Đột phá gần đây của DARPA trong truyền tải năng lượng không dây đã gây ra cuộc tranh luận sôi nổi về rủi ro an toàn và ứng dụng thực tế. Cơ quan nghiên cứu quân sự này đã thành công trong việc truyền tải hơn 800 watt năng lượng qua khoảng cách 5,3 km bằng công nghệ laser, phá vỡ các kỷ lục trước đó về khoảng cách và công suất. Tuy nhiên, cộng đồng công nghệ đang đặt ra những câu hỏi nghiêm túc về mối nguy hiểm của các tia laser công suất cao trong không gian công cộng.
Kỷ lục truyền năng lượng không dây của DARPA
- Công suất truyền tải: hơn 800 watt
- Khoảng cách: 5,3 kilômét (3,3 dặm)
- Thời gian: 30 giây
- Tổng năng lượng truyền tải: Hơn 1 megawatt-giây
- Hiệu suất: 20% (từ quang học sang điện)
- Kỷ lục trước đó: 220 watt ở khoảng cách 1,7 kilômét trong 25 giây
Mối lo ngại về an toàn trở thành tâm điểm
Các cuộc thảo luận sôi nổi nhất tập trung vào những nguy cơ tiềm ẩn của các tia laser vô hình đi qua những khu vực có thể có người hiện diện. Các thành viên cộng đồng lo lắng về việc tiếp xúc tình cờ có thể gây ra thương tích nghiêm trọng hoặc tử vong. Mối lo ngại này còn vượt xa việc tiếp xúc trực tiếp với con người - các bề mặt phản xạ xâm nhập vào đường đi của tia laser có thể tán xạ ánh sáng laser nguy hiểm trên diện rộng, có khả năng làm mù người ở khoảng cách xa.
Điều tôi lo ngại là đó là tia laser hoang dã trong không gian có thể là công cộng. Bất kỳ ai vô tình băng qua đường vô hình đó có thể bị giết hoặc bị thương nặng.
Một số người đề xuất các giải pháp như hệ thống chuyển tiếp mặt đất-vệ tinh-mặt đất hoặc đường hầm ngầm, mặc dù những cách tiếp cận này sẽ phần lớn làm mất đi những lợi thế chính của công nghệ. Quân đội đã thử nghiệm hệ thống của họ tại White Sands Missile Range , nơi việc tiếp cận công chúng được kiểm soát nghiêm ngặt, nhưng việc triển khai trong thế giới thực sẽ đối mặt với những thách thức an toàn phức tạp hơn nhiều.
Hạn chế kỹ thuật và câu hỏi về hiệu suất
Trong khi DARPA đạt được hiệu suất 20% trong việc chuyển đổi ánh sáng laser thành năng lượng điện, hiệu suất tổng thể của hệ thống vẫn còn kém khi tính đến toàn bộ chuỗi năng lượng. Việc chuyển đổi điện thành ánh sáng laser, truyền qua khí quyển và chuyển đổi ngược lại thành điện dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể. Điều này khiến công nghệ không phù hợp cho các ứng dụng lưới điện dân sự, nơi các đường dây dòng điện một chiều điện áp cao đạt hiệu suất trên 90%.
Các điều kiện thử nghiệm trong khí quyển cũng bị chỉ trích. Được thực hiện tại sa mạc New Mexico ở độ cao lớn, cuộc thử nghiệm đã tránh được độ ẩm và điều kiện thời tiết có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất trong nhiều tình huống thực tế. Hơi nước hấp thụ năng lượng laser rất mạnh, có khả năng giảm hiệu suất từ 20% xuống còn dưới 1% trong môi trường ẩm ướt.
So sánh hiệu suất
- Truyền năng lượng bằng laser: ~20% quang học sang điện (hiệu suất tổng thể của hệ thống thấp hơn nhiều)
- Đường dây điện HVDC: hiệu suất 90%+
- Tác động khí quyển: Độ ẩm có thể làm giảm hiệu suất từ 20% xuống còn <1%
- Quy mô công suất: 800 watt so với megawatt đối với truyền tải truyền thống
- Khoảng cách: 5,3 km so với hàng nghìn kilometer đối với HVDC
Ứng dụng quân sự thúc đẩy phát triển
Bất chấp những lo ngại về hiệu suất, công nghệ này cho thấy triển vọng cho các ứng dụng quân sự cụ thể, đặc biệt là hoạt động máy bay không người lái. Việc truyền tải năng lượng liên tục có thể loại bỏ các hạn chế về nhiên liệu cho máy bay không người lái, thay đổi cơ bản khả năng hoạt động của chúng. Khả năng cung cấp năng lượng cho các cảm biến và thiết bị từ xa mà không cần đường tiếp tế vật lý mang lại lợi thế chiến thuật đáng kể.
Cộng đồng nhận ra rằng các ứng dụng quân sự hoạt động dưới những ràng buộc khác với việc sử dụng dân sự. Hiệu suất ít quan trọng hơn khi phương án thay thế là hậu cần bất khả thi hoặc thất bại nhiệm vụ. Tuy nhiên, trọng tâm quân sự này làm dấy lên thêm lo ngại về tiềm năng vũ khí hóa, vì các hệ thống laser công suất cao có những tác động kép rõ ràng.
Thông số kỹ thuật
- Thiết kế bộ thu: Gương parabol phản xạ lên hàng chục tế bào quang điện
- Địa điểm thử nghiệm: White Sands Missile Range , New Mexico (độ cao 1.200+ mét)
- Điều kiện khí quyển: Truyền tín hiệu mặt đất đến mặt đất qua toàn bộ khí quyển
- Thời gian phát triển: Bộ thu hoàn thành trong khoảng 3 tháng
- Nhóm nghiên cứu: Teraview Technologies , Packet Digital , Rochester Institute of Technology
 |
|---|
| Cảnh quan sa mạc đẹp như tranh vẽ này phản ánh những khu vực thử nghiệm xa xôi nơi công nghệ truyền tải năng lượng của DARPA có thể được áp dụng cho các hoạt động quân sự |
Thách thức và cơ hội tương lai
DARPA đang tiến hành phát triển Giai đoạn 2, tập trung vào các relay tích hợp và truyền tải năng lượng theo chiều dọc. Công nghệ này cuối cùng có thể cho phép các loại hệ thống năng lượng dựa trên không gian mới hoặc hỗ trợ hoạt động tại các địa điểm xa xôi nơi việc cung cấp năng lượng truyền thống là không thực tế.
Đột phá này đại diện cho một bước tiến đáng kể trong truyền tải năng lượng không dây, nhưng việc áp dụng rộng rãi sẽ đòi hỏi giải quyết những thách thức cơ bản về an toàn và hiệu suất. Phản ứng trái chiều của cộng đồng công nghệ phản ánh cả sự phấn khích về các khả năng và những lo ngại thực tế về các rào cản thực tế vẫn còn tồn tại.
Tham khảo: DARPA program sets distance record for power beaming
 |
|---|
| Cánh tay robot tinh vi tượng trưng cho tiềm năng đổi mới và công nghệ tiên tiến thúc đẩy các phát triển tương lai của DARPA trong truyền tải điện không dây |