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高空平台站(HAPS)激光远距离能量传输

战略前沿技术  · 公众号  · 军事  · 2025-06-01 23:22

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PowerLight Technologies自2009年一直致力于开发基于激光的功率传输系统。该公司因在2009年赢得NASA功率传输挑战赛而闻名,它不仅在为机器人系绳攀爬器、四轴飞行器和固定翼无人机提供动力方面取得了成功,而且还深入研究了使用激光安全传输功率的挑战。这一点很关键,因为多年来许多研究小组都展示了激光功率传输——包括海军研究实验室、近代大学、北京理工大学、科罗拉多大学博尔德分校、JAXA、空中客车等的团队——但只有少数小组以在任何可能的情况下都真正安全的方式实现了这一目标。

PowerLight Technologies是全球无线供电领域的领先企业,专注于提供安全、远距离、高功率的无线供电解决方案,可为难以触及的区域提供关键任务电力。2024年12月,该公司与美国中央司令部(CENTCOM)以及美国国防部的作战能源创新局(Operational Energy Innovation Directorate)合作,演示通过无线能量传输技术,为在5000英尺高空飞行的第2类无人飞行系统(Group-2 UAS)提供激光充电,从而使其在空中快速补充能量、持续执行任务而无需降落。
该演示计划被称为“激光传输能量至无人机”(Power TRansmitted Over Laser to UAS,PTROL-UAS),属于美国国防部为提升自主系统作战效能所推出的项目的一部分,旨在延长这些系统的作战范围、任务续航时间和载荷能力,使其能够更有效地执行关键的侦察和通信任务。
PowerLight与Kraus Hamdani Aerospace合作进行该技术的初步集成。该公司目前为美国海军和陆军提供超长续航无人机(KL1000ULE)。这项具有颠覆性的集成能力计划于2025年秋季通过一次集成式无线供电飞行演示进行展示。
美国中央司令部科学顾问兼需求与技术主管Eric Follstad表示:“CENTCOM希望以新颖且颠覆性的方式将能源用于战场。通过无线能量传输技术为空中自主系统(UAS)供电正是这种方式之一。目前的 PTROL-UAS项目正致力于开发这项新能力,并将其用于实地测试与评估。CENTCOM正在主导第2类无人机的无线供电项目,并在测试成功后,支持将其过渡应用到当前和未来的作战需求中。作战部队对我们的能量传输工作高度关注,并希望尽快将这项能力部署到战场。”
该项目由多个军种实体提供资金支持,同时也得到了私营投资者的实物投入。PowerLight还获得了美国国防部作战能源原型基金(OEPF)提供的最高500万美元资金支持,以及从作战能源能力改进基金(OECIF)获得的200万美元资金,这为项目启动提供了基础。
PowerLight将与CENTCOM、国防部及领先的航空航天公司合作,制定并推动一个全面的多年计划,加快无线能量传输系统的原型开发、技术成熟与产品化进程,以服务多域自主系统,并将其提供给军方使用。PowerLight总裁兼首席执行官Richard Gustafson示:“为空中飞行的无人系统动态传输无线能量,极大提升了其航程、任务续航力,并降低了在有争议的后勤环境中执行任务的风险。国防部视无线能量传输为一种竞争优势,它是打破对化石燃料依赖链条、实现大规模自主化的催化剂。尤其是在平流层中运行的自主系统,可通过该技术提供高价值的通信覆盖服务,以及更高分辨率的感知、成像和侦察能力。此项目正推动无线供电向商业化能力迈进,而 OECIF、OEPF 和CENTCOM 提供的持续技术、作战和财政支持,也确保这项技术将很快交付到最需要它的人手中。”

远程电力传输



沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的Alouini表示,从长期来看,即2035年以后,高空平台站(HAPS)技术或可构建“能源互联网”,实现跨地域电力传输。

美国国防高级研究计划局(DARPA)已通过“持久光无线能量中继”(POWER)项目开展相关研究。该项目旨在验证光学能量中继不仅可作为能源传输的弹性替代方案,更能使HAPS飞行器为电网基础设施难以覆盖、燃料或电池运输成本过高或风险较大的地区提供按需供电。
为构建这种无线能源网络,POWER项目正着力设计并验证高效的机载光学能量中继技术。光学技术有望实现具备光束重定向、波前校正及能量捕获能力的空中中继站。这些中继站是实现地面激光源与高空高效远距传输耦合的关键组件,目标是通过三架搭载中继节点的飞行器,将地面激光源的能量传输至6万英尺高空,再回传至数百公里外的地面接收站。
“能源支撑着我们所有的活动,包括国防领域,”DARPA POWER项目负责人、电子工程师Paul Jaffe表示。无线能源网络“能以高度灵活、高效且可快速重构的方式简化后勤与燃料供应”。
DARPA正在测试空中平台的概念设计,这些平台可截取部分传输能量实现自供电。该策略有望大幅缩减未来飞行器对发动机和燃料舱的空间需求,从而打造更小型、更经济的飞行器。此类飞行器还能从传输能量中获取动力,无需频繁加油或充电,理论上可实现无限航程与续航能力。Jaffe表示:“这将证明我们具备向偏远地区超远距离输送能源的能力。”


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