Подпитка на лету: лазерный луч зарядит квадрокоптер
Российская компания предложила метод зарядки беспилотных летательных аппаратов на основе преобразования энергии лазерного луча в электрическую. Основные компоненты системы — источник излучения, приемник-преобразователь и система наведения. Технология обеспечивает возможность непрерывной дистанционной зарядки дрона на расстоянии до полутора километров. Однако в дождь, снег и сильный туман луч рассеивается и слабнет и до приемника на дроне может не дойти. При сильных ветрах эффективность зарядки также снижается.
Область применения гражданских беспилотных летательных аппаратов расширяется с каждым годом. Дроны стали незаменимыми помощниками для геологов, пожарных, кинематографистов, виноделов и пастухов. Но пока эти аппараты имеют значимый недостаток — небольшое время полета. Около половины современных устройств держатся в воздухе менее тридцати минут, а затем требуют подзарядки. И хотя некоторые модели способны летать около часа, для большинства задач непрерывного мониторинга требуется гораздо больше времени.
Инженеры из российской компании «Оптоэнерготрейд» применили технологию беспроводной зарядки с помощью лазерного луча, который попадает на прикрепленный к дрону фотоприемник. Там лазерное излучение преобразуется в электричество, питающее коптер. Расстояние, с которого фотоприемник получает и имеет возможность эффективно преобразовать лазерное излучение, составляет до полутора километров.
— Сам приемник представляет собой аналог обычной солнечной батареи, только настроенный на поглощение лазерного света, — поясняет один из разработчиков технологии Данил Овчинников. — Солнечная батарея имеет довольно низкий КПД в пределах 20–30% из-за того, что солнечный свет имеет широкий спектр длин волн, и максимально эффективно перевести его в электричество не позволяют законы физики. А мы создали приемники под конкретную длину волны, поэтому эффективность «лазерной батареи» составляет 50–60%.
Чтобы лазерный луч постоянно перемещался вслед за дроном, разработчики создали систему обнаружения, наведения и удержания пучка на приемнике.
— Система наведения отвечает за определение координат дрона относительно источника, — рассказывает технический директор проекта Виталий Капранов. — Для обнаружения коптера мы используем дополнительный лазер. Если луч попал на приемник коптера, то система получает ответный сигнал. Если нет — луч продолжает перемещаться в поисках приемника. Со стороны кажется, что заряжающий лазерный луч следит за дроном, но на самом деле происходит постоянный пересчет положения беспилотника и перепривязка к нему луча. Последний иногда теряет приемник, но 90% времени работы устройства зарядка протекает успешно.
Как и всякое лазерное излучение, cвет для зарядки дронов представляет опасность для здоровья, особенно для зрения. Поэтому инженеры создали систему мгновенного отключения луча при попадании в поле зрения системы наведения иного объекта, кроме дрона.
К недостаткам технологии относится необходимость постоянного «соприкосновения» лазерного луча и приемника на дроне. В местности, где находятся высокие объекты, например, деревья или дома, заслоняющие путь луча, лазер желательно расположить над ними. Вторая проблема состоит в том, что дождь, снег и сильный туман приводят к рассеиванию и ослаблению луча, и в худшем случае до приемника излучение может не дойти. При сильной турбулентности, то есть наличии вихревых потоков ветра, эффективность зарядки также снижается.
— Коллеги решили одну из самых востребованных проблем в использовании дронов — повышение времени нахождения в воздухе и снижения массы за счет отсутствия проводов, — считает исполнительный директор компании TraceAir (занимается мониторингом строительства с помощью дронов), Александр Рыжов. — Что касается погодных ограничений, около 90% запусков дронов происходит при нормальных условиях. Поэтому данная технология имеет все шансы стать востребованной на мировом рынке.
В планах разработчиков — создание системы электроснабжения дрона с помощью оптоволокна. С использованием такой системы питания можно сделать длинный легкий кабель, без помех снабжающий дрон энергией. Этот способ зарядки можно будет применять при плохой погоде.
