Forskere transmitterer energi med laser i historisk strømstrålende demonstration

Det var anden dag i en tre dage lang teknisk demonstration i David Taylor Model Basin ved Naval Surface Warfare Center i Bethesda, Maryland, hvor deltagerne var samlet for at stå rundt i mørket for at se på noget, de for det meste ikke kunne se.

Det var en lang rækkevidde, ledig strømstrålesystem-det første af sin slags. Deltagere den dag, 23. maj kl. kunne se selve systemet-de to 13 fod høje tårne, en en to-kilowatt lasersender, den anden en modtager af specialdesignede solceller. Men den vigtige del, laseren, der udstrålede 400 watt effekt over 325 meter, fra sender til modtager, var usynlig for det blotte øje.

I den ene ende af testfaciliteten - en af ​​de største testfaciliteter for modelskibe i verden - konverterede modtageren laserenergien til jævnstrøm, som en inverter var ved at blive til vekselstrøm for at køre lys, flere bærbare computere, og en kaffemaskine, som arrangørerne brugte til at lave kaffe til deltagerne, eller "laserlatte".

Som mere end en person der havde noteret, det var ikke ligefrem en spændende scene. Men når du sender hundredvis af watt effekt med en laserstråle, er "spændende" ikke det, du sigter efter. Du vil have det stille, kedeligt og, mest vigtigt, sikker. Og sådan var det.

"Strålestråling, konceptet, har eksisteret i årtier, og der har været laboratoriedemonstrationer, men dette er virkelig en første og en ny teknologi, der bliver brugt, "forklarede Tom Nugent, teknologichef i PowerLight Technologies, hardwareleverandøren til Power Transmitted Over Laser (PTROL)-projektet.

Kulminationen på PTROL -projektets anden fase, demonstrationen var to år i gang for PowerLight og Paul Jaffe, en elektronikingeniør ved U.S. Naval Research Laboratory. Under en briefing, der gik forud for demoen, Jaffe havde beskrevet dagens demonstration som historisk.

Tidlige magtstrålende demonstrationer fandt sted i 1975, den første i Waltham, Massachusetts i laboratorierne i Raytheon, og den anden på Goldstone Station i Nasa Deep Space Network i Californien. Det var de to vigtigste sådanne demonstrationer i historien, Jaffe fortalte sit publikum.

"Den tredje vil du se om et par minutter, " han sagde.

På NRL, Jaffe har udført rumbaseret forskning i solenergi i mere end et årti, fokuserer delvist på at overføre solenergi fra rummet til jorden. En af de største udfordringer, han og andre, der arbejder med problemet, har stået over for, er de enorme størrelser, der kræves til senderen og modtageren.

"Radiobølger har en ret lang bølgelængde, og for at kunne styre dem effektivt ... skal du bruge en rigtig stor antenne, "forklarede han." Men da bølgelængden bliver kortere, som det gør for infrarødt lys, det er det, vi bruger her i dag, sender og modtager kan være meget, meget mindre. "

Modtagerens fotovoltaik ligner dem på et typisk solpanel, Jaffe sagde, selvom de er designet til at være følsomme over for laserens enkelt farve lys, frem for det brede spektrum af sollys. De konverterer den pågældende bølgelængde med meget større effektivitet, end en almindelig solcelle -solcelleanlæg ville gøre.

Stående ved siden af ​​en skærm, der viser et levende feed fra et dyrt, højt specialiseret kamera, der fangede den usynlige laserstråle som et lilla lys, der skyder hen over den mørke udstrækning af bassinet, Jaffe kaldte power beaming -systemet en bemærkelsesværdig ny kapacitet. Han sagde, at det kunne låse op for alle slags fantastiske muligheder for forsvarsministeriet og den private sektor.

Forestil dig at bruge den til at sende strøm til fjerntliggende steder, svært at nå eller mangler infrastruktur, foreslog han. En anden potentiel anvendelse af teknologien ville være at drive elektriske ubemandede luftfartøjer (UAV'er), hvis flyvetid i øjeblikket er stærkt begrænset af deres indbyggede batterilevetid. Den tredje fase af PTROL-projektet vil involvere at bruge power beaming til at sende strøm til en flyvende UAV.

"Hvis du har en elektrisk drone, der kan flyve mere end en time, du har det ganske godt, " sagde Jaffe. "Hvis vi havde en måde at holde disse droner og UAV'er flyvende på ubestemt tid, det ville have meget vidtrækkende konsekvenser. Med strømstråle, vi har en vej mod at kunne gøre det."

Til stede til demonstrationen var også Eric Follstad med Transformation and Concept Development ved U.S. Central Command. Han sammenlignede den foreslåede UAV-effektstråleevne med luft-til-luft-tankning for bemandede fly.

"Jeg tror, ​​at dette kun er en logisk udvidelse af [det] koncept, "Follstad sagde." Nu kan vi lave jord-til-luft-genopladning af nogle af disse elektriske platforme, som vi har flyvet. "

Ifølge Jaffe, strømstråling kunne også muliggøre overførsel af strøm fra solenergi-indsamlende satellitter i rummet til jorden, hvor end det er nødvendigt – uanset om det er en fremadrettet driftsbase, et udviklingsland, eller en flygtningelejr. (Strømmen til demonstrationen den dag kom fra en stikkontakt i bygningen.)

"Hvis vi kunne fange det grænseløse sollys i rummet, hvor det er lysere end noget andet sted på Jorden, [vi kunne] sende det til steder, der er vanskelige og dyre at få energi til i dag, "sagde han." Hvis vi kan gøre det på en effektiv måde og gøre for energi, hvad GPS har gjort for navigation, det ville virkelig være revolutionerende."

Det mest bemærkelsesværdige aspekt af demonstrationen, dog – ifølge Jaffe og Nugent – ​​var teknologiens integrerede sikkerhedssystemer. Ingen i testfaciliteten den dag var iført laserbriller eller andre former for sikkerhedsudstyr, herunder personalet, der driver systemet. For at sætte det i perspektiv, en typisk laser på kun 1/2 watt kræver beskyttelsesbriller.

Næsten alle demonstrationer af strømstråler i fortiden har i det mindste involveret risikoen for eksponering for farlige strømtætheder, enten optiske eller radio- eller mikrobølgefrekvenser. Sikkerheden ved dette nye system blev valideret af Lead Naval Technical Laboratory for Laser Safety (LNTL-LS).

"I denne, sikkerhedssystemerne gør det faktisk umuligt for nogen at blive udsat for farlige energiniveauer, "Sagde Jaffe.

Blandt de udfordringer designerne har måttet kæmpe med, er virkningerne af sne, regn og andre vejrfænomener, der forstyrrer laserstrålen. Men designerne har også tænkt meget over udsigten til, at mennesker eller dyr krydser strålen og utilsigtet får et "ansigt fuld af laser, "som Nugent udtrykte det.

For at forhindre sådanne ulykker, sikkerhedssystemet er designet til at detektere objekter, før de nogensinde når laserstrålen, og sluk den.

Ved den høje modtager stod TJ Sayles, en senior teknologiudvikler, der leder produktudviklingsindsatser for PowerLight Technologies. Han holdt en lang stang, på enden af ​​denne var en kartonskive med en diameter på 15 millimeter påsat med den ene side malet hvid og den anden malet sort. Sayles kaldte disken for en "fremmedlegeme -analog".

For at demonstrere sikkerhedssystemet for publikum, Sayles ville udløse den ved at vifte med disken foran modtagerens fotovoltaik. Hver gang han gjorde det, laserstrålen ville afbrydes, en kendsgerning, at deltagerne kunne bekræfte ved at se det infrarøde live -feed på den nærliggende skærm.

"Vi opdager fremmedlegemer, når de nærmer sig strålen, og vi slukker strålen, før de kan komme ind i den, og vi kontrollerer, at strålestien er klar, før vi tænder den igen, "Forklarede Sayles." Den automatiske genstart -rutine tager et par sekunder. "

I fremtiden, PowerLight har til hensigt at øge den effekt, laserstrålen kan transmittere, øge den afstand, systemet kan sende det, og forbedre systemets samlede effektivitet. Nugent sagde, at han ønsker, at processen med at betjene den skal være så enkel som at vende en lyskontakt eller tilslutte en forlængerledning.

"Du behøver ikke at gennemgå et par dages træning for at tilslutte en forlængerledning, "Sagde Nugent." Dette er en trådløs forlængerledning. Så du skulle ikke behøve at gennemgå en hel masse træning for at betjene det. "

Systemet har modtaget støtte og anbefalinger fra flåden, Marinesoldater, Hær og luftvåben. Det forventes at være klar til at foretage overgangen til forsvarsministeriet og kommerciel brug i den nærmeste fremtid.