레이저 빔의 전기: DARPA POWER 연구 프로그램
POWER 프로그램 계획. 첫 번째 단계에서는 지상 시설 간의 에너지 전달을 테스트하고 공기 구성 요소를 도입하기 시작합니다.
다른 현대 군대와 마찬가지로 미군은 전력 공급에 크게 의존합니다. 위치에 따라 단위 및 구획은 기존 인프라 또는 자체 이동식 발전소에서 전기를 받습니다. 후자의 경우 연료 공급에 어려움과 위험이 따를 수 있습니다. 이와 관련하여 에너지 생성 또는 전송의 새로운 원리에 대한 탐색이 꽤 오랫동안 진행되었습니다. 따라서 DARPA 기관은 현재 레이저 빔을 사용하여 에너지를 전송할 가능성을 연구하는 POWER 프로그램을 수행하고 있습니다.
무선 에너지
2022년 XNUMX월 초 DARPA는 처음으로 새로운 에너지 연구 프로그램의 시작을 발표했습니다. 이 연구는 Persistent Optical Wireless Energy Relay 또는 줄여서 POWER라고 불렸습니다.
POWER 주제가 처음으로 공개적으로 언급될 때까지 기관의 전문가들은 일반 개념을 작성하고 추가 작업이 필요한 영역을 식별했습니다. 그들은 또한 개발의 여러 단계를 제공하는 계획을 채택했습니다.
이름에서 알 수 있듯이 이 프로그램의 목표는 광학적 수단을 사용하여 "공중"으로 전력을 전송하는 기술을 찾고 개발하는 것입니다. 적절한 수준의 개발을 통해 이러한 장치는 필요한 범위에 상당한 전력을 전송할 수 있다고 가정합니다. 기술 및 운영 특성의 조합 측면에서 프로젝트의 유리한 개발로 POWER 시스템은 탱크 트럭과 함께 육상 전력선 또는 디젤 발전기와 같은 기존 방법 및 수단을 능가해야 합니다.
무인 중계기 등장 가능성
연구 프로그램은 여러 단계로 나뉩니다. 첫 번째 단계에서 그들은 주요 문제를 해결할 수 있는 근본적인 가능성을 보여주고 최적의 구성 요소와 수단을 찾을 것입니다. 다음 두 단계는 작동 중인 시스템의 구현을 허용하는 지표에 대한 액세스와 함께 이러한 기술의 추가 개발 및 확장을 제공합니다.
DARPA 기관의 부서 중 하나가 POWER 프로그램에 참여하는 것으로 알려져 있습니다. 다른 조직 및 기업이 참여했는지 여부는 아직 지정되지 않았습니다. 또한 작업 세트의 총체적 복잡성으로 인해 기관은 대략적인 작업 완료 날짜와 완성된 시스템의 작동 시작 가능성을 제공할 수 없습니다.
기술적 측면
POWER 프로그램은 여러 구성 요소를 기반으로 하는 동력 전달 시스템의 개발을 제안합니다. 이러한 시스템에는 전송 및 수신 스테이션과 필요한 경우 중간 중계기가 포함되어야 합니다. 고객의 특정 요구 사항에 따라 시스템 구성 요소는 서로 다른 디자인과 특성을 가져야 합니다.
전송 스테이션은 전원 또는 관련 인프라 근처에 위치하도록 제안됩니다. 이러한 스테이션의 주요 요소는 충분한 방사능과 장기간 연속 작동 가능성이 있는 레이저입니다. 스테이션은 그리드/발전기의 전기를 레이저 빔으로 변환해야 합니다. 적절한 광학 장치의 도움으로 빔이 수신기를 향하도록 제안됩니다.
그러면 수신 스테이션은 태양광 패널로 레이저 빔을 포착하고 빛 에너지를 전기 에너지로 변환해야 합니다. 또한 전기는 소비자에게 분배될 수 있습니다.
송수신 스테이션 시스템은 시야 내에서만 작동할 수 있습니다. 장거리로 에너지를 전송하기 위해 시스템에 중간 중계기를 포함하는 것이 제안됩니다. 전기 시스템을 통한 반사 또는 변환으로 인해 레이저 빔을 수신하고 추가로 전송할 수 있는 일종의 시스템이 될 것입니다.
따라서 POWER 시스템을 만들 때 DARPA 전문가 및 관련 조직은 다양한 복잡성의 여러 엔지니어링 문제를 해결해야 합니다. 예를 들어, 정확한 빔 유도 기능을 갖춘 고출력 레이저 이미터를 만드는 것은 매우 현실적인 작업입니다. 미국에서 유사한 군사 시스템이 많이 만들어졌으며 얻은 경험은 새 프로젝트에 도움이 될 것입니다. 수신 스테이션도 매우 간단합니다.
리피터와 이를 위한 플랫폼을 만들 때 가장 큰 어려움이 예상됩니다. 그들은 한 장소에 오랫동안 머물면서 에너지 전달을 제공할 수 있는 무인 항공기를 기반으로 수행할 수 있습니다. 원하는 특성과 기능을 갖춘 완전히 새로운 UAV를 개발해야 할 수도 있습니다.
별도의 작업은 빔을 다음 중계기 또는 수신 스테이션으로 리디렉션하는 실제 장치를 개발하는 것입니다. 이를 위해 미래에는 빔을 지향하고 추가로 초점을 맞출 수 있는 거울과 렌즈가 있는 광학 시스템을 사용하기를 원합니다. 임시 해결책으로 태양 전지판과 레이저가 있는 시스템을 사용할 수 있습니다.
미군 요원이 소형 발전기를 가동합니다.
전송 모드에 관계없이 시스템은 모든 수단, 일차 및 중간에 대한 정확한 안내가 필요합니다. 전송의 어느 단계에서든 누락이 있으면 수신 스테이션에서 빔이 손실되어 소비자에게 전기가 공급되지 않습니다.
POWER 시스템의 테스트 및 개발은 새로운 구성 요소 및 장치를 사용할 수 있게 되면 XNUMX단계로 수행됩니다. 따라서 실험은 제한된 거리에서 지상국 사이의 전기 전송으로 시작됩니다. 그런 다음 새로운 UAV가 테스트에 참여합니다. 아마도 이 단계에서 빔을 전기로 또는 그 반대로 중간 변환하는 것이 사용될 것입니다.
마지막으로 세 번째 단계에서는 전체 시스템의 테스트가 시작됩니다. 송신 스테이션에서 수신 스테이션까지 레이저 빔은 중간 UAV의 광학 시스템을 통과합니다. 물론 필요한 수준의 성능으로 그러한 장치를 만들 수 있다면.
단점과 장점
DARPA는 POWER 개념에 완전한 프로젝트를 개발하기 어렵고 완성된 시스템의 작동에 제한을 가하는 여러 가지 단점이 있음을 이해합니다. 그럼에도 불구하고 작업을 계속하고 가능하면 부정적인 요소의 영향을 줄일 계획입니다.
우선, 문제의 원인은 레이저 빔 자체입니다. 대기권을 통과하면서 힘을 잃습니다. 또한 대기 및 기상 현상으로 인해 차단될 수도 있습니다. 결과적으로 그러한 전송의 신뢰성과 효율성은 낮을 것입니다. 구성에 관계없이 레이저 전송 시스템은 장거리에서 사용할 수 없습니다.
미 육군 기지 중 한 곳의 태양광 패널
정확한 빔 유도 시스템은 시스템 성능뿐만 아니라 안전에도 영향을 미칩니다. POWER의 일부로 전투 시스템에 사용되는 것과 유사한 고출력 레이저를 사용해야 합니다. 따라서 빔을 가리킬 때 빗나가면 위협이 됩니다. 빔은 릴레이 드론을 손상시키거나 지상 물체에 손상을 줄 수 있습니다.
모든 기술적 문제를 성공적으로 해결하고 예상되는 문제를 제거하더라도 POWER 시스템은 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 에너지 전송 비용도 과도하게 높아 대량으로 배치하고 사용할 수 없습니다. 최소한 총 비용과 단위 비용 측면에서 디젤 발전기와 탱크 트럭을 유지하는 것이 훨씬 더 유리할 것입니다.
모호한 사업
따라서 DARPA 기관은 흥미롭지만 모호한 개념에 대한 과학적이고 실용적인 연구를 시작했습니다. POWER 프로그램은 기술적 관심사이며 중요하고 흥미로운 신기술을 만드는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 작업의 성공적인 완료와 작동 가능한 동력 전달 시스템의 생성은 보장되지 않습니다.
POWER 프로그램은 연구 개발 단계를 거쳐 개별 구성 요소를 테스트하는 데까지 갈 가능성이 높습니다. 그러나 추가 개발에는 의문이 있습니다. 이러한 시스템의 기술적, 경제적 및 운영적 특성의 예상 비율은 극히 낮은 수준입니다. 국방부는 단순히 프로그램 결과에 관심이 없고 추가 작업을 승인하지 않을 수 있습니다.
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