Энергия по лазеру: проект энергоснабжения коптера от китайских инженеров

Беспилотные летательные аппараты вертолетного типа имеют ряд характерных преимуществ, благодаря чему получили широкое распространение. В то же время, имеются и недостатки, главный из которых – ограниченная продолжительность и дальность полета. Предлагаются разные способы повышения этих параметров, и очередную любопытную разработку такого рода представили специалисты китайского Северо-Западного политехнического университета.

Беспилотник и лазер

О новой разработке китайских ученых в начале января написали несколько китайских изданий. Как сообщается, автором проекта являются профессор Ли Сюэлун и его коллеги по СЗПУ. Недавно они разработали и развили оригинальную концепцию беспилотника для продолжительного полета. Затем эти идеи были проверены при помощи опытной техники.Главная идея проекта заключается в кардинальной перестройке энергетической системы БПЛА. Обычный коптер с электродвигателями, оснащенный аккумулятором, приходится возвращать и сажать для перезарядки или замены батареи. Ли Сюэлун и его коллеги предлагают сохранить аккумулятор на борту беспилотника, а также оснастить его солнечной панелью малой массы. Одновременно с этим в комплекс вводится наземная часть, включающая агрегаты, отвечающие за выработку электроэнергии. Кроме того, разработаны средства для передачи энергии на борт БПЛА.Отмечается, что лазеры большой мощности пока применяются только для борьбы с беспилотниками. Однако проект от СЗПУ предлагает использовать лазерный луч для передачи энергии от наземной части комплекса на борт БПЛА. Автоматика комплекса должна следить за беспилотником и направлять луч точно на его солнечную панель, обеспечивая постоянное энергоснабжение и подзарядку батареи.Специалисты СЗПУ разработали все компоненты комплекса, включая особое программное обеспечение, ответственное за отслеживание БПЛА и наведение лазера. При помощи этих изделий уже провели несколько испытаний в разных условиях. Беспилотник получал энергию и летал в помещении, а также на открытом воздухе днем и ночью. Максимальная продолжительность полета достигла 24 ч.

Наземные средства на испытания в разное время суток

Следует отметить, что за рубежом уже разрабатывались системы лазерной передачи энергии на борт БПЛА. Однако тогда использовались беспилотники самолетного типа, и проекты не продвигались дальше расчетов или опытов в аэродинамической трубе и в воздухе.Согласно опубликованным данным, опытный беспилотный комплекс от СЗПУ включает несколько основных средств. Это наземная система генерации и передачи энергии, операторский пульт и собственно беспилотник. Известны общие принципы работы, но подробности не сообщаются. Основные характеристики комплекса тоже не раскрывают – как для защиты от копирования, так и во избежание использования технологии в военных целях.В опытах используется малоразмерный квадрокоптер с электрическими моторами. Вероятно, для экспериментов взяли готовый БПЛА, доступный на рынке. Как и предлагает проект, в дополнение к батарее он получил солнечную панель и сопутствующие приборы. Квадратное устройство подвешено под корпусом.По всей видимости, электроника БПЛА не претерпела изменений, как и операторский пульт. От опытного образца требуется только способность выполнять команды оператора или самостоятельно летать и висеть. Впрочем, могли добавиться новые функции, связанные с взаимодействием с системой энергоснабжения.Наибольший интерес представляют наземные средства комплекса. В их состав входит система питания – от сети или от генератора. Также имеется оптико-электронная станция с камерами и лазером требуемой мощности. Работой наземных средств управляет автономная цифровая система с особым программным обеспечением.Сообщается, что ОЭС комплекса способна брать БПЛА на сопровождение и отслеживать все его перемещения в пределах зоны видимости. За слежение отвечает компьютер; оператор может сосредоточиться на выполнении основной задачи. При необходимости подзарядки батареи, система управления автоматически направляет лазерный луч на солнечную панель и удерживает его.

Элементы комплекса

БПЛА в воздухе

Система управления определяет дальность до беспилотника и следит за другими факторами. Учитывая их, автоматика изменяет мощность и фокусировку луча. За счет этого обеспечивается постоянная подача одинаковой мощности вне зависимости от взаимного положения БПЛА и ОЭС, внешних условий и т.д. При обнаружении препятствия на пути луча мощность снижается до безопасного значения.Принципы работы такого комплекса достаточно просты. После «обычной» зарядки БПЛА может взлететь и выполнять поставленные задачи. Выработав большую часть заряда батареи, беспилотник должен вернуться в зону зарядки, где его найдет ОЭС и начнет «подсвечивать» лазером. Получив энергию и дозарядив аккумулятор, БПЛА сможет продолжать работу в воздухе. Подобный цикл может повторяться несколько раз подряд, в зависимости от особенностей миссии и текущих потребностей.Комплекс с такими возможностями имеет очевидные преимущества. В первую очередь, это резкое увеличение возможной продолжительности полета и возможность обойтись без посадок. Беспилотнику не придется возвращаться на землю для подзарядки или замены батареи. В некоторых ситуациях он сможет заряжаться от лазера, даже не покидая рабочую зону и продолжая работу.Беспилотный комплекс с такими возможностями должен выполнять задачи длительного наблюдения и разведки. При этом БПЛА сможет работать на некотором удалении от наземных средств, позволяющем вовремя вернуться для подзарядки. Разработчики предполагают, что комплекс будет полезен при мониторинге различных ситуаций, при проведении поисково-спасательных работ и т.д.В дальнейшем не исключается создание крупных БПЛА с лазерным энергоснабжением. На их основе может быть построена полноразмерная воздушная транспортная сеть. Впрочем, большой беспилотник потребует соответствующую наземную инфраструктуру.Следует отметить, что предложенная СЗПУ система энергоснабжения не лишена недостатков, которые затрудняют ее разработку и развертывание, а также накладывают ограничения на эксплуатацию. С частью затруднений удалось справиться на стадии разработки, и можно ожидать новые успехи. Однако избавление от всех проблем пока не гарантируется.

Желаемые преимущества

Работа лазерного энергоснабжения в представлении художника

Практически все трудности связаны с выбранным принципом передачи энергии. Он требует точного сопровождения БПЛА и наведения лазера, для чего необходимы достаточно сложные аппаратные и программные системы. Кроме того, лазерный луч не отличается высоким КПД, и этот показатель может дополнительно сокращаться из-за внешних факторов.Также следует учитывать, что для быстрой зарядки батареи необходима соответствующая мощность луча. При неаккуратном обращении, наземная ОЭС фактически прекращается в боевой лазерный комплекс и может нанести урон окружающим объектам или даже самому беспилотнику. Так, лазер способен необратимо повредить оптику разведывательного летательного аппарата.Разработчики проекта из СЗПУ утверждают, что им удалось создать аппаратуру управления с необходимыми функциями. Опытный БПЛА в разных условиях выполнял полеты вокруг наземных средств и поднимался на высоту десятков метров. Сообщается, что во всех случаях обеспечивалась передача достаточной энергии, а окружающая обстановка не получила никаких повреждений.Пока речь идет только о малоразмерном БПЛА, и в этом масштабе комплекс показал себя неплохо. В дальнейшем планируется развивать проект и увеличивать беспилотник, а также повышать мощность лазера. Поддается ли разработанная система масштабированию или этот процесс может привести к неразрешимым проблемам, пока не ясно. Но первые опыты дают повод для оптимизма.

На новых принципах

Подавляющее большинство современных БПЛА вертолетного типа выполняет полет за счет аккумуляторных батарей. При необходимости увеличения дальности используется принцип привязного полета – за беспилотником тянется кабель, по которому с земли подается электроэнергия. Продолжительность такого полета ограничена только возможностями энергоснабжения, но привязной коптер не может свободно летать.Новый китайский проект реализует еще один способ повышения продолжительности полета – за счет особого принципа передачи энергии. Работоспособность концепции уже проверяется при помощи опытного БПЛА и другой аппаратуры. Смогут ли специалисты СЗПУ решить все задачи текущего этапа и перейти на следующий, покажет время.