posibilidad fundamental de resolver el problema principal, así como encontrar los componentes y medios óptimos. Las próximas dos etapas prevén un mayor desarrollo y escalamiento de estas tecnologías con acceso a indicadores que permitan la implementación del sistema en operación.
Se sabe que uno de los departamentos de la agencia DARPA está involucrado en el programa POWER. Aún no se ha especificado si otras organizaciones y empresas participaron en él. Además, debido a la total complejidad de las tareas establecidas, la Agencia ni siquiera puede dar una fecha aproximada para la finalización del trabajo y el posible inicio de operación del sistema terminado.
Aspectos tecnicos
El programa POWER propone el desarrollo de un sistema de transmisión de energía basado en varios componentes. Tal sistema debe incluir una estación transmisora y receptora, así como, si es necesario, repetidores intermedios. Dependiendo de las necesidades específicas del cliente, los componentes del sistema deben tener diferentes diseños y características.
Se propone que la estación transmisora se ubique cerca de la fuente de energía o la infraestructura relacionada. El elemento principal de dicha estación es un láser con suficiente potencia de radiación y la posibilidad de un funcionamiento continuo a largo plazo. La estación debe convertir la electricidad de la red / del generador en un rayo láser. Con la ayuda de una óptica adecuada, se propone que el haz se dirija hacia el receptor.
La estación receptora, a su vez, debe captar el rayo láser con sus paneles solares y convertir la energía lumínica en energía eléctrica. Además, la electricidad se puede distribuir entre los consumidores.
Un sistema de estaciones transmisoras y receptoras solo puede operar dentro de la línea de visión. Para transmitir energía a largas distancias, se propone incluir repetidores intermedios en el sistema. Será algún tipo de sistema capaz de recibir un rayo láser y transmitirlo más, debido a la reflexión o conversión a través de un sistema eléctrico.
Por lo tanto, al crear un sistema POWER, los especialistas de DARPA y las organizaciones relacionadas deberán resolver varios problemas de ingeniería de diversa complejidad. Por ejemplo, la creación de un emisor láser de alta potencia con una guía de haz precisa es una tarea muy real. Se han creado varios sistemas militares similares en los Estados Unidos, y la experiencia adquirida ayudará en el nuevo proyecto. La estación receptora también es bastante simple.
Se esperan las mayores dificultades al crear repetidores, así como plataformas para ellos. Se pueden realizar sobre la base de vehículos aéreos no tripulados capaces de permanecer en un lugar durante mucho tiempo y proporcionar transferencia de energía. Puede ser necesario desarrollar UAV completamente nuevos con las características y capacidades deseadas.
Una tarea separada es desarrollar el dispositivo real para redirigir el haz al siguiente repetidor oa la estación receptora. Para ello, en un futuro quieren utilizar sistemas ópticos con espejos y lentes capaces de dirigir el haz y además enfocarlo. Como solución temporal se puede utilizar un sistema con panel solar y láser.
El personal militar estadounidense inicia un generador compacto.
Independientemente del modo de transmisión, el sistema necesita una guía precisa en todos los medios, primarios e intermedios. Si hay una falla en cualquier etapa de la transmisión, la estación receptora perderá el haz y dejará a los consumidores sin electricidad.
Las pruebas y el desarrollo del sistema POWER se realizarán en tres etapas, a medida que se disponga de nuevos componentes y dispositivos. Así, los experimentos comenzarán con la transmisión de electricidad entre estaciones terrestres a una distancia limitada. Luego, los nuevos UAV participarán en las pruebas. Probablemente, en esta etapa, se utilizará una conversión intermedia del haz a electricidad y viceversa.
Finalmente, en la tercera etapa, comenzarán las pruebas del sistema completo. Desde la estación transmisora hasta la receptora, el rayo láser atravesará los sistemas ópticos de los vehículos aéreos no tripulados intermedios. Por supuesto, si es posible crear dichos dispositivos con el nivel de rendimiento requerido.
Desventajas y ventajas
DARPA entiende que el concepto POWER tiene una serie de deficiencias que dificultarán el desarrollo de un proyecto completo, además de imponer restricciones en la operación del sistema terminado. Sin embargo, se planea continuar el trabajo y, si es posible, reducir el impacto de los factores negativos.
En primer lugar, la fuente de problemas es el propio rayo láser. A medida que atraviesa la atmósfera, pierde potencia. Además, los fenómenos atmosféricos y meteorológicos pueden incluso bloquearlo. Como consecuencia, la fiabilidad y la eficiencia de dicha transmisión serán bajas. Un sistema de transmisión láser, independientemente de su composición, no se puede utilizar en largas distancias.
Paneles solares en una de las bases del ejército de EE. UU.
Los sistemas de guía de haz precisos son importantes no solo para el rendimiento del sistema, sino que también afectan su seguridad. Como parte de POWER, se deben usar láseres de alta potencia similares a los que se usan en los sistemas de combate. En consecuencia, un fallo al apuntar el haz es una amenaza. El haz dañará el dron de retransmisión o causará daños a los objetos de tierra.
Incluso con la resolución exitosa de todos los problemas técnicos y la eliminación de los problemas esperados, el sistema POWER será complejo y costoso. El coste de la transmisión de energía también estará en un nivel excesivamente alto, lo que no permitirá su despliegue y uso masivo. Como mínimo, en términos de costo total y unitario, sería mucho más beneficioso mantener generadores diesel y camiones cisterna.
empresa dudosa
Así, la agencia DARPA inició el estudio científico y práctico de un concepto interesante pero dudoso. El programa POWER es de interés técnico y ayudará a crear nuevas tecnologías importantes y emocionantes. Sin embargo, no se garantiza la finalización exitosa del trabajo y la creación de un sistema de transmisión de energía viable.
Es probable que el programa POWER pase por una fase de investigación y desarrollo e incluso llegue a probar componentes individuales. Sin embargo, su desarrollo posterior es cuestionable. La proporción esperada de características técnicas, económicas y operativas de dicho sistema se encuentra en un nivel extremadamente bajo. Es posible que el Pentágono simplemente no esté interesado en los resultados del programa y no apruebe más trabajo.
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