2025年5月21日,美国国防部高级研究计划局(DARPA)领导的持久光无线能量中继(POWER)项目在近期开展的一系列测试中取得重大突破,其主导的光功率接收器阵列演示(PRAD)测试创造了多项远距离传输功率的纪录,为实现能量从易于发电地点到所需地点的瞬间传输这一长期目标迈出了关键一步。

突破性测试数据,刷新传输纪录
在此次测试中,团队记录到在8.6公里外的激光器上,30秒内传输的功率超过800瓦,整个测试过程中传输的能量超过1兆焦耳。此前,已报道的可观光功率(>1微瓦)的最大远距离传输纪录为:在1.7公里距离上,平均功率为230瓦,持续25秒;以及在3.7公里距离上,功率较小但未公开。相较之下,PRAD测试在传输距离和功率上均实现了大幅提升,展现出强大的技术优势。
多方协作,构建强大研发团队
该项目汇聚了业界和政府的力量,由DARPA领导,美国海军研究实验室(USNRA)和位于美国陆军白沙导弹靶场的高能激光系统测试设施(HELSTF)等参与其中。这种跨领域、跨机构的合作,为项目的顺利开展和技术突破提供了坚实的保障。
创新接收器技术,奠定传输基础
为实现功率和距离纪录,PRAD采用了由TeravecTechnologies公司设计的接收器技术,首席研究员RaymondHoheisel领导,PacketDigital公司和罗彻斯特理工学院提供支持。该接收器具有紧凑的孔径,方便激光束照射,确保进入接收器后几乎没有光逸出。在接收器内部,激光进入中心孔径后撞击抛物面镜,随后反射到排列在设备内部的数十个光伏电池上,这些光伏电池将能量转换回可用电能。这种设计不仅提高了能量转换效率,还为技术的可扩展性奠定了基础,据研究人员介绍,该技术可扩展到更高的功率水平,并能集成到无人机等不同平台中,以支持POWER计划的长期需求。

直面大气挑战,验证技术可行性
在测试中,发射器和接收器都设置在地面上,这意味着光束需要穿过大气层最厚的部分,大气影响更为显著。'由于需要穿越的大气层少得多,相对于地面,将能量光束直接向上或向下发射要容易得多,'POWER项目经理保罗・贾菲说道,'对于PRAD,我们希望在最大程度地考虑大气影响的情况下进行测试。'这种测试环境更贴近实际应用场景,验证了技术在复杂条件下的可行性。
虽然效率并非本次演示的重点,但团队测量到,在较短距离内,激光器输出光功率到接收器输出电功率的效率超过20%。此次演示的目标是快速验证新设计大幅扩展潜在传输距离的能力,因此在设计和制造测试接收器时进行了权衡,接收器在大约三个月内就完成了,体现了项目团队高效的研发能力。
降低技术风险,开启项目新阶段
随着PRAD测试的完成,POWER项目显著降低了实现长距离能量传输的关键要素的风险。目前,该项目正在推进,以展示集成中继器和垂直输电的优势,并正在寻求潜在合作伙伴,以协助完成项目的第二阶段。这一成果为不受燃料限制的平台能力开辟了全新的设计空间,有望在未来实现能量的高效、远距离无线传输,在军事、航天、偏远地区供电等领域具有广阔的应用前景。
PRAD测试的成功是POWER项目的重要里程碑,标志着无线能量传输技术在远距离功率传输方面取得了实质性突破,为后续的技术研发和实际应用奠定了坚实基础。
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