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激光无线输电,有何与众不同?

来源:光明网2021-12-14 16:48

  出  品:科普中国

  作  者:兰顺正

  策  划:宋雅娟

  监  制:光明网科普事业部

  近日,据俄罗斯“能源”火箭航天公司专家表示,该公司计划利用激光进行无线输电实验,为未来太空能源传输提供可行性测试,而这也将是世界上首次进行类似太空实验。

  激光搭“鹊桥”

  能源的无线传输思想最先由塞尔维亚科学家特斯拉(Nikola Tesla)于100年前提出,而激光输电则是用激光作为能量的载体实现无线传输。激光输电系统主要包括:电源、激光器、跟瞄系统、光伏阵列、充电电池等。电源系统作为能量源,为激光器供电,将电能转化为激光能量;制冷系统的协同作用能够保证更高的能量转化效率;激光能量经过跟瞄系统之后,准确传输到光伏阵列上,光伏阵列将激光能量转化为电能,为电池充电,为发动机提供能量或者完成其它任务。

激光无线输电,有何与众不同?

激光充电示意图

  激光输电的原理类似于太阳能充电,但是比太阳光在能量传输上更具优势。一方面激光方向性强、能量集中,其光照强度是太阳光的500倍,可以携带大量的能量,作为一种远距离传输手段不仅输出功率大而且光电转换效率高(在不考虑其他因素的影响下,太阳能电池在激光照射下将比在太阳光照射下多输出1倍的电能)。另一方面激光的照射时间和角度可人为控制,这样可为供能对象提供24h不间断的电力,而且通过控制激光的入射角度,可以保证太阳能电池始终输出最大功率,从而能大大减少供能对象的储能设备。

  无线“充电宝”

  目前,鉴于激光输电的特殊优势,各国纷纷开始了此类研究工作,并运用于实际中。如随着无人机的普及,其续航时间短的缺点日益受到重视,而激光输电为解决这一问题提供了有效出路。洛克希德·马丁公司和激光动力公司的研究结果表明,激光充电技术可以极大地提高其续航能力。他们利用全新的激光充电系统,令Stalker无人机在空中连续飞行了48小时,增加无人机续航时间2400%。他们认为,这种激光充电系统甚至可以让无人侦察机进行不间断飞行,一直留在天空中,大大增加无人机的作战效能。

激光无线输电,有何与众不同?

无人机激光充电

  而此次的太空激光输电实验,是国际空间站俄罗斯部分的长期科学实验计划之一,代号为 “鹈鹕”,指的是航天器之间利用激光进行输电。报道称,“能源”公司将在国际空间站俄罗斯部分的舱段外面安置发射器,在“进步”号货运飞船安装接收器。远程输电实验将首先在1公里距离内进行测试,并逐步加大功率,然后在5公里距离内进行测试。据俄方相关负责人表示,如果太空无线电力传输实验成功,将允许在未来将电能从具有强大发电能力的航天器传输到配备接收-转换器的其他航天器上,为微型卫星等提供电力以延长寿命,另外未来此类技术还可以从空间太阳能发电站向地球上的偏远地区输电,以及在月球轨道上向月球车输电。

  军事小词典

  空间太阳能发电站:空间太阳能发电站的构想由美国科学家彼得·格拉赛于1968年提出,是指在空间将太阳能转化为电能,再通过无线方式传输到地面的电力系统,相对于目前空间应用的卫星和空间站等的电源系统,其规模和能力要大得多。

[ 责编:肖春芳 ]
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