撰文|小魔
四軸無人機可能是近些年來最有用的科技發(fā)明之一，它靈便小巧、機械穩(wěn)定性好、場地適應(yīng)性強，且造價低廉，能幫助人類完成影像拍攝、高空監(jiān)測、運輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之類的多種工作。
最近在以色列國防科技公司ElbitSystems的開發(fā)下，四軸無人機甚至還能變身為殺傷性武器，提升戰(zhàn)場作戰(zhàn)人員的對敵能力。
然而，四軸無人機雖有萬般好，但由于尺寸所限，往往它并不能攜帶太大容量的動力電池，這也使其無法進行長時間的飛行活動。
那么在動力電池技術(shù)沒有重大突破的情況下，還有什么方法能讓四軸無人機提高飛行時長么？
還別說，來自中國咸陽西北工業(yè)大學(xué)的研究人員最近就展示了一種永遠不需要降落的無人機，這算是從根本上解決了四軸無人機飛行時間短的缺點。
這款無人機能一直飛在天上是因為它擁有一個非常特別的遠程無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)會通過地面上的自適應(yīng)目標(biāo)跟蹤激光為無人機源源不斷地供電。
相較于市面上的其他四軸無人機，咸陽西北工業(yè)大學(xué)展示的這款無人機唯一的不同之處在于其底部安裝了一個類似太陽能光伏電池板的光電轉(zhuǎn)換器，當(dāng)無人機起飛后轉(zhuǎn)換器就會接收外界的激光并把它轉(zhuǎn)化為飛行所用的電能。
適配手機的激光充電系統(tǒng)
就目前而言，在無線電力傳輸系統(tǒng)中，以光電轉(zhuǎn)換作為充電方式的硬件技術(shù)其實已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)不錯，盡管它的整體效率還不是很高。
一般來說，在能量發(fā)射端，電能轉(zhuǎn)換到激光的效率可以在50-85%之間，這本身取決于使用的激光器有多高級，而在接收端，當(dāng)激光再次轉(zhuǎn)換回電能時，還會再次出現(xiàn)50%左右的能量損失。
考慮到電能在當(dāng)下能源價格中算是比較便宜的，如果選擇以光電轉(zhuǎn)換進行無線充電，那么在可接受的電能損失內(nèi)，就意味著你將能夠擁有一臺永遠不需要降落的無人機了。
咸陽西北工業(yè)大學(xué)并非首家為飛行器研發(fā)遠程激光充電技術(shù)的工程團隊，早在2012年，總部位于華盛頓的PowerLight公司（前身為LaserMotive）曾展示過類似的無線無人機充電系統(tǒng)。
該公司在風(fēng)洞中使一架大型無人機保持了48小時的飛行時長，并且他們還為洛克希德·馬丁公司的一架Stalker無人機在室外最遠600米的范圍內(nèi)進行過無線充電。
不過，咸陽西北工業(yè)大學(xué)團隊對比前者更進一步的地方在于他們開發(fā)了一系列提升激光充電系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。
其中包括一種“智能視覺跟蹤算法”，通過這個算法，就能夠保持發(fā)射端的激光光束會一直對準(zhǔn)無人機，同時他們還開發(fā)出了一種可以補償大氣密度變化的自適應(yīng)光束整形系統(tǒng)，以及一種識別障礙物并迅速將激光功率調(diào)整到安全水平的方法。
將這些功能算法整合后，他們用一架小型四軸無人機對整個遠程激光充電系統(tǒng)進行了測試，并演示了其在室內(nèi)開燈和關(guān)燈時的工作情況，以及夜間在室外的工作情況，視頻顯示無人機的飛行高度約為10米。
激光充電系統(tǒng)的遠距離能力表明，這種系統(tǒng)可以為高空無人機作戰(zhàn)打開一扇新大門，它可以有效地創(chuàng)建持久性的空中戰(zhàn)斗平臺，能夠發(fā)揮類似低空衛(wèi)星的作用，不過不可否認的是，多旋翼飛行器能否正常工作仍要考慮天氣因素。
考慮到具備不落地能力的無人機有著極高的軍事潛力，咸陽西北工業(yè)大學(xué)團隊并沒有向外界公布該遠程充電系統(tǒng)的激光功率輸出、系統(tǒng)范圍或充電效率等等具體信息，并且該遠程激光充電系統(tǒng)顯然仍處于實驗室早期原型機的階段。
不過它如果真能走出實驗室，鑒于這是一種將激光指向天空的設(shè)備，不排除民用或商用領(lǐng)域會出現(xiàn)監(jiān)管方面阻力的可能。
另一方面，美國PowerLight則在研發(fā)更接近商業(yè)化的遠程充電系統(tǒng)，該公司表示，他們的目標(biāo)是推出一款長距離、輕量級、緊湊型的無線激光電力傳輸系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)會搭載功能性安全關(guān)閉系統(tǒng)，甚至它還能在不受任何天氣條件的影響工作。
好吧，作為熱愛和平的普通市民，我們暫且不去關(guān)注遠程激光充電在軍事領(lǐng)域方面能發(fā)揮多大作為，在日常生活方面，這種技術(shù)如果能得到應(yīng)用，至少會讓各種意義上的電動飛行器受益匪淺。
特別是近兩年熱門的eVTOL空中出租車，對于它們來說遲遲無法像電動汽車那樣進入大規(guī)模商用化，除了法規(guī)問題，最主要的還是因為它們的電池密度和續(xù)航能力都還達不到用戶的實際需求。
不過有了遠程激光充電的支持，當(dāng)這些東西再飛過頭頂時，如果有全市范圍內(nèi)的激光充電器為其供應(yīng)能量，那么駕駛和乘坐它的用戶們也就不會再產(chǎn)生所謂的續(xù)航與充電焦慮，如此一來飛行出租車之類的新世代交通工具也就有了更多的商業(yè)意義。
但是大家也都明白，在這種東西被合法批準(zhǔn)并準(zhǔn)備用于城市之前，它還有很長一段路要走。
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