Передача лазерной энергии – технология энергоснабжения будущего

С момента изобретения электричества и его широкого применения в производстве жизненных приложений, поиск высокоэффективного метода передачи, насколько это возможно, для уменьшения потерь при передаче на большие расстояния, находится в центре внимания энергетического сектора и исследователи. Китайская технология передачи сверхвысокого напряжения является относительно ведущей в мире, однако в процессе передачи все еще существует уровень потерь в размере 2%-7% (в зависимости от расстояния), и это потеря, которую не следует учитывать. игнорируется.
Идея беспроводной передачи энергии была впервые предложена сербским ученым Николой Теслой 100 лет назад, а лазеры обладают способностью переносить очень высокую энергию в одном направлении, что теоретически отвечает потребностям передачи на большие расстояния. Подобно тому, как солнечный свет может заряжать печатную плату, лазер как средство передачи на большие расстояния не только имеет высокую выходную мощность, но также может использоваться в любое время и в любом месте без ограничений, связанных с зарядными кабелями, что имеет беспрецедентные преимущества.
В 1992 году американская компания ABB возглавила исследования, связанные с технологией лазерного питания, осуществила мониторинг цепей высоковольтных линий и постепенно заменила традиционный точечный трансформатор тока CT. Министерство обороны США и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства также осознали, что если спутники и беспилотные летательные аппараты будут использовать лазерный источник питания, то можно добиться более длительного периода времени для выполнения большего количества задач, другими словами, лазер в армии. и аэрокосмическая промышленность имеет беспрецедентные возможности, поэтому ряд лазерных спутниковых функций соответствующих технических исследований проводятся таким образом.
В 1997 году Япония Н. Кавасима и другие провели эксперимент по энергоснабжению робота-исследователя дна лунного вулкана (ROVER) с использованием передачи лазерной энергии. Потому что внутри вулкана нет солнечного света, а только в кратере, чтобы получить солнечный свет в лазер, передаваемый на дно вулкана для энергоснабжения марсохода. Выходная мощность лазера системы передачи 60 Вт, дальность передачи 1000 м, успешная работа робота мощностью 10 Вт, эффективность фотоэлектрического преобразования около 20%.
В 2005 году Центр космических полетов имени Маршалла НАСА впервые совершил прорыв, применив мощность 500 Вт и длину волны 940 нм лазера на расстоянии 15 м от микроавтомобиля, чтобы обеспечить 6 Вт электроэнергии, так что аппарат проработал 15 минут. В 2013 году Военно-морская лаборатория США успешно применила лазер мощностью 2 кВт на расстоянии 40 м от удаленного источника питания БПЛА.
Полная система подачи лазерной энергии состоит из трех модулей, а именно модуля лазерного передатчика, модуля лазерной передачи и модуля преобразования лазера в электричество. Среди них эффективность лазера и фотоэлектрического элемента является основой всей лазерной энергетической системы, как производить лазерную энергию посредством преобразования электричество - свет - электричество, насколько это возможно, чтобы минимизировать атмосферное затухание, затухание фотоэлектрического преобразования, является ключевым показателем этой системы. Национальный университет оборонных технологий Китая, Нанкинский университет аэронавтики и астронавтики, Уханьский университет, Шаньдунский институт технологий аэрокосмической электроники и другие научно-исследовательские институты также провели соответствующие исследования арсенида галлия, монокристаллического кремния и других фотоэлектрических элементов для достижения различных длин волн и расстояний. источник питания лазера.
В последние годы Япония, Россия и другие страны также уделяют особое внимание применению технологий, связанных с передачей лазерной энергии.
Россия уделяет особое внимание применению лазерной передачи энергии в космосе. В 2021 году российская «энергетическая» ракетно-космическая компания планирует использовать лазер для экспериментов по беспроводной передаче энергии, для будущей передачи энергии в космосе, чтобы обеспечить технико-экономическое обоснование. Космический эксперимент под кодовым названием «Пеликан» предполагает использование лазеров для передачи энергии между космическими кораблями и включен в долгосрочную программу научных экспериментов российского участка Международной космической станции. В настоящее время эффективность фотоэлектрических преобразователей достигла 60%, поэтому использование лазеров для передачи электроэнергии от одного космического корабля к другому будет весьма эффективным. Российские ученые с оптимизмом смотрят на использование технологии лазерной беспроводной передачи энергии для зарядки спутников на космической орбите.
Япония, с другой стороны, в основном воплощает свое видение в жизнь. Токийский технологический институт и другие учреждения привержены развитию цивилизованной технологии «легкой беспроводной зарядки». Использование электрической энергии для излучения лазера, объектов, облученных лазером, а затем через плату выработки электроэнергии будет преобразовано в электрическую энергию, что позволит не только сэкономить сотовые телефоны, проблемы с линией зарядки конфигурации бытовой техники, но и решить проблемы с новыми энергетическими транспортными средствами. необходимо регулярно останавливаться по пути, чтобы обнаружить проблемы с зарядкой сваи.
Технология лазерной передачи энергии имеет множество преимуществ, но также имеет некоторые проблемы, требующие решения. Например, используемые в настоящее время для передачи энергии линии сверхвысокого напряжения нелегко контактировать с телом человека, а сверхмощные лазеры, основанные на распространении по воздуху, легко подвергаются воздействию различных отражений после облучения человеческое тело может представлять серьезную опасность. Другой пример: как обеспечить работу лазера в различных климатических условиях, чтобы обеспечить стабильную и надежную эффективность передачи, уменьшить затухание и при этом точно передать необходимое оборудование-приемники, но также ожидать прорывов в технологиях отслеживания и фокусировки. В заключение отметим, что технология лазерной передачи энергии представляет собой будущее направление развития энергоснабжения и имеет широкую сферу применения.