DARPA計畫測試無人機飛行時透過功率波束進行無線充電
DARPA 已承諾進一步資助遠場無線電力傳輸(或稱為電力波束),為飛行中的無人機進行無線充電,使其無需放棄任務來充電或更換沒電的電池,從而有可能挽救關鍵任務。德州大學電機與電腦工程系助理教授伊凡娜-馬赫布布(Ifana Mahbub)博士已於2021年獲得美國國防部高級研究計劃局(DARPA)頒發的”青年教師獎”(Young Faculty Award ),該獎項在兩年內為她的計畫提供了50萬美元的資助。該獎學金為繼續開發動力光束技術提供了額外的25 萬美元資助。
圖中的MQ9-Reaper(目前使用的是內燃機)在這一高度的飛行,簡單地說明了Ifana Mahbub 博士正試圖利用動力光束技術克服的壯舉
你可能已經對無線充電技術有所了解;有些手機已經使用近場無線技術,透過低頻電磁波在很短的距離內為電池充電。這看起來像是黑魔法,但實際上並不複雜。充電裝置是產生電磁場的線圈,接收端(如手機中的線圈)會捕捉電磁波,產生電流,然後輸入電池。
馬赫布布和她的團隊正在研究遠場技術,以便將電磁波送到更遠的地方。具體來說,就是完全消除無人機返回基地(RTB)更換電池或充電的需要,這可能會浪費寶貴的時間和資源,更不用說可能對手頭上的任務造成損害。如果您能在無人機飛行時為其電池充電,為什麼還要召回它?
Ifana Mahbub 博士使用Millibox 檢查天線的空中性能德州大學,達拉斯
最大的障礙之一是防止電磁波束在遠距離散射和功率損耗。馬赫布布想出了一個巧妙的辦法,那就是使用相控陣天線;這是一個由發射器和較小天線組成的系統,用於引導電磁波束沿著特定路徑前進。她所創造的技術利用無人駕駛飛行器的即時遙測數據,確保視距連接,以獲得最大充電量。
馬赫布說:”訊號可能會朝著不希望的方向發展。我們的目標是設計波形,從而最大限度地減少路徑損耗。”
軍用無人機,如中高空長航時(MALE)無人機,設計飛行高度為25000 英尺(7620 公尺),而高空長航時(HALE)無人機通常在50,000 英尺(15240 公尺)的高度飛行。戰術無人機的飛行高度一般在2000 英尺(610 公尺)到5000 英尺(1524 公尺)之間。
一架MQ9-Reaper 無人機目前使用的是950 軸馬力(712 千瓦)渦輪螺旋槳發動機,但它在未來的使用中可能會採用Ifana Mahbub 博士正在開發的動力光束技術,由電池供電。 通用原子能公司
這項技術還有許多其他用途。想想電動車一邊充電一邊在高速公路上行駛的情景吧。馬赫布布也正在研究無線充電技術,該技術可以在低頻、安全、FCC 批准的水平上使用,有可能為人體內的醫療植入物充電。
在空中發送足以為小型飛機充電的電磁波聽起來可能很可怕,但多年來我們一直在做類似的事情。無線電廣播、電視廣播、手機服務、雷達、Wi-Fi 甚至GPS 都在使用電磁波。
不過,充電時站在發射器和無人機之間可能不是明智之舉。