DARPA 已承诺进一步资助远场无线电力传输(或称电力波束),为飞行中的无人机进行无线充电,使其无需放弃任务来充电或更换没电的电池,从而有可能挽救关键任务。德克萨斯大学电气与计算机工程系助理教授伊凡娜-马赫布布(Ifana Mahbub)博士已于2021年获得美国国防部高级研究计划局(DARPA)颁发的"青年教师奖"(Young Faculty Award),该奖项在两年内为她的项目提供了50万美元的资助。该奖学金为继续开发动力光束技术提供了额外的 25 万美元资助。
图中的 MQ9-Reaper(目前使用的是内燃机)在这一高度的飞行,简单地说明了 Ifana Mahbub 博士正试图利用动力光束技术克服的壮举
你可能已经对无线充电技术有所了解;一些手机已经使用近场无线技术,通过低频电磁波在很短的距离内为电池充电。这看起来像是黑魔法,但实际上并不复杂。充电装置是一个产生电磁场的线圈,接收端(如手机中的线圈)捕捉电磁波,产生电流,然后输入电池。
马赫布布和她的团队正在研究远场技术,以便将电磁波发送到更远的地方。具体来说,就是完全消除无人机返回基地(RTB)更换电池或充电的需要,这可能会浪费宝贵的时间和资源,更不用说可能会对手头的任务造成损害。如果您能在无人机飞行时为其电池充电,为什么还要召回它呢?
Ifana Mahbub 博士使用 Millibox 检查天线的空中性能 得克萨斯大学,达拉斯
最大的障碍之一是防止电磁波束在远距离散射和功率损耗。马赫布布想出了一个巧妙的办法,那就是使用相控阵天线;这是一个由发射器和较小天线组成的系统,用于引导电磁波束沿着特定路径前进。她所创造的技术利用无人驾驶飞行器的实时遥测数据,确保视距连接,以获得最大充电量。
马赫布说:"信号可能会向不希望的方向发展。我们的目标是设计波形,从而最大限度地减少路径损耗。"
军用无人机,如中高空长航时(MALE)无人机,设计飞行高度为 25000 英尺(7620 米),而高空长航时(HALE)无人机通常在 50,000 英尺(15240 米)的高度飞行。战术无人机的飞行高度一般在 2000 英尺(610 米)到 5000 英尺(1524 米)之间。
一架 MQ9-Reaper 无人机目前使用的是 950 轴马力(712 千瓦)涡轮螺旋桨发动机,但它在未来的使用中可能会采用 Ifana Mahbub 博士正在开发的动力光束技术,由电池供电。 通用原子能公司
这项技术还有许多其他用途。想想电动汽车一边充电一边在高速公路上行驶的情景吧。马赫布布还在研究无线充电技术,该技术可以在低频、安全、FCC 批准的水平上使用,有可能为人体内的医疗植入物充电。
在空中发送足以给小型飞机充电的电磁波听起来可能很可怕,但多年来我们一直在做类似的事情。无线电广播、电视广播、手机服务、雷达、Wi-Fi 甚至 GPS 都在使用电磁波。
不过,充电时站在发射器和无人机之间可能不是明智之举。