Военнослужащие США с портативным генератором малой мощности
В течение нескольких лет Пентагон, его подразделения и подрядчики работают над созданием технологии беспроводной передачи энергии. В случае успеха таких работ, армия США получит возможность создавать принципиально новые сети энергоснабжения. К настоящему времени успели провести ряд исследований в этом направлении, и сейчас программа переходит на стадию создания и испытания опытной техники.
Новый контракт
14 ноября компания Raytheon объявила о получении нового контракта от военного ведомства. Выполнять заказ будет её подразделение перспективных разработок. Сроки и стоимость контракта пока не разглашаются, однако компания представила основные цели и задачи, которые предстоит решить в ближайшее время.
Новый контракт является очередным шагом в деле реализации Оперативной энергетической стратегии министерства обороны, принятой несколько лет назад. Ранее компания «Рейтеон» уже участвовала в нескольких проектах в этом направлении, и теперь её вновь привлекают к решению важных задач.
В рамках нового контракта компания должна разработать, изготовить и вывести на испытания перспективные системы беспроводной передачи энергии. Принцип работы таких средств пока не уточняют. При этом указано, что они должны быть совместимы с оборудованием и техникой военного назначения, имеющейся у армии США.
Компактная солнечная электростанция
В пресс-релизе от компании-разработчика упоминаются общие цели нового проекта. За счёт беспроводных средств планируется упростить систему энергоснабжения войск. Они позволят передавать энергию потребителю без прокладки коммуникаций традиционного вида. Всё это позволит сократить количество генераторов на позиции или вовсе избавиться от них. Благодаря этому уменьшится потребность в горючем и упростится логистика. Также уменьшатся риски, связанные с поражением запасов топлива.
Проект POWER
Следует напомнить, что Пентагон в лице различных его управлений и структур достаточно давно изучает тему беспроводной передачи энергии и даже пытается создавать реальные проекты такого рода. Например, в 2022 г. агентство перспективных разработок DARPA сообщило о разработке программы POWER, направленной на создание новых систем энергоснабжения.
Название программы отражает ее цели и задачи: аббревиатура POWER расшифровывается как Persistent Optical Wireless Energy Relay — «Постоянная оптическая беспроводная передача энергии». В рамках этого проекта агентство DARPA планирует найти способы передачи электроэнергии «по воздуху» с применением оптических средств.
Предварительные исследования заняли некоторое время и завершились к середине 2023 г. К этому времени агентство сформулировало основную концепцию проекта, на основе которой в ближайшем будущем планировалось разработать реальные устройства и средства. Сначала их планировали вывести на испытания, а затем, при подтверждении расчетных параметров, внедрить в опытную эксплуатацию.
Принцип работы системы POWER
В сентябре 2023 г. программа POWER вышла на новый этап. Агентство DARPA приняло решение о продолжении работ и объявило конкурс на создание реальной аппаратуры. Свои заявки на участие подали компании Raytheon, Draper и BEAM Co. Они предложили предварительные проекты, основанные на их собственных решениях.
В рамках объявленного конкурса три компании-участницы должны провести разработку проектов и построить системы-демонстраторы технологий. Эти средства энергоснабжения будут испытаны в условиях лаборатории и, возможно, на полигоне. На все эти работы отводится 20 месяцев — они должны завершиться к концу весны 2025 г.
В начале следующего года планируется запуск второго этапа программы POWER. Участникам предстоит создать мобильные средства энергоснабжения и продемонстрировать их на полигоне. На этот раз опытные изделия будут передавать энергию как стационарным потребителям, так и подвижным воздушным платформам.
Можно предположить, что недавний контракт, полученный компанией Raytheon, напрямую связан с результатами первого этапа конкурса POWER и является подготовкой к переходу на второё. Отдельные моменты пресс-релиза компании о получении заказа косвенно подтверждают эту версию.
Небоевой лазер
Агентство DARPA уже раскрыло основные идеи программы POWER. Передавать энергию без проводов предлагается при помощи лазерного луча. Для этого потребуются специальные средства передачи и приёма, а также, при необходимости, промежуточные ретрансляторы. Именно такие устройства сейчас разрабатываются участниками конкурса.
Концепт воздушного ретранслятора из состава POWER
Система POWER должна получать электроэнергию из существующих сетей или от генераторов с соответствующими характеристиками. Электричество должно поступать на передающую систему. По сути, это будет лазерный комплекс с излучателем достаточной мощности и средствами наведения луча. Такой передатчик должен преобразовывать электрическую энергию в световую и отправлять её в нужном направлении.
Луч должен поступать на принимающую систему, оснащенную солнечными панелями и средствами преобразования электроэнергии. К ней подсоединяются средства распределения энергии между конечными потребителями.
В состав системы POWER также будут включены промежуточные ретрансляторы. Их задача заключается в увеличении расстояния передачи энергии и компенсации различных особенностей местности. В частности, именно ретрансляторы позволят отправлять энергию за горизонт.
Предполагается, что ретрансляторы будут построены на базе воздушных платформ, способных к длительному полету, в т.ч. с висением на одном месте. Предлагается два варианта целевого оснащения. Первый предусматривает использование системы подвижных зеркал для перенаправления луча к приёмнику или другому ретранслятору. Второй вариант предлагает использование «промежуточных» солнечных панелей и лазера.
Плюсы и минусы
Концепция POWER в её нынешнем виде обещает ряд важных возможностей и преимуществ, которые привлекли внимание DARPA и Пентагона. Однако она не лишена недостатков, и избавление от них станет отдельной непростой задачей. При всем этом, некоторые проблемы предложенной системы имеют принципиальный характер, и с ними придется мириться.
Главные сложности проекта POWER связаны с применением лазера. Он должен иметь высокую мощность, соответствующую потребностям получателей энергии. При этом необходим запас мощности для компенсации потерь при прохождении через воздух или атмосферные явления. Итоговая эффективность и надёжность такой системы может быть недостаточно высокой.
Следует учитывать, что сфокусированный луч большой мощности представляет опасность. Его нужно наводить на приёмники с высокой точностью, иначе возможно повреждение или уничтожение элементов системы POWER либо окружающих объектов.
Кроме того, не стоит ожидать, что лазерная система передачи электроэнергии будет простой и дешёвой в производстве и эксплуатации. По экономическим показателям она будет уступать любым альтернативным решениям. Это ограничит темпы и объёмы её внедрения и эксплуатации.
Перспективы и реальность
Пентагон давно ищет надёжные и эффективные способы передачи энергии без проводов, но пока не преуспел в этом. Сейчас агентство DARPA и его подрядчики предпринимают очередную попытку создания подобной системы и вновь рассчитывают на успех. В рамках программы POWER уже провели необходимые исследования и заключили контракты на разработку реальных образцов техники.
В ближайшее время компании-участники POWER должны продемонстрировать свои разработки в условиях лаборатории и полигона. В частности, свой проект представит компания Raytheon. Удалось ли ей и конкурентам решить поставленные задачи и создать систему с желаемыми характеристиками, станет известно уже в ближайшие месяцы.
