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江苏恒轩太阳能激光延长太阳能无人机任务时间

发布时间:2019/6/4  新闻类别:新闻资讯 点击次数:60

无人机的续航时间影响其任务执行时间,当前无人机动力系统技术成为了提高续航能力的瓶颈。激光在给机上和飞行中电池充电方面具有理论可能性,可使飞行时间无限长,无需着陆重新加油。为此,美国防高级研究计划局(DARPA)选中“沉默猎鹰”(SilentFalcon)无人机进行功率波束演示。


激光束应用广泛,在与无人机相关的应用中最有可能充当杀伤武器,但在由美国防高级研究计划局支持的一项新研究中,激光被用作无人机的稳定电源。美国防高级研究计划局计划在“无处不在的能量补充-能量束投射演示”(Super PBD)项目下演示这一能力,该项目将使用激光能量来扩展“沉默猎鹰”太阳能电动无人机的任务时间。


“无处不在的能量补充-能量束投射演示”是一个创新项目,在测试中将验证使用激光光源给机上和飞行中电池充电的可行性,通过使用串联的“飞行”和“飞行并充电”循环,理论上可使飞行时间无限长,无需着陆重新加油。美陆军2019年年初启动试验,测试激光束向无人机提供动力的能力,并希望到2020年获得监管部门的批准开始应用。


被美国防高级研究计划局选为“无处不在的能量补充-能量束投射演示”项目无人驾驶系统的飞行器是美国沉默猎鹰无人机技术公司的“沉默猎鹰”无人机,该公司因制造远程长航时太阳能无人机而得名,这一优势构成了美国防高级研究计划局选择其为合作伙伴的理由。


“沉默猎鹰”无人机是一种便携式小型无人驾驶飞机系统(sUAS),设计为执行长航时远距离任务,使用太阳能电池板给电池充电,用于长期情报、监视和侦察(ISR)任务,携带先进的传感器,以获取、存储和传输为国防和安全情监侦应用所需的数据。该飞行器由轻质碳复合材料制成,采用太阳能电力推进系统,能源来自于内置在机翼上的薄膜光伏电池板和用于存储的锂聚合物电池,飞行时间可达14小时。机长7英尺(约合2.13米),翼展14英尺(约合4.27米),重量为35磅(约合16千克),可携带3千克有效载荷,如监视用的摄像机,可以手持发射也可通过火箭发射,既适用于军事用途,也适用于民用用途。最高速度为60海里/时(约合112千米/时),操作飞行高度从100~20000英尺(约合30.5~6100米),航程为25千米,用于军事监视任务的飞行高度通常在1600~5000英尺(约合490~1520米)之间。



利用电池和太阳能,“沉默猎鹰”无人机可在空中停留6h。美国防高级研究计划局希望通过激光补充电池来大大延长其任务时间。


“沉默猎鹰”具有灵活的开放式体系结构/接口系统,可以很容易地与遥测、处理、分析、数据采集、开发和传播等方面的先进技术相集成。此外,与其他小型无人机相比,主要优势在于有一个特殊的“猎鹰视觉”(FalconVision)系统,该系统由一个具有夜视能力的高分辨率双成像仪、一个激光指示器、一个机载高清(HD)视频处理器组成,能传回稳定的高分辨率图像,并识别和跟踪目标,执行地理定位和地理跟踪。它还有一个开放式接口的有效载荷舱,可容纳各种有效载荷,这些载荷也很快且易于更换。


美国防高级研究计划局利用激光驱动无人机的工作原理是:通过将激光投射到覆盖“沉默猎鹰”机尾的太阳能电池板上来传输能量。飞机的机翼上有太阳能电池板,特别是背翼,机身上还有电池。电池提供了最初的电源,但当电池耗尽时,无人机操作员将激光束对准太阳能电池板,定期发射激光能使飞机充电,使其无限期地停留在高空。


美国防高级研究计划局将尝试在“无处不在的能量补充-能量束投射演示”项目下,让“沉默猎鹰”飞起来,从山腰向它发射激光。


“沉默猎鹰”太阳能无人机



“沉默猎鹰”无人机技术公司董事长约翰·布朗(John W.Brown)2018年8月2日表示,“无处不在的能量补充-能量束投射演示”计划于2019年1月开始测试,目标是通过激光给10千米外的无人机充电。虽然本次测试中激光与无人机之间的距离约为10千米,但未来可能会扩大。根据“沉默猎鹰”无人机技术公司发布的图样,激光传输的光能将被一个添加到垂尾上的光伏接收阵列拾取,这样的配置可以使地面激光器得到充分使用,而安装在机翼上的阵列无法提供这样的效率。通过太阳能电池板,可以在飞行中充电,并将任务延长到大约5h,但理论上只要接收到激光的电荷,无人机可以无限期飞行。


不过,用激光给无人机充电的能力也面临着一些障碍。首先,激光虽然可以从高空或地面站射向无人机,但研究小组承认向空中发射激光光束存在安全问题,因此这次测试期间激光将从一座山上的停机坪射向无人机,但这样也存在引发森林火灾的可能。其次,激光传播越远,强度就越低,且当激光路径中存在烟、雾霾或雨等物质时,无人机接收能量的能力会降低。美国防高级研究计划局估计该项目最远能为无人机充电6.8英里(约合11千米),但实际情况下,最大充电里程会有所不同。


布朗拒绝透露使用激光可以传输多少能量,但他相信激光充电的用途终将扩展,有望为搭载有人乘客的飞机提供动力。


如果美国防高级研究计划局和“沉默猎鹰”能够证明这一概念的有效性,它们就可以为在商业和军事领域运行的更远程无人机打开大门。无人机可以飞行数周完成一项合同或任务,直到任务完成后才着陆。目前,“沉默猎鹰”的太阳能电力推进系统允许它在高空停留5个小时,且取决于飞行条件。


布朗表示:“我们非常幸运能与美国防高级研究计划局合作,首次展示新型和创新的UAS技术。‘无处不在的能量补充-能量束投射演示’项目将为未来的能量束发射能力的应用奠定基础,并进一步展示嵌入‘沉默猎鹰’的技术的多功能性,‘沉默猎鹰’是唯一的远程长航时太阳能无人机。”


 
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