13.07.2012

Впервые БПЛА на лазерной подпитке продержался в воздухе 48 часов

Lockheed Martin и весьма креативный американский стартап LaserMotive использовали лазерный луч для подпитки в полёте БПЛА Stalker.

Дрон с батареей на полчаса полёта продержался воздухе более двух суток, увеличив свой предыдущий рекорд на 2 400%.

О том, какой проблемой является для БПЛА ограниченный запас энергии, можно не распространяться: теоретически дроны могут висеть в воздухе неделями и месяцами, а вот практически об этом не приходится и мечтать. ЭлектроБПЛА наиболее перспективны и в военной, и в гражданских областях в силу почти полной бесшумности и (в боевых действиях) непревзойдённой среди ЛА скрытности за счёт малых размеров (тактических дронов).

Но батареи часто весят половину электроБПЛА. А самое главное вот в чём: бензин по мере расходования в прямом смысле выбрасывается за пределы ЛА, а вот электроны в литиевых аккумуляторах практически ничего не весят, и литиевый груз приходится таскать с собой всё время.

Есть ли этому альтернатива? Lockheed Martin полагает, что да. Военно-промышленный монстр и молодая компания LaserMotive использовали активно разрабатываемую в последние три года дистанционную передачу энергии небольшим (сначала наземным) дронам посредством лазерного луча. Для этого применялся стандартный локхидмартиновский БПЛА Stalker Unmanned Aerial System, шестикилограммовый дрон (используемый с 2006 года силами спецназначения США), оснащённый фотоэлементами из тех, что стоят в концентрирующих гелиоэнергетических системах. Элемент такого рода может быть очень небольшим; разумеется, подбирались образцы с максимальным КПД. На него направляли луч лазера, который постоянно подпитывал небольшую (не более 120 минут полёта) литиевую батарею Stalker UAS дополнительной энергией.

Итог? 48 часов полёта, увеличение времени пребывания в воздухе разведывательного тактического БПЛА на 2 400% (в 24 раза). Двое суток полёта!

Итак, в то время как Lockheed Martin ошеломлена открывающимися перспективами по разведывательным и ударным дронам, LaserMotive, как вы имели удовольствие убедиться, вынашивает едва ли не наполеоновские планы. Конечной целью амбициозного стартапа является... космос. В самом деле, земная атмосфера позволяет подпитывать космические корабли прямо на околоземной орбите, позволяя им брать энергию для маневрирования и разгона не только от Солнца, но и от наземных источников. Даже межпланетные аппараты могут разгоняться не за счёт набортных источников, а при помощи неограниченной по интенсивности подпитке ионных двигателей с Земли, что открывает перспективы радикального увеличения возможностей АМС. Кроме того, околоземные спутники, неограниченные в источниках энергии для маневровых ионных двигателей, теперь смогут куда дольше противостоять потере высоты и сгоранию в атмосфере, задерживаясь на орбите столько, сколько выдержат их электроника и бортовая аппаратура.

Наконец, в своё время компания заявляла и о планах по питанию капсулы (теоретически возможного) космического лифта. Чтобы не создавать стартаперам ложный имидж несгибаемых учеников и последователей Манилова, сразу оговоримся: они уже участвуют в пресловутом НАСА-проекте Ride the Light, который предусматривает реализацию как минимум частичной подпитки космических аппаратов по лазерному лучу с Земли.

Ну а если мы вслед за гигантом аэрокосмической индустрии США Lockheed Martin сосредоточимся на ближайших перспективах, то сразу отметим, что у новой технологии пока есть проблемы. Первая: лазерный луч когерентен, нужна прямая видимость между дроном и наземной подпитывающей станцией. Разведать, что там, за горой, пока не получится. То есть LaserMotive предполагает, что в будущем низкоорбитальные спутники, оснащённые управляемыми зеркалами, смогут перенаправлять лазерное излучение с земной поверхности обратно к Земле, но уже в точке нахождения подпитываемого дрона, однако это явно не дело ближайших лет.

Пока подпитка на дистанциях более 10 км не удаётся даже в прямой видимости: нужны специальные лазеры с излучением, минимально поглощающимся атмосферой. Да и облака могут помешать. Точно так же сильный дождь или песчаная буря остановят непрерывное патрулирование БПЛА на лазерной подпитке: прозрачность снизится настолько, что когерентный пучок просто не будет доходить до «преследуемого» им дрона.

Другая проблема: приёмник энергии лазерного луча либо нуждается в специальном охлаждении, которое серьёзно утяжелит его, либо (такова ситуация сейчас) не может принять более 6 кВт/м². Да и КПД такой передачи пока около 20% (потери при излучении энергии лазером — около 40%, плюс потери в приёмнике), что ограничивает её использование в аэрокосмосе. Правда, DARPAразрабатывает сейчас диодный лазер, работающий на частоте 985 нм с КПД в 85%, что, по оценкам LaserMotive, доведёт эффективность лазерной передачи до 30–35%. И всё же до беспроводной передачи энергии, к примеру, электромобилям, как мы видим, пока бесконечно далеко. Слишком велики потери!

Но в любом случае это начало переворота во всей отрасли беспилотных летательных аппаратов, а в перспективе — и некоторых электропланов. И хотя подпитывать беспилотные квадрокоптеры таким методом уже удавалось, это было лишь в помещении.

Да и скорость квадрокоптеров невелика, что упрощало слежение лучом за их траекторией и обеспечение непрерывного энергоснабжения. Теперь же удалось проделать тот же трюк с БПЛА самолётного типа в аэродинамической трубе и в течение двух суток! Более того, прекратить испытания пришлось только потому, что был существенно превзойдён первоначально намеченный временной лимит (а не из-за каких-то технических проблем).

Похоже, о литиевых батареях как «гире, прикованной к ногам» тактических дронов, можно забыть. Наземная подпитывающая станция сможет дать достаточно энергии любому мелкому или среднему разведывательному/ударному дрону, причём лучу лазера вовсе не обязательно работать исключительно в видимом спектре (ночью это может демаскировать).

Иными словами, лазерное энергоснабжение может придать второе дыхание всей индустрии беспилотников, расширив её возможности не меньше, чем внедрение дизеля в своё время революционизировало работу железных дорог.

Александр Березин

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА