Иновацията постига рекордна ефективност от над 38 процента

Изследователски екип от Китайския университет за гражданска авиация разработи новаторска система за безжично зареждане на безпилотни летателни апарати чрез лазерен лъч по време на полет. Според публикация в научното списание „Matter & Light“, технологията постига 38,49% ефективност на преобразуване на енергията, което отваря пътя към създаването на дронове с практически неограничен обсег на действие.

Инженерно решение за охлаждане

За да създадат функционален приемник, учените, ръководени от Хан Дзяньхуа, използват тандемна архитектура, съчетаваща перовскитна клетка и термоелектрически генератор. Основно предизвикателство при концентрирането на мощен лазерен лъч е критичното нагряване, което достига до 80 – 90 °C. За да се справят с температурния шок, изследователите внедряват нанокристали от триселенид на антимон директно в матрицата на приемника.

Тези материали се отличават с ниска топлопроводимост и действат като защитна бариера за чувствителния перовскитен слой. Същевременно те поддържат нужния температурен градиент за работата на термоелектрическия генератор. Процесът подпомага увеличаването на размера на кристалите, което намалява вътрешните дефекти и подобрява транспорта на електроните. В лабораторни условия системата е осигурила стабилна работа на двигателя при 7 820 оборота в минута.

Аеродинамика и ефективност

Проектът е оптимизиран специално за реална интеграция в летателни апарати. Ефективността от 38,49% надминава 34-процентния праг за най-добрите перовскитно-силициеви тандемни клетки и удвоява показателите на досегашните системи за лазерно пренасяне на енергия.

Конструкцията включва интегрирани канали за въздушно охлаждане в самите крила на дрона. По време на движение постъпващият въздушен поток активно охлажда задната страна на термоелектрическия слой. По информация на изследователския екип, това решение не само повишава генерацията на електроенергия, но и намалява аеродинамичното съпротивление, генерирайки допълнителна подемна сила.

Предизвикателства пред внедряването

Въпреки успешните лабораторни изпитания, технологията тепърва трябва да бъде тествана в условията на реален полет. Основно препятствие остава разработката на прецизни системи за автоматично проследяване, които да задържат лазерния лъч върху движещия се дрон при турбулентност и неблагоприятни метеорологични условия.

Използването на високоенергийни лазери в открито въздушно пространство изисква и строги мерки за безопасност. Съвместно с колегите си от Университета Цинхуа, авторите на изследването подчертават нуждата от протоколи, които да елиминират риска за пилотираната авиация, дивата природа и наземния персонал, преди лазерно захранваните полети да станат масова реалност.