Беспроводная лазерная зарядка: новый этап в автономности дронов

Сокращение или полное исключение времени, затрачиваемого на зарядку аккумуляторов беспилотных летательных аппаратов, остается одной из ключевых задач в современной инженерии. В этом направлении уже были продемонстрированы перспективные технологии, включая квантовые батареи, представленные ранее в текущем году. Однако исследователи из Управления гражданской авиации Китая достигли серьезного прорыва в области беспроводной передачи энергии (OTA — Over The Air) с использованием лазерного излучения, добившись эффективности преобразования на уровне 38,49%.

Инновационная архитектура приемного устройства

Согласно результатам исследования, опубликованным в научном издании Matter & Light, китайские ученые разработали облегченный приемник, способный аккумулировать энергию лазерного луча, направляемого с земли. В основе системы лежит тандемное устройство, объединяющее перовскитный лазерный элемент и термоэлектрический преобразователь (PLC-TE). Этот гибридный подход позволяет генерировать электричество двумя путями: перовскитный слой преобразует энергию лазера напрямую, а термоэлектрический — утилизирует избыточное тепло, превращая его в дополнительную энергию. Эффективность системы возрастает по мере увеличения разницы температур между рабочей поверхностью, обращенной к источнику излучения, и холодной стороной устройства.

Борьба с перегревом: нанокристаллы и аэродинамика

Основной технической сложностью при внедрении этой технологии стало интенсивное нагревание приемников. Под воздействием лазерного луча температура компонентов достигает критических отметок в 80–90 градусов по Цельсию, что не только снижает эффективность преобразования энергии, но и создает риск повреждения конструктивных элементов самого БПЛА. Цзяньхуа Хань, ведущий автор исследования, признал, что накопление тепловой энергии оказалось гораздо более серьезной проблемой, чем предполагалось изначально.

Для решения этой задачи специалисты интегрировали в структуру приемника специализированные нанокристаллы. Обладая крайне низкой теплопроводностью, эти материалы выступают в роли надежного термобарьера, предохраняя слои перовскита и термоэлектрические компоненты от перегрева. Дополнительно конструкторы оснастили крылья дрона сетью специальных воздушных каналов. В процессе вращения пропеллеров создаваемые потоки воздуха проходят через эти каналы, принудительно отводя излишки тепла и поддерживая оптимальный температурный режим системы.

Перспективы внедрения

Сочетание уникальных наноматериалов и инновационных методов аэродинамического охлаждения позволило добиться впечатляющей эффективности преобразования энергии — 38,49%, что на сегодняшний день является одним из самых высоких показателей для технологий подобного класса. Хотя система еще не проходила полноценных испытаний в реальных уличных условиях, данный успех представляет собой значимый шаг к реализации концепции непрерывного полета дронов. По словам Цзяньхуа Ханя, путь от текущего прототипа до коммерческого или промышленного применения потребует решения множества комплексных задач, связанных с точным отслеживанием цели и обеспечением безопасности, однако это исследование закладывает фундаментальную основу для будущего развития беспилотных летательных аппаратов и БПЛА в целом.

Источник: tomshardware.com