Τεχνολογία λέιζερ για μεγαλύτερη ενεργειακή αυτονομία των drones αλλά και των διαστημικών σκαφών.
Ρώσοι επιστήμονες προτείνουν ένα νέο τρόπο για να μένουν περισσότερο στον αέρα τα ηλεκτρικά μη επανδρωμένα οχήματα (UAVs): Με τη μεταφορά ενέργειας με ακτίνες λέιζερ. Η ίδια τεχνολογία σχεδιάζεται θα χρησιμοποιηθεί επίσης στο διάστημα για την επαναφόρτιση των δορυφόρων.
Τα blasters που εκτοξεύουν ριπές ακτινοβολίας, τα κανόνια και τα ξίφη λέιζερ, είναι όπλα που φαντάζουν συναρπαστικά όταν παρακολουθείς τις επικές μάχες των χολυγουντιανών ταινιών «Star Wars». Στην πραγματικότητα όμως, τα όπλα λέιζερ είναι εξαιρετικά αναποτελεσματικά. Ένας κοινός καθρέπτης μπορεί να παράσχει σχεδόν 100% προστασία απ’ αυτή την ακτινοβολία. Αλλά τα λέιζερ έχουν μεγάλη ζήτηση σε άλλους τομείς. Για παράδειγμα, στη μετάδοση των πληροφοριών που σήμερα είναι αδιανόητο να γίνεται χωρίς δίκτυα οπτικών ινών, τα οποία λειτουργούν αξιοποιώντας την τεχνολογία λέιζερ.
Ομάδα επιστημόνων από τη ρωσική διαστημική-πυραυλική εταιρεία, «Energia», βρήκε έναν ακόμα τρόπο χρήσης των λέιζερ. Οι επιστήμονες πρότειναν μια μέθοδο που θα επιτρέπει στα ηλεκτρικά μη επανδρωμένα οχήματα να «στέκονται» στον αέρα για όσο χρονικό διάστημα απαιτεί η αποστολή τους, με τη μεταφορά ενέργειας προς το drone που θα γίνεται με ακτίνα λέιζερ.
Μεταφορά ηλεκτρικού ρεύματος
Η αγορά των μη επανδρωμένων οχημάτων αναπτύσσεται ενεργά. Μόνο μέσα στο 2015, η αξία των drones που έχουν πωληθεί παγκοσμίως αποτιμάται σε 5 δισεκατομμύρια δολάρια. «Η τεχνολογία μας μπορεί να τους παράσχει ενέργεια για να εργάζονται στον αέρα όλο το εικοσιτετράωρο, χωρίς να χρειάζεται να επαναφορτίζονται στο έδαφος», λέει ένας από τους εμπνευστές του καινοτόμου έργου, ο μηχανικός της εταιρείας «Energia», Ιβάν Ματσάκ.
Ο Ματσάκ σημειώνει ότι μέχρι πρόσφατα η μεταφορά ενέργειας με τη χρήση λέιζερ δεν είχε νόημα. Ο συντελεστής απόδοσης των λέιζερ είναι αρκετά μικρός, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι επιπλέον απώλειες κατά τη μεταφορά και τη μετατροπή της ενέργειας. Ωστόσο, στη δεκαετία του 2000 η κατάσταση άρχισε να αλλάζει. Εμφανίστηκαν υπέρυθρα λέιζερ με απόδοση 40%-50% και φωτοβολταϊκές (Φ/Β) μονάδες υψηλής απόδοσης, ικανές να μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια το 40%, και σε ορισμένες περιπτώσεις, το 70% της ενέργειας της ακτινοβολίας.
Αυτές οι εξελίξεις στην τεχνολογία αιχμής, έδωσαν την ευκαιρία στους επιστήμονες να εξετάσουν στα σοβαρά τη δυνατότητα δημιουργίας γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας με λέιζερ. Ένα τέτοιο δίκτυο, σύμφωνα με τους επιστήμονες, θα πρέπει να αποτελείται από ένα αποτελεσματικό υπέρυθρο λέιζερ, συστήματα εστίασης και στόχευσης, φωτοδέκτη πάνω στο drone και μια εφεδρική μπαταρία, σε περίπτωση «μπλακ άουτ» στη γραμμή.
Το σύστημα πλοήγησης/καθοδήγησης ήδη υπάρχει. Όπως επίσης, υπάρχουν φωτοβολταϊκά πλαίσια υψηλής απόδοσης ισχύος, που αναπτύχθηκαν στο Φυσικο-Τεχνικό Ινστιτούτο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Ioffe Institute). Ο συντελεστής απόδοσης στη μεταφορά ενέργειας σε ένα τέτοιο σύστημα είναι περίπου 10%. Αυτό σημαίνει ότι με ισχύ 200 Watt, η παρεχόμενη ενέργεια στο σύστημα μπορεί να «κρατήσει» το UAV στον αέρα σε ύψος ενός χιλιομέτρου για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ενέργεια στο διάστημα
Οι ερευνητές αποφάσισαν να προχωρήσουν ένα ακόμα βήμα μπροστά και να χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία λέιζερ για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας στο διάστημα. Στο διαστημικό χώρο, το σύστημα θα είναι ακόμη πιο αποτελεσματικό, επειδή στο κενό δεν υπάρχουν εμπόδια που να απορροφούν την ακτινοβολία.
Τώρα, σχεδόν όλα τα διαστημικά σκάφη αντλούν την ενέργειά τους από ηλιακούς συλλέκτες, αλλά το τεράστιο μέγεθός τους δημιουργεί αρκετά προβλήματα. Για να μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο ανοικτό διάστημα, χρειάζονται πολύπλοκες και μεγάλες κατασκευές. Επίσης, είναι απαραίτητο ένα αξιόπιστο σύστημα καθοδήγησης-πλοήγησης, ώστε τα Φ/Β πάνελ να είναι συνεχώς προσανατολισμένα προς τον Ήλιο.
«Στο διάστημα, το σκάφος χρειάζεται πολλή ενέργεια, και απαιτούνται μεγάλες μπαταρίες. Ωστόσο, η απαιτούμενη ισχύς μπορεί να μεταδοθεί με λέιζερ σε δέκτες, που είναι μικρότεροι σε μέγεθος από τις ηλιακές μπαταρίες κατά δεκάδες έως και εκατοντάδες φορές», λέει ο Ματσάκ. Σύμφωνα με τον ίδιο, ο ενεργειακός ανεφοδιασμός με λέιζερ θα συμβάλει σημαντικά στην παράταση της ζωής των μικροδορυφόρων.
Ένα άλλο πρόβλημα, που μπορεί να λυθεί με τη βοήθεια των «γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας» με λέιζερ, είναι η απρόσκοπτη διενέργεια πειραμάτων στο διάστημα. Στην πραγματικότητα, στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ΔΔΣ) δεν υπάρχει «σταθερή» έλλειψη βαρύτητας. Το διαστημικό «οικοδόμημα» αισθάνεται τις δονήσεις, τις ταλαντώσεις και τις μικροεπιταχύνσεις από τις κινήσεις των διαφόρων μηχανισμών που διαθέτει, όπως είναι οι κινητήρες για την περιστροφή του σταθμού και τα ηλιακά πάνελ. Αυτή η ιδιόμορφη βαρυτική κατάσταση στο ΔΔΣ καθιστά αδύνατη την πραγματοποίηση αρκετών πειραμάτων, όπως για παράδειγμα η ανάπτυξη κρυστάλλων. Η μεταφορά ενέργειας με λέιζερ από εξωτερικές πηγές θα δημιουργήσει τις ιδανικές συνθήκες για τη διενέργεια τέτοιου είδους πειραμάτων σε αυτόνομες τεχνολογικές μονάδες του διαστημικού σταθμού.
Διαστημόπλοια που κινούνται με … λέιζερ
Με τη χρήση των λέιζερ, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορούν να «επαναφορτίσουν» και το σύστημα διαστημικών μεταφορών. Οι Ρώσοι ειδικοί εδώ και καιρό εργάζονται πάνω στην ιδέα των διατροχιακών ρυμουλκών, συσκευών που μεταφέρουν τους δορυφόρους σε υψηλότερες τροχιές.
Ο Ιβάν Ματσάκ και οι συνάδελφοί του έχουν επεξεργαστεί το σχέδιο του διαστημικού πειράματος «Πελεκάνος», σχετικά με τη μεταφορά ενέργειας από το ρωσικό τμήμα του ΔΔΣ στο φορτηγό διαστημικό σκάφος «Προγκρές». Προγραμματίζεται να διεξαχθεί μέσα στο 2017. Στην παρούσα φάση του έργου, οι επιστήμονες προετοιμάζουν το πρώτο «λέιζερ» πείραμα επί του γήϊνου εδάφους: Τη μεταφορά ενέργειας σε απόσταση ενός χιλιομέτρου.
