Čínský dron napájený laserem by mohl létat navěky  
Čínský tým vyvíjí technologii, která zahrnuje sofistikovaný laserový systém pro bezdrátový přenos energie. Tento laser cílí na fotoelektrický konvertor, který je na palubě dronu. V ideálním případě by takové drony létaly věčně, v reálu dlouhou dobu. Technologie je ještě v plenkách, ale mohla by nabídnout i civilní využití.
Čínský dron s fotoelektrickým konvertorem. Kredit: Northwestern Polytechnical University / China Daily.
Čínský dron s fotoelektrickým konvertorem. Kredit: Northwestern Polytechnical University / China Daily.

Pokud jde o drony, jejich zásadní slabinou bývá zdroj energie. Létání obvykle vyžaduje spoustu energie a tu je někde nutné vzít. První volbou jsou v podobných případech baterie, ty si ale dnes sahají na technologické limity. Obvykle jsou příliš těžké a obsahují málo energie na to, aby se úspěšně uplatnily ve vzduchu. Tím se otevírá prostor pro méně tradiční způsoby dodávání energie.

 

Testy nové technologie. Kredit: Northwestern Polytechnical University / China Daily.
Testy nové technologie. Kredit: Northwestern Polytechnical University / China Daily.

Čínský tým Northwestern Polytechnical University v Sien-jangu, v centrální provincii Šen-si, vyvinul nový typ dronu, který by teoreticky nikdy nemusel přistát, pokud tedy vyloučíme všechny ostatní faktory kromě energie. Nová technologie je založená na systému pro dálkový přenos energie, který využívá pozemní adaptivní laser a velmi pečlivě sleduje cíl, tedy napájený dron.

 

Další významnou komponentou technologie je nápadný fotoelektrický konvertor, umístěný ve spodní části dronu, který je cílem laserového paprsku a jeho energii přeměňuje na elektrickou. Podobné systémy nebývají příliš efektivní.

 

Laserem nabíjené drony nabízejí široké možnosti využití. Kredit: Northwestern Polytechnical University / China Daily.
Laserem nabíjené drony nabízejí široké možnosti využití. Kredit: Northwestern Polytechnical University / China Daily.

Přenášet energii vzduchem není jen tak. Přeměna elektřiny na laserový paprsek mívá účinnost cca 50 až 85 procent a při následné přeměně laserového paprsku zpět na elektřinu se účinnost pohybuje opět kolem 50 procent.

 

Nicméně, elektřina nebývá limitujícím zdrojem a ztráty energie mohou být přijatelné, pokud je výsledkem užitečný „věčně“ létající dron. S podobným systémem bezdrátového napájení dronu přišla v roce 2012 americká společnost PowerLight. Relativně velký dron udrželi ve vzduchu, tedy ve větrném tunelu, pod dobu 48 hodin. Také dokázali napájet energií dron Stalker od Lockheed Martin, v terénu a do vzdálenosti 600 metrů.

 

Čínský tým pro svou technologii vyvinul algoritmus pro chytré vizuální sledování laserem napájeného dronu, společně se systémem pro adaptivní změny tvaru laserového paprsku, jejichž účelem je kompenzovat změny v hustotě atmosféry. Technologie má k dispozici i nástroj, který identifikuje objekty v blízkosti paprsku a v případě potřeby okamžitě sníží výkon laseru. Podle dostupných záběrů tvůrci svou technologii testovali s malou kvadrikoptérou, v indoorovém prostředí, a také venku, ve dne i během noci. Na záběrech je patrné, že dron dosáhl výšky asi 10 metrů.

 

Použití laserového napájení naznačuje, že Čína počítá s takovými drony pro dlouhodobé operace ve velkých výškách. Drony napájené laserem by v takovém případě fungovaly jako levné satelity a nabízely by široké možnosti využití. U čínské technologie nejsou známé téměř žádné bližší informace. Zřejmě je ale stále ve fázi úvodních laboratorních testů. Zmíněná americká společnost PowerLight je mnohem „průhlednější“ a má již blízko ke komerčnímu využití jejich systému pro přenos energie laserem.

 

Literatura

New Atlas 12. 1. 2023.

Datum: 15.01.2023
Tisk článku

Související články:

Nový dron je napájen bezdrátovým přenosem energie přímo za letu     Autor: Stanislav Mihulka (22.10.2016)
Ericsson a PowerLight vyvíjejí výkonný systém pro bezdrátový přenos energie     Autor: Stanislav Mihulka (05.10.2021)
První laserem ovládaný dron na světě se snadno vyhne elektronické obraně     Autor: Stanislav Mihulka (28.07.2022)



Diskuze:

Vzducholoďě

Mintaka Earthian,2023-01-18 04:19:30

Divím se, jak málo jsou, při snaze udržet něco ve vzduchu, využívány vzducholodě.

Mají samozřejmě řadu nevýhod, (je to větší, nelétají tak rychle, působí na ně ve větší míře proudění vzduchu), ale mají i řadu výhod.

A také se divím, že při pokroku v materiálovém inženýrství, je neumíme "plnit" vakuem.

Umí někdo s větším vhledem do problematiky, vysvětlit proč?

Odpovědět


Re: Vzducholoďě

D@1imi1 Hrušk@,2023-01-18 09:22:01

Vakuum nezkoumají materiáloví inženýři nýbrž kvantoví fyzici. A zkondenzovat ho do pevného skupenství se jim zatím nepodařilo :))

(Pokud to náhodou nebylo myšleno jako vtip, spočítejte si plochu půdorysu vzducholodi a vynásobte atmosferickým tlakem, abyste si udělal představu. Na 1m2 tlačí atmosféra silou 10t a 1m3 nadnáší silou 1,3kg).

Odpovědět


Re: Re: Vzducholoďě

Mintaka Earthian,2023-01-18 11:37:48

Úplně vtip to nebyl.

Materiáloví inženýři by právě mohli přijít s materiálem, který bude lehký a zároveň pevný, aby ten atmosférický tlak udržel.

Třeba už to i máme:
https://techsvet.cz/nejnovejsi-zpravy/nejlehci-material-na-svete-je-lehci-nez-vzduch/mediatrend/

Tak, kde je zádrhel, proč už se to nevyužívá?

Odpovědět


Re: Re: Re: Vzducholoďě

Jirka Naxera,2023-01-18 18:04:09

Neni u aerogelu prave problem to "aero" v nazvu? To ze je tech nanotrubicek par miligramu na litr nijak nepomuze s tim, ze je to cele plne vzduchu, takze na udrzeni vakua to asi moc nebude?

Ona to vubec neni sranda, mnohem lepe se drzi pretlak (kde staci aby inzenyr nebyl uplny pitomec a trocha voskovaneho platna) nez podtlak, kde musite resit, aby to vubec udrzelo tvar, aby mala promacklina neznamenala, ze se to cele sesype a zmuchla.

Navic energeticka narocnost vyroby vakua je enormni, coz ve fyzice znamena, ze je tam velka motivace prechodu systemu do nizsiho energetickeho stavu (u nejakeho ultratenkeho materialu by bylo zajimave spocitat, jestli nahodou nebude potreba pocitat i s tunelovym jevem, netroufam si to tahle vycucat bez vypoctu z prstu, kazdopadne kazda prasklinka, nebo i vetsi prostor mezi molekulami materialu a je to v haji.)

Odpovědět


Re: Re: Re: Vzducholoďě

D@1imi1 Hrušk@,2023-01-18 20:29:33

Grafenový aerogel je nejlehčím pevným materiálem, nicméně NENÍ nejlehčím materiálem na světě, ani není lehčí než vzduch, jak tvrdí článek. Přinejmenším jde o zavádějící formulaci.

Aerogel si můžete představit jako nanoverzi pěnového polyuretanu (molitanu). Molitan je lehký materiál jen proto, že je plný dutin. Dutiny jsou obvykle vyplněné vzduchem, když ale molitan namočíte do vody, rázem bude těžký jako voda. Když ho z té vody vytáhnete, voda vyteče a molitan bude opět lehký. Stejně uvažujte o tom aergoelu. Je to prostě nanoporézní látka, jejíž hmotnost je součtem té pevné struktury plus plynu, který vyplňuje mikroskopické dutiny. Pokud je tím plynem vzduch, vždy bude aerogel v součtu těžší než vzduch.

Podařilo se mi najít například tento článek. Excplicitně se v něm píše, že grafenový aerogel se ve vzduchu nevznáší a je tvořen z 99,8% vzduchem. Sice tam zároveň matou tvrzením, že může nahradit vzácné helium, ale to bude patrně pro jinou aplikaci než jako náplň do vzducholodí a nebo článek zpracovával marketér bez pochopení tématu.
https://nanografi.com/blog/lighter-than-air-aerographenes-or-graphene-aerogels/

Mimochodem, kdyby materiáloví vědci nalezli levný a superpevný materiál, jistě první věc, kterou by z něj vyrobili a o které bychom se doslechli, by byla vakuová vzducholoď :-)
Trochu mi to připomíná seriál Knight Rider. Představte si, že vláda USA zná tajemství výroby nezničitelného materiálu. Co myslíte, že z něj jako první vyrobí? Samozřejmě že ne tank, stíhačku nebo nějaké neprůstřelné vesty pro vojáky, nýbrž superauto :))

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Vzducholoďě

Mintaka Earthian,2023-01-19 03:20:34

Děkuji za vysvětlující informace.
Hned to s tím vakuem / aerogelem, nevypadá tak růžově.

Na druhou stranu, "snění" či hledání materiálu, který by vytvářel nano-bublinky s vakuem uvnitř, bych zatím úplně nevzdával.
Když jsme zvládli tlak 108,6 MPa na dně Mariánské příkopové propadliny, tak je dost pravděpodobné, že si jednou poradíme i s tlakem jedné atmosféry 0,1 MPa.
Možná ten materiál vyrábět ve vesmíru a pak ho nechat plout ve vyšších vrstvách, kde ještě není takový tlak.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Vzducholoďě

D@1imi1 Hrušk@,2023-01-19 12:31:53

Tak snít člověk může, je to občas i zajímavé a zábavné, jen nereálné :-) Ale to vychází už z definice "snění".

Na následujícím videu se můžete podívat, jak si poradí vlaková cisterna s částečným vakuem (vzhledem k míře deformace odhaduji, že uvnitř mohl být tlak odpovídající cca 0,3 atmosferického tlaku.

https://www.youtube.com/watch?v=Zz95_VvTxZM

Přitom ta cisterna je z oceli, což je poměrně pevný materiál a má optimální symetrický tvar, aby mohla vzdorovat vnějšímu tlaku. Jistě by velmi pomohlo, kdyby byl uvnitř té cisterny drátěný výplet podobný tomu, který stabilizuje tvar ráfku jízdního kola. Potom by zřejmě ta cisterna neměla problém odolat. (Podobný výplet nakonec měly i velké předválečné vzducholodě, aby udržely tvar.) Jenže ten nepoměr mezi hmotností cisterný a nadnášející silou je zhruba o dva řády. Ta cisterna bude mít objem řádově 100m3 a její hmotnost bude v tunách. Potřeboval byste proto materiál, který je stejně pružný a pevný v tlaku jako ocel, přitom 100x lehčí. A takový materiál neexistuje. Přinejmenším ne v makroskopickém množství. (Mimochodem kdyby to bylo opačně - tedy že byste měl stejně těžký materiál jako ocel, který by byl 100x pevnější, fungovalo by to jinak - hůře. Musel byste z něj napřed vytvořit nějakou 3D strukturu, abyste dosáhnul podobných vlastností. Například voštinu. A to už je zase složitější na výrobu a hůře se s takovým materiálem pracuje.)

Kdybyste naopak chtěl vynalézt nějakou "vakuovou nanopěnu" s uzavřenou strukturou, čelil byste stejným obtížím jako u té cisterny. Jednotlivé komůrky by musely mít řádově tenčí stěny než ta cisterna a pod atmosferickým tlakem by se opět deformovaly. A netvrdím, že to je jednoznačně vyloučené, ale je z inženýrského hlediska nesrovnatelně jednodušší vzít nepropustný vak a napustit jej heliem (vodíkem, neonem...).

P.S. Přiznávám, že jsem si asi v šestnácti letech počítal, jak velká by musela být vakuovaná skleněná koule s určitou sílou stěny, aby se vznášela ve zduchu. :-) Sklo mi připadalo jako zajímavý materiál, protože je lehčí než ocel a má velkou pevnost tlaku.

Odpovědět

Michal Kyt,2023-01-15 21:35:07

Nechapem jednej veci. Pri skumani UFO vysla sprava ze za neznamimi lietajucimi objekatmi mozu spehovacie zariadenia inych velmoci a ze sa obavaju cinskeho technologickeho pokroku a tuna je clanok ako cinska armada chce vyuzivat drony napajane laserom. Nejako mi to nevychadza.

Odpovědět

Laserem napájený vojenský dron?

Jirka Naxera,2023-01-15 18:26:10

Nechci býti kverulant, ale laserem napájený vojenský dron mi připadá pro vojenské využití poněkud nevhodný, i kdyby se rozptýlilo jen promile energie, mám neodolatelný pocit, že bude viditelný desítky kilometrů daleko.

U civilního využití to samozřejmě nevadí.

Odpovědět


Re: Laserem napájený vojenský dron?

D@1imi1 Hrušk@,2023-01-15 23:42:03

Já bych se bál toho laseru v civilním prostoru.

Jinak využití mě napadá např. pro napájení nějakých komunikačních uzlů. Ty stejně vyzařují, ale může být složité k nim dostat napájení.

Odpovědět


Re: Re: Laserem napájený vojenský dron?

Jirka Naxera,2023-01-16 01:21:04

Tak (mám jen mlhavé zbytky znalostí, doufám že mě někdo zkušenější opraví), ve vzdušném prostoru G (do 300m) je to jedno, v CTR letiště prostě nesmíte a jinde kromě padáčkáře nic nepotkáte, a jestli chce létat vysoko, tak stejně bude muset mít odpovídač a dá se s tím pracovat. Ostatně mechanická srážka dronu s érem by byl mnohem větší průšvih než ten laser.

Odpovědět


Re: Laserem napájený vojenský dron?

Petr Nováček,2023-01-16 00:09:18

To záleží na jaké úrovni je soupeřova protiletadlová obrana. Například rusové používají jednoduché drony Orlan, které létají nad ukrajinskými zákopy klidně hodiny a nikdo je nesestřelí.
Takovýto dron napájený laserem by mohl být hlavně levný, protože nemusí mít drahý benzínový motor nebo velkou baterii a hlavně bude lehčí. Mnoho levných dronů může znamenat pro protivníka velký problém. Například iránské mopedy používané rusy prý stojí 500 tis Kč a na jejich sestřelení používají ukrajinci německé rakety, jedna stojí 10 mil Kč a jsou potřeba dvě.

Odpovědět


Re: Re: Laserem napájený vojenský dron?

Jirka Naxera,2023-01-16 01:14:39

A nebo skoro zadarmo Gepardem, v průměru za 6 výstřelů https://yewtu.be/watch?v=_PWJ97KcnmA
Ale hlavní problém na frontě je v té viditelnosti, když ten dron nevidíte, tak těžko po něm střílet. (a zjevně ne na každém půl kilometru fronty mají radar). Když si na to nepřítel posvítí laserem, (předpokládejme že nad nepřátelským územím, doma stačí přistát), tak to celkem změní situaci, jak ve viditelném spektru, tak i v infra.

Odpovědět


Re: Laserem napájený vojenský dron?

Dagmar Gregorová,2023-01-16 08:45:12

V původním čínském zdroji se o vojenském využití nic netvrdí, opak je pravdou. Uvádí příklad "pátrání po turistech uvězněných v náhlé bleskové povodni", kdy běžným dronům docházely baterie, což hledání komplikovalo.
Když napíši, že si vojenské využití západní zdroje tak nějak automaticky přimyslí, i když je to u laserem nabíjených dronů dost nelogické, budu za proputinovského švába?
Nicméně: https://shx.chinadaily.com.cn/a/202212/30/WS63ae4443a3102ada8b22907e.html
Jakýkoli překladač to přeloží...
O vojenském využití je třeba zpráva o včerejším startu rakety Falcon Heavy, a tak máme nad hlavou další vojenský satelit: https://www.space.com/spacex-falcon-heavy-ussf-67-mission-success
(Primárním satelitem na USSF-67 je Continuous Broadcast Augmenting SATCOM 2 (CBAS-2), který míří na geostacionární oběžnou dráhu, asi 22 200 mil (35 700 kilometrů) nad Zemí.
CBAS-2 "poskytne schopnosti komunikačního relé na podporu našich vyšších vůdců a velitelů bojových jednotek," uvedli představitelé Space Force. "Posláním CBAS-2 je rozšířit stávající vojenské satelitní komunikační schopnosti a nepřetržitě vysílat vojenská data prostřednictvím vesmírných satelitních přenosových spojů.")
A Číňané také vynášeli recentně co-to na oběžnou dráhu...

https://youtu.be/hgZcyrllL8A

Odpovědět


Re: Re: Laserem napájený vojenský dron?

Jirka Naxera,2023-01-16 14:17:02

A to já myslím, že se žádny proputinovský šváb nekoná, spíš jste uhodila hřebík na hlavičku. To Vaše vysvětlení, že automaticky Čína musí být zobrazena jako nepřítel mi v dnešní době připadne jako zcela logické a naprosto uvěřitelné. Bohužel.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace