فهرست مطالب
پژوهشگران دانشگاه هوانوردی غیرنظامی چین، گیرنده جدیدی برای شارژ بی‌سیم پهپاد توسعه داده‌اند که انرژی پرتو لیزر را از راه دور به برق تبدیل می‌کند.
به گزارش سرویس هوافضای تکناک، این سامانه در آزمایش‌ها به بازده تبدیل انرژی ۳۸٫۴۹ درصدی رسیده است و می‌تواند زمینه را برای افزایش چشمگیر زمان پرواز پهپادها فراهم کند.
محدودیت ظرفیت باتری یکی از مهم‌ترین مشکلات پهپادها محسوب می‌شود. پهپادها اکنون برای پایش زمین‌های کشاورزی، بازرسی جنگل‌ها و پل‌ها، عملیات جست‌وجو و نجات و مأموریت‌های نظامی استفاده می‌شوند. بسیاری از این کاربردها به پرواز طولانی‌مدت نیاز دارند. فرود پهپاد برای تعویض یا شارژ باتری نیز در برخی مأموریت‌ها خطرناک یا حتی غیرممکن است.
انتقال انرژی از روی زمین به پهپاد در حال پرواز می‌تواند این محدودیت را کاهش دهد. ایده شارژ پهپادها با پرتو لیزر پیش‌تر نیز آزمایش شده است. پژوهشگران سه سال قبل، فناوری را به نمایش گذاشتند که یک پهپاد چهارپره با دریافت مداوم انرژی لیزری می‌توانست برای مدت نامحدود در هوا باقی بماند. با وجود این، پایین بودن بهره‌وری سامانه یکی از مشکلات اصلی آن نمونه بود.
بیشتر بخوانید: چین امکان شارژ پهپاد در حین پرواز را با مایکروویو آزمایش کرد
گیرنده ترکیبی برای مهار گرمای لیزر در شارژ بی‌سیم پهپاد
پژوهشگران در پروژه دیگری که اوایل سال جاری انجام شد، سامانه انتقال انرژی لیزری را برای کاربردهای واقعی بهبود دادند. آنها توانستند انتقال انرژی در فاصله‌های طولانی و ارتفاع زیاد را آزمایش کنند و پرتو لیزر را با دقت روی یک پهپاد بال‌ثابت در حال حرکت نگه دارند. اکنون گروهی در دانشگاه هوانوردی غیرنظامی چین روی افزایش بازده بخش گیرنده تمرکز کرده‌اند.
گیرنده جدید، وزن کمی دارد و از ترکیب یک سلول لیزری پروسکایتی و یک مولد ترموالکتریک ساخته شده است. سلول پروسکایتی از نظر عملکرد به پنل خورشیدی شباهت دارد. پنل خورشیدی نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند، اما این سلول برای دریافت انرژی از یک پرتو لیزر و تبدیل آن به انرژی الکتریکی طراحی شده است.
مولد ترموالکتریک نیز انرژی حرارتی را به برق تبدیل می‌کند. عملکرد این بخش به اختلاف دما میان سطح گرم و سطح سرد آن وابسته است. افزایش اختلاف دما می‌تواند میزان برق تولیدشده را افزایش دهد. این ویژگی به پژوهشگران اجازه می‌دهد بخشی از گرمای تولیدشده توسط لیزر را نیز برای تولید انرژی به کار گیرند.
گرما در عین حال یکی از مشکلات اصلی شارژ لیزری است. تابش پرتو می‌تواند دمای گیرنده را به حدود ۸۰ تا ۹۰ درجه سانتی‌گراد برساند. این دمای بالا بازده شارژ را کاهش می‌دهد و در صورت ادامه یافتن می‌تواند به اجزای پهپاد آسیب وارد کند.
پژوهشگران برای کنترل این مشکل، نانوکریستال‌هایی را به ساختار گیرنده اضافه کردند. این مواد به دلیل رسانایی حرارتی پایین، مانند یک مانع حرارتی عمل می‌کنند و سرعت انتقال گرما درون گیرنده را کاهش می‌دهند.
بیشتر بخوانید: آزمایش موفق شارژ بی‌سیم پهپادها با لیزر در ارتفاع ۱۵۰۰ متری
تبدیل ۳۸٫۴۹ درصد انرژی لیزر به برق
پژوهشگران برای آزمایش سامانه جدید برای شارژ بی‌سیم، گیرنده را زیر بال یک پهپاد ثابت نصب کردند. همچنین آنها کانال‌هایی را درون بال ایجاد کردند تا جریان هوا بتواند فرایند خنک‌سازی را بهبود دهد. سپس یک پرتو لیزر سبز را به گیرنده تاباندند.
سامانه در این آزمایش توانست انرژی کافی برای به حرکت درآوردن ملخ پهپاد تولید کند. چرخش ملخ نیز جریان هوایی ایجاد کرد که به خنک شدن لایه ترموالکتریک کمک می‌کرد. به این ترتیب، طراحی سامانه علاوه بر دریافت انرژی لیزری، از جریان هوای ایجادشده توسط خود پهپاد برای مدیریت دما استفاده کرد.
نتایج آزمایش نشان داد که گیرنده می‌تواند ۳۸٫۴۹ درصد از انرژی لیزری ورودی را به برق تبدیل کند. دستیابی به چنین بازدهی برای یک سامانه انتقال بی‌سیم انرژی لیزری قابل توجه است و یکی از موانع مهم استفاده عملی از این فناوری را کاهش می‌دهد.
مرحله بعدی پژوهش، آزمایش این فناوری در فضای باز و روی پهپاد در حال پرواز خواهد بود. سامانه در شرایط واقعی باید با عواملی مانند حرکت پهپاد و حفظ دقیق تابش لیزر روی گیرنده روبه‌رو شود. هنوز چندین چالش تا استفاده عملی از شارژ لیزری باقی مانده است، اما افزایش بازده گیرنده می‌تواند گام مهمی برای توسعه پهپادهایی باشد که بدون فرودهای مکرر، مأموریت‌های طولانی‌تری انجام می‌دهند.
بیشتر بخوانید: ساخت پهپاد خورشیدی با توان پرواز طولانی + ویدیو
