在很多人的認知中,如果地面激光照射無人機,那麼無人機大概是要被摧毀。但是西北工業大學的科研團隊,卻打破瞭這一常規認識。
他們研制瞭最新的技術,可以把地面激光的光能轉化為電能,實現無人機的不間斷充能技術。這在無人機領域就像“換道超車”一樣突然,連外媒也紛紛表示:美國的科技神話被打破瞭!
“激光充電”到底是怎麼實現的?和光伏無人機相比,這種無人機又有什麼不同?
光動無人機:可以用激光充電!
西北工業大學的這項技術稱為“光動無人機”,雖然從名字上聽著和太陽能充電類似,但其實兩者還是有很大的區別的。
“光電無人機”顧名思義就是把光能轉換為電能,但這裡的光能可不是太陽光,而是“高能激光”。原理也很容易理解,就是在地面上用激光發射器,把激光照向天上的無人機,無人機下方有個光電轉換器,可以將激光的光能,轉換為供無人機驅動的電能,以此實現無人機的無間斷續航。
看到這裡,肯定有不少人認為這就是很雞肋的技術,直接讓無人機返航換塊電池不就行瞭嗎。何必這麼麻煩?
這還得從軍事無人機的痛點說起。
無人機技術雖然看似新奇,但早幾十年前的海灣戰爭中,美國就已經投入瞭實戰。相比於傳統戰爭模式,無人機戰術就像打遊戲一樣,操作員隻要在遙遠的指揮室裡,喝著咖啡就能完成打擊任務。
不過一直以來無人機的缺點也很明顯,那就是續航問題。增加電池數量,飛機的體型和重量也會跟著上去,但如果要減輕重量,電池又不能太多,所以很多時候無人機都是要不斷返航充電或者更換電池才能持續作戰。可在瞬息萬變的戰場上,戰機稍縱即逝,無人機返航換電池這個過程就很浪費時間,所以這是一直困擾軍事專傢們的一個難題。
為瞭應對這種情況,很多人都能想到用太陽能板為無人機供電,這個想法的可行性很高,並且已經實現瞭,更厲害的甚至做到瞭全天候飛行。不過在後來的實踐中,光伏驅動的弊端也凸顯出來瞭。
最大的問題就是光伏板對太陽光能轉換率低。在地面上,即便電力公司用光伏板發電,也是需要鋪設很大的面積才能實現供電,而無人機的頂部面積本來就小,鋪設的光伏板數量有限,能夠發出的電量當然也就很少。
電量少瞭,相應的載荷量也就小瞭,所以光伏驅動的無人機通常隻會攜帶照相機,用來作高空偵查。並且為瞭盡可能獲得穩定而充足的光能,通常會把機翼設計的很長,且長時間在平流層飛行。目前有些太陽能無人機已經可以在空中連續飛行數月。
可是一旦作戰區進入瞭黑夜,這種無人機就會失去動力,需要等到第二天太陽升起來的時候才會重新啟動,可如果第二天是陰天,甚至還可能啟動不瞭。所以“光動無人機”就剛好彌補瞭無人機的這些缺點。
然而,外媒口中的“美國的科技樹”可不是指無人機的電池問題。早在美軍研制“掠食者”和“全球鷹”無人機的時候,他們就已經意識到瞭,使用電池驅動們雖然可以減輕重量,但是續航問題也很明顯。所以後來他們直接把無人機的驅動改成瞭燃油驅動,雖然增加瞭無人機的重量,但是燃油機的爆發力也足夠強,大大提高瞭無人機的機動性能。
除此之外,他們還專門針對不同任務的無人機使用瞭不同的燃油。比如全球鷹主要負責偵查,對續航和高度有要求,所以使用的是JP-8燃油和石蠟燃油的混合燃油。在這方面,美國的技術一直處於世界領先水平,我們很難模仿。所以才說“光動無人機”的問世是換道超車,打破瞭美國的科技樹。
不過作為一種剛問世的技術,光動無人機也是優點和缺點並存。
光動無人機的優缺點!
光動無人機的優勢很明顯,首先就是充能的過程中不會受到晝夜影響,然後就是充能穩定,因為地面配備的激光器,屬於高功率激光器,具有穩定的輸出能力。
另外,因為激光器發射出的激光屬於短波紅外激光,既不產生電磁幹擾,也不會受外界電磁幹擾影響,無論從隱蔽性還是抗幹擾性來講,都具備優勢。
最後就是充能效率高、激光功率如果到達千瓦級別,那麼甚至可以給翼龍這樣的無人機使用,而這我們已經可以做到瞭。總之,充電效果怎麼樣,都是地面說的算,而無論是地面的激光發射器,還是無人機攜帶的光電轉換器,我們現在都已經非常成熟。
不過這項技術也並非毫無破綻。首先就是障礙物的問題,一旦充能過程中有障礙物遮擋激光,充能過程也就會被打斷,所以未來還需要加強對激光沿途的障礙物的偵查能力,做到及時避開障礙物;然後就是激光束的流失,一旦遇到湍流的大氣,無人機接收到的激光就會減少,直接影響瞭充電效率;最後就是復雜的戰爭環境,也是最關鍵的,雖然激光充能不用返航,但是針對無人機的電子幹擾技術卻早已成熟,在充能的過程中,也是最好對付無人機的時刻。
如果“光動無人機”想要應用到戰場上,首先要把這些問題解決掉,還有很長的路要走。但是誰說無人機一定要用在戰爭中呢?
自然災害,才是人類最大的敵人!
可能有人會質疑這項技術的可行性,認為拿去戰場上不實用,也有很多人會覺得這種模式的技術很雞肋,難以發揮作用,但是誰說無人機就一定是要拿去戰場上的?要知道,我們的敵人可不隻是實實在在的人類,一直以來,自然災害才是我們最大的敵人!
雖然光動無人機還很難在實戰中發揮作用,但在搶險救災中卻很實用。最近幾年的好幾次自然災害中,有團隊用無人機給災區照明,為瞭能夠持久供電,他們甚至把電線接到瞭無人機上,雖然這樣可以暫時應付眼前的問題,可是掛著電線畢竟是很危險的。如果可以用激光從地面充能,不就可以省去電線,操作更加安全瞭嗎?
還有一次搜山救援行動中,搜救隊的無人機突然電量告急,才搜索瞭一半無人機就返航瞭,不僅耽誤瞭搜救任務,更耽誤瞭救出被困人員的時間。如果當時的無人機可以從地面用激光充能,是不是就可以避免這種事情的發生瞭。
像這樣的案例比比皆是,然而在現實中,需要光動無人機的地方還有很多。雖然現在還看不到光動無人機的實際投用,但我們相信,在不久的將來,這項技術會為無人機領域增添新動力。
畢竟我們的努力,不僅獲得瞭國人的認可,也讓國外媒體忍不住驚嘆:美國的神話故事都被打破瞭。而這句話的背後,則是蘊含瞭無數中國科學傢的多年付出,我們有理由相信他們會把中國的科技階梯越搭越高!