Laserem dobíjený dron může létat neomezeně

Vědci z Northwestern Polytechnical University (NPU) v čínském Xianyangu představili dron, který nikdy nemusí přistát, a to díky systému dálkového nabíjení, který dodává energii pomocí adaptivního pozemního laseru.

Tajemství tkví v systému dálkového doplňování energie. Jeho základem je velký fotoelektrický konvertor na spodní straně dronu, který stroj využívá k zachycení energie z laseru sledujícího jej ze země. Ve své synergii zvládá kombinace těchto dvou technologií docela dobře bezdrátový přenos elektřiny, i když s poměrně velkou ztrátovostí. Na vysílacím konci může být účinnost mezi výkonem a laserem 50–85 % v závislosti na tom, jak je laser výkonný a efektivní, a ztráty na přijímacím konci mohou činit přibližně 50 % energie. Nicméně při zapojení do elektrické sítě s levně vyráběnou energií jsou tyto ztráty přijatelné, pokud jde o zajištění prakticky permanentního dobíjení dronu pro jeho neomezenou letovou výdrž, takže (laicky řečeno) dron nemusí nikdy spadnout.

Zájem mají hlavně vojáci

Tým NPU vyvinul inteligentní algoritmus vizuálního sledování, který udržuje laserový paprsek namířený na dron, a také systém formování paprsku, jež se dokáže přizpůsobit změnám v hustotě atmosféry. Navrhl také metodu identifikace překážek – nabíjecí systém dokáže detekovat rušení a rychle změnit výkon paprsku na bezpečnou úroveň. Testy s malou kvadrokoptérou ve zhruba 10metrové výšce prokázaly, že technologie funguje nejen uvnitř ve dne i za umělého osvětlení, ale také venku za nočního provozu.

Podobný systém bezdrátového nabíjení dronu předvedla v roce 2012 i americká firma PowerLight (dříve LaserMotive). V aerodynamickém tunelu se jí podařilo udržet velký dron ve vzduchu po dobu 48 hodin a ve venkovním prostředí pohánět dron na vzdálenost až 600 m.

Projekt dronu s laserovým pohonem zvažovala před lety i americká armáda. Jejíž Komunikační a elektronické výzkumné, vývojové a inženýrské centrum (CERDEC) zkoumalo možnost využít tento koncept k pohonu dronů za letu pomocí světla vyzařovaného z laseru prostřednictvím paprsku zacíleného na fotovoltaický článek na stroji, podobně jak se solární panel používá ke sběru energie ze slunce.

Zatímco ale běžná fotovoltaika má nízkou účinnost, protože musí zachytit mnoho různých vlnových délek nebo barev, světlo laseru, který má jedinou vlnovou délku nebo barvu, může být absorbováno mnohem efektivněji. Navíc fotovoltaický článek je speciálně navržen tak, aby z něj získal maximální přeměnu energie. Cílem systému, na němž se podílela právě firma LaserMotive, však není podle armádních výzkumníků nahradit baterie dronu, ale poskytnout alternativní zdroj energie, který udrží malé multikoptéry ve vzduchu déle než několik desítek minut letového času, jež zvládnou v současnosti. Baterie budou stále potřeba, protože technologie laserového paprsku funguje pouze v přímé viditelnosti a za dobrého počasí.

Perspektivní, ale vzdálená budoucnost

Schopnost laserových systémů s dlouhým dosahem naznačuje, že tento druh systému by mohl otevřít dveře k operacím dronů ve vyšších nadmořských výškách. Mohly by vytvořit vzdušné platformy multikoptér s extrémní výdrží ve vzduchu schopné fungovat jako alternativa satelitů v malých výškách – i když jejich použití bude pravděpodobně i nadále závislé na počasí, vzhledem k charakteristice laseru.

NPU nezveřejnila výkon laseru, dosah systému ani jeho účinnost s odkazem na vojenský potenciál zařízení, nicméně je zřejmé, že jde o laboratorní prototyp v rané fázi.

Pomineme-li vojenské aplikace, může být bezdrátové napájení zajímavé třeba i pro jiná elektrická letadla, zejména energeticky náročné aerotaxi eVTOL, u nichž hustota baterie i dolet patří mezi hlavní problémy a schopnost nabíjení za letu by mohla být velkým přínosem. Podle serveru NewAtlas by mohla být řešením např. lokální (celoměstská) síť laserových nabíječek, které by dodávaly energii, když by tyto stroje létaly nad nimi.

Ale do fáze, kdy bude takováto technologie připravena pro reálné použití (a hlavně legálně schválena, protože vzhledem k tomu, že tato zařízení by využívala lasery zaměřené na oblohu, lze očekávat, že dojde i k regulačnímu tlaku, omezujícímu použití této technologie), je rozhodně ještě dlouhá cesta.

V tomto ohledu je možná blíže ke komercionalizaci systém firmy PowerLight, která uvedla, že pracuje na dálkovém bezdrátovém přenosu energie laserem s funkčními bezpečnostními vypínacími systémy a schopností pracovat bez ohledu na povětrnostní podmínky.

Zdeněk Zuntych Foto: Northwestern Polytechnical University