A POWER program tervei. Az első szakaszban a földi létesítmények közötti energiaátvitelt tesztelik, majd megkezdik a levegőkomponensek bevezetését
Az amerikai hadsereg, mint bármely más modern katonaság, kritikusan függ az áramellátástól. Helytől függően az egységek és részegységek a meglévő infrastruktúrából vagy saját mobil erőműveikből kapják a villamos energiát. Ez utóbbi esetben az üzemanyag-ellátás nehézségekkel és kockázatokkal járhat. Ebben a tekintetben az energiatermelés vagy -átvitel új elveinek keresése meglehetősen hosszú ideje folyik. Tehát a DARPA ügynökség jelenleg a POWER programot hajtja végre, amelynek során az energia lézersugár segítségével történő továbbításának lehetőségét vizsgálja.
Vezeték nélküli energia
2022 októberének elején a DARPA először jelentette be egy új energiakutatási program elindítását. A tanulmány neve Persistent Optical Wireless Energy Relay, vagy röviden POWER.
A POWER téma első nyílt említésének idejére az Ügynökség szakemberei általános koncepciót dolgoztak ki, és meghatározták a további munka területeit. Elfogadtak egy tervet is, amely több fejlesztési szakaszt tartalmaz.
Ahogy a név is sugallja, a program célja olyan technológiák felkutatása és fejlesztése, amelyek optikai eszközöket használnak az „levegőn keresztüli” energiaátvitelhez. Feltételezhető, hogy megfelelő fejlettségi szint mellett az ilyen eszközök képesek lesznek jelentős teljesítmények átvitelét biztosítani a szükséges tartományokba. A projekt kedvező fejlődésével a műszaki és üzemeltetési jellemzők kombinációját tekintve a POWER rendszernek felül kell múlnia a meglévő módszereket és eszközöket - szárazföldi távvezetékeket vagy dízel generátorokat tartálykocsikkal együtt.
Pilóta nélküli átjátszó lehetséges megjelenése
A kutatási program több szakaszra oszlik. Az első szakaszban megmutatják a fő probléma megoldásának alapvető lehetőségét, valamint megtalálják az optimális összetevőket és eszközöket. A következő két szakaszban ezeknek a technológiáknak a továbbfejlesztését és skálázását biztosítják a működő rendszer megvalósítását lehetővé tevő indikátorokhoz való hozzáféréssel.
Ismeretes, hogy a DARPA ügynökség egyik osztálya részt vesz a POWER programban. Azt, hogy más szervezetek, vállalkozások részt vettek-e benne, még nem részletezték. Ráadásul a kitűzött feladatok teljes összetettsége miatt az Ügynökség még csak hozzávetőleges időpontot sem tud adni a munka befejezésére és a kész rendszer esetleges üzembe helyezésére.
Technikai szempontok
A POWER program több komponensen alapuló erőátviteli rendszer kidolgozását javasolja. Egy ilyen rendszer felépítésének tartalmaznia kell egy adó- és vevőállomást, valamint szükség esetén a közbenső átjátszókat. Az ügyfél konkrét igényeitől függően a rendszerelemeknek eltérő kialakításúnak és jellemzőkkel kell rendelkezniük.
Az adóállomást az áramforrás vagy a kapcsolódó infrastruktúra közelében kell elhelyezni. Egy ilyen állomás fő eleme egy kellő sugárzási teljesítménnyel és hosszú távú folyamatos működés lehetőségével rendelkező lézer. Az állomásnak a hálózatból / a generátorból származó villamos energiát lézersugárrá kell alakítania. Megfelelő optika segítségével a nyalábot javasolt a vevő felé irányítani.
A vevőállomásnak pedig napelemeivel kell felfognia a lézersugarat, és a fényenergiát elektromos energiává kell alakítania. Továbbá a villamos energia elosztható a fogyasztók között.
Az adó- és vevőállomásokból álló rendszer csak látótávolságon belül működhet. Az energia nagy távolságra történő továbbításához köztes átjátszók beépítése javasolt a rendszerbe. Ez valamiféle rendszer lesz, amely képes lézersugarat fogadni és tovább továbbítani - egy elektromos rendszeren keresztüli visszaverődés vagy átalakítás miatt.
Így a POWER rendszer létrehozásakor a DARPA szakembereinek és a kapcsolódó szervezeteknek számos, különböző összetettségű mérnöki problémát kell megoldaniuk. Például egy nagy teljesítményű lézersugárzó létrehozása precíz sugárvezetéssel nagyon is valós feladat. Számos hasonló katonai rendszert hoztak létre az Egyesült Államokban, és a megszerzett tapasztalatok segítenek az új projektben. A vevőállomás is meglehetősen egyszerű.
A legnagyobb nehézségek az átjátszók és platformok létrehozása során várhatók. Ezeket pilóta nélküli, huzamosabb ideig egy helyben maradásra képes, energiaátadást biztosító légi járművek alapján lehet végrehajtani. Lehetséges, hogy teljesen új UAV-kat kell kifejleszteni a kívánt jellemzőkkel és képességekkel.
Külön feladat a nyalábot a következő átjátszóra vagy a vevőállomásra irányító tényleges eszköz kifejlesztése. Ehhez a jövőben tükrös optikai rendszereket és lencséket kívánnak alkalmazni, amelyek képesek a sugarat irányítani, és emellett fókuszálni. Ideiglenes megoldásként napelemes és lézeres rendszer alkalmazható.
Az amerikai katonai személyzet kompakt generátort indít
Az átvitel módjától függetlenül a rendszernek pontos útmutatásra van szüksége minden eszközzel, legyen az elsődleges és a közbenső. Ha az adás bármely szakaszában kihagyás történik, a vevőállomás elveszíti a sugarat, és áram nélkül hagyja a fogyasztókat.
A POWER rendszer tesztelése és fejlesztése három szakaszban történik, amint új komponensek és eszközök állnak rendelkezésre. Így a kísérletek a földi állomások közötti villamos energia átvitelével kezdődnek, korlátozott távolságban. Ezután új UAV-kat vonnak be a tesztekbe. Valószínűleg ebben a szakaszban a sugár köztes átalakítását elektromos árammá és fordítva alkalmazzák.
Végül a harmadik szakaszban megkezdődik a teljes rendszer tesztelése. Az adótól a vevőállomásig a lézersugár áthalad a közbenső UAV-k optikai rendszerein. Természetesen, ha lehetséges ilyen eszközöket létrehozni a szükséges teljesítményszinttel.
Hátrányok és előnyök
A DARPA tisztában van azzal, hogy a POWER koncepciónak számos hiányossága van, amelyek megnehezítik egy teljes értékű projekt kidolgozását, valamint korlátozzák a kész rendszer működését. Ennek ellenére a tervek szerint folytatják a munkát, és lehetőség szerint csökkentik a negatív tényezők hatását.
Először is, a problémák forrása maga a lézersugár. Ahogy áthalad a légkörön, elveszíti erejét. Ráadásul a légköri és időjárási jelenségek akár meg is akadályozhatják. Ennek következtében az ilyen átvitel megbízhatósága és hatékonysága alacsony lesz. A lézerátviteli rendszer összetételétől függetlenül nem használható nagy távolságra.
Napelemek az amerikai hadsereg egyik bázisán
A precíz sugárvezető rendszerek nemcsak a rendszer teljesítménye szempontjából fontosak, hanem a biztonságát is befolyásolják. A POWER részeként a harci rendszerekben használtakhoz hasonló nagy teljesítményű lézereket kell használni. Ennek megfelelően a sugár irányításakor elkövetett kihagyás veszélyt jelent. A sugár károsítja a relé drónt, vagy károsítja a földelt tárgyakat.
A POWER rendszer még az összes műszaki probléma sikeres megoldása és a várható problémák megszüntetése esetén is bonyolult és költséges lesz. Az energiaátvitel költsége is túl magas lesz, ami nem teszi lehetővé annak tömeges kiépítését és felhasználását. Minimálisan a teljes és az egységköltség tekintetében sokkal előnyösebb lenne a dízelgenerátorok és a tartálykocsik megtartása.
Kétes vállalkozás
Így a DARPA ügynökség egy érdekes, de kétes koncepció tudományos és gyakorlati tanulmányozásába kezdett. A POWER program technikailag érdekes, és fontos és izgalmas új technológiák létrehozását segíti elő. A munka sikeres befejezése és a működőképes erőátviteli rendszer kialakítása azonban nem garantált.
Valószínű, hogy a POWER program egy kutatási és fejlesztési szakaszon megy keresztül, és egészen az egyes alkatrészek teszteléséig is eljut. További fejlődése azonban kérdéses. Egy ilyen rendszer műszaki, gazdasági és működési jellemzőinek várható aránya rendkívül alacsony. Lehet, hogy a Pentagon egyszerűen nem érdeklődik a program eredményei iránt, és nem hagyja jóvá a további munkát.