Автор: Эрик Эдамс (Eric Adams)
(wired.com) – Дроны пришли в воздушное пространство Соединенных Штатов, и сейчас их становится все больше. К 2022 году 700 000 небольших беспилотных летательных аппаратов смогут освоить американское небо, по мнению FAA (Федерального управления авиации США), доставляя бандероли, следя за движением транспорта, инспектируя мосты и заполняя другие ниши, которые еще предстоит открыть. Для выполнения этой работы всем дронам до единого потребуется электричество для приведения в движение своих роторов и управления своими датчиками. Большинство будут получать его от аккумуляторных батарей, которые они берут с собой, чтобы работать. Некоторые смогут получать непосредственно из энергосистемы с помощью привязного троса.
А если швейцарская компания добьется своего, некоторые смогут оставаться в воздухе благодаря определенной помощи от алмазов.
На самом деле, в области лазеров прорыв достигнут благодаря алмазам. Если это звучит как своего рода устройство на основе кристалла дилития, которое давало энергию межзвездному кораблю Starship Enterprise, то это недалеко от истины. Лазеры давно считаются потенциальным решением для доставки электричества непосредственно на дроны, направляя их сфокусированный свет на фотоэлектрические элементы, установленные на небольших летательных устройствах. Darpa, армия США, независимые исследовательские группы и частные компании – все они изучают эту идею.
Одной из основных проблем, с которыми все сталкиваются, является то, что качество лазерного луча - и, следовательно, его способность обеспечивать устойчивый и достаточно мощный свет на дрон - имеет тенденцию снижаться в зависимости от расстояния. Исследователи из LakeDiamond, отпочковавшегося подразделения Швейцарского федерального технологического института, считает, что их решением может стать применение дилитиевых кристаллов в летающих дронах.
Они разработали искусственный алмаз, который может помочь лазерному лучу сохранять свое качество на гораздо бόльших расстояниях, и говорят, что наземные сети этих источников электроэнергии, усиленные алмазом, смогут посылать дроны на бόльшие расстояния, не расходуя электроэнергию на то, чтобы нести свои большие аккумуляторы.
Паскаль Галло (Pascal Gallo), главный исполнительный директор LakeDiamond, говорит, что созданный в лаборатории алмаз этой компании - гладкий, крохотный прямоугольный, размещенный непосредственно перед лазерным источником - может преобразовывать маломощный лазерный диод в луч с устойчивыми параллельными лучами, которые могут распространяться на несколько сотен метров. Как вы знаете, алмазы являются прекрасными проводниками тепла и прозрачны для света. Они могут использовать лазерный луч высокой плотности, который производит много тепла, и рассеивать это тепло, позволяя пропустить больше энергии.
«Лазеры, содержащие алмазы в своей полости, могут давать очень интенсивный, почти безупречный луч света с крайне низкой дивергенцией», - говорит Галло, ссылаясь на способность лазерного луча распространяться и ослабевать по мере удаления от источника. (Лазерный свет сам по себе все-равно остается безвредным для людей, которые могут на него посмотреть или пересекать луч).
Драгоценные камни LakeDiamond, которые чище, чем природные алмазы, и которые производятся путем наложения слоев атомов углерода в кристаллической решетке, – подвергаются травлению с решеткой на поверхности, создающей зеркальный эффект, который влияет на ширину луча. В существующей тестовой системе, которая разработана компанией, используется 1,55-микрометровый лазер для доставки 4 ватт, что эквивалентно 10 000 лазерным указкам. Он может питать электроэнергией небольшие дроны размером с ладонь – достаточно крупные для того, чтобы нести камеру – в течение неопределенного периода времени на расстояния до 10 метров. Следующим шагом, говорит Галло, является то, чтобы они могли питать электроэнергией профессиональные дроны, доставляя до 100 ватт электроэнергии на расстояние до 100 метров, они собираются добиться этого в следующие два года.
Алмазов для этого может быть недостаточно. Роберт Байер (Robert Byer), профессор по фотонной науке из Стэнфордского университета говорит, что современная лазерная технология достаточно развитая для удовлетворения такой потребности в электроэнергии. «Даже лазерных указок мощностью всего 5 ватт может быть достаточно для электропитания дрона, находящегося поблизости». Он говорит, что проблема заключается в том, что солнечные батареи генерируют около 200 ватт на квадратный метр. Батарея, смонтированная на дроне, должна быть достаточно крупной, чтобы быть полезной без ущерба для выполнения миссии дрона.
Если все будет работать так, как указано в рекламе, то дроны смогут летать совсем без тяжелых аккумуляторов, учитывая то, что они будут работать вдоль сети этих лазеров, передающих электроэнергию, нацеленных на системы слежения на базе GPS. (Летательный аппарат в качестве запасного варианта будет иметь на борту аккумуляторы, имеющие достаточную мощность для обеспечения приземления). Принимая во внимание компактность наземных энергоустановок, они смогут работать на расстоянии свыше сотен миль, и даже подзаряжать аккумуляторы для дронов, которым может потребоваться отклониться от линии подпитки для доставки или выполнения других функций. Дрону размером с ладонь, потребляющему 2-3 ватта при продолжительности работы 30 минут, на подзарядку может потребоваться всего одна минута, говорит LakeDiamond.
На самом деле, такая же технология может использоваться также и для того, чтобы посылать лучом энергию и данные на спутники, находящиеся на орбите на удалении до 700 миль над поверхностью Земли – на разработку этого LakeDiamond только что получила финансирование от Швейцарского космического центра (Swiss Space Center) и Европейского космического агентства (European Space Agency). А для получения некоторых дополнительных денежных средств они выходят на алмазный рынок с целью финансирования своих исследований. Бриллиант круглой огранки «бриллиант» размером 5 миллиметров весом в 1 карат, изготовленный с помощью их процесса, обходится влюбленным целых $14 400. Это, может, не позволит обеспечить электропитание дрона, но, может быть, он может быть доставлен за счет этого, без аккумулятора.
