وتعليقًا على مقال الدفاع الجوي في الجيل الرابع ، "اشتبك" مع TOP2 بشأن مسألة تزويد الطاقة اللاسلكية عن بعد للطائرات بدون طيار الصغيرة والصغيرة جدًا (انظر هنا) ، وكذلك حول الموضوع: خوارزمية سرب (وكلاء) للطائرات بدون طيار وآفاق الدفاع الجوي "الجيل الرابع". سأحاول تسليط الضوء على مسألة نقل الطاقة اللاسلكية على حد علمي. تعد خوارزمية السرب (مفهوم العوامل) وعدم الكفاءة المحتملة لأنظمة الدفاع الجوي الحالية ، بشكل عام ، موضوعًا لمقال منفصل.
يعتبر نقل الكهرباء بدون أسلاك طريقة لنقل الطاقة الكهربائية دون استخدام عناصر موصلة في الدائرة الكهربائية.
في أواخر القرن التاسع عشر ، أثار اكتشاف إمكانية استخدام الكهرباء لتوهج المصباح الكهربائي انفجارًا في الأبحاث لإيجاد أفضل طريقة لنقل الكهرباء.
تمت دراسة الإرسال اللاسلكي للطاقة أيضًا بنشاط في بداية القرن العشرين ، عندما أولى العلماء اهتمامًا كبيرًا للبحث عن طرق مختلفة لنقل الطاقة لاسلكيًا. كان الغرض من البحث بسيطًا - إنشاء مجال كهربائي في مكان واحد بحيث يمكن اكتشافه بواسطة الأجهزة عن بعد. في الوقت نفسه ، بذلت محاولات لتزويد الطاقة من مسافة ليس فقط لأجهزة الاستشعار عالية الحساسية لاكتشاف الجهد ، ولكن أيضًا إلى مستهلكي الطاقة المهمين. وبالتالي، في عام 1904 في St. حصل Louis World's Fair على جائزة لإطلاق ناجح لمحرك طائرة بسعة 0.1 حصان ، نفذت على مسافة 30 م.
معلمو "الكهرباء" معروفون للكثيرين (ويليام ستورجون ، ومايكل فاراداي ، ونيكولاس جوزيف كالان ، وجيمس كلارك ماكسويل ، وهاينريش هيرتز ، ومالون لوماس ، وما إلى ذلك) ، لكن قلة من الناس يعرفون أن الباحث الياباني هيديتسوجو ياغي استخدم هوائيًا مطورًا خاصًا به لنقل الطاقة. في فبراير 1926 ، نشر نتائج بحثه ، الذي وصف فيه هيكل وطريقة ضبط هوائي ياغي.
تم تنفيذ أعمال ومشاريع جادة للغاية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في الفترة 1930-1941. وبالتوازي في Drittes Reich.
بطبيعة الحال ، للأغراض العسكرية بشكل أساسي: هزيمة القوى البشرية المعادية ، وتدمير البنية التحتية العسكرية والصناعية ، إلخ. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم أيضًا تنفيذ عمل جاد على استخدام إشعاع الميكروويف لمنع التآكل السطحي للهياكل المعدنية والمنتجات. لكن هذه قصة منفصلة تتطلب استثمارًا كبيرًا للوقت: مرة أخرى ، عليك الصعود إلى علية متربة أو قبو مغبر بنفس القدر.
كرس الأكاديمي بيوتر ليونيدوفيتش كابيتسا ، أحد أكبر الفيزيائيين الروس في القرن الماضي ، الحائز على جائزة نوبل ، جزءًا من سيرته الذاتية الإبداعية للبحث في احتمالات استخدام تذبذبات وموجات الميكروويف لإنشاء أنظمة نقل طاقة جديدة وعالية الكفاءة.
في عام 1962 ، كتب في مقدمة دراسته:
من بين القائمة الطويلة للأفكار التقنية الرائعة التي تم تنفيذها في القرن العشرين ، ظل حلم النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية دون تحقيق. أثارت الأوصاف التفصيلية لحزم الطاقة في روايات الخيال العلمي استفزاز المهندسين بحاجتهم الواضحة والتعقيد العملي للتنفيذ.
لكن الوضع بدأ يتغير تدريجياً نحو الأفضل.
في عام 1964 ، اختبر خبير إلكترونيات الميكروويف ويليام سي براون لأول مرة جهازًا (طراز هليكوبتر) قادرًا على استقبال واستخدام طاقة شعاع الميكروويف في شكل تيار مباشر ، وذلك بفضل مجموعة الهوائي التي تتكون من ثنائيات أقطاب نصف موجية ، كل منها وهي محملة بثنائيات شوتكي عالية الكفاءة …
أيضًا في عام 1964 ، كتب ويليام سي.عرض براون نموذجه لطائرة هليكوبتر ، والتي كانت تعمل بواسطة باعث ميكروويف للرحلة ، على قناة Walter Cronkite News على شبكة سي بي إس.
من حيث المبدأ ، يعد هذا الحدث وهذه التكنولوجيا هي الأكثر إثارة للاهتمام في TopWar (فيما يلي سوف نتحدث قليلاً عن "الحياة اليومية" والطاقة). تاريخ رحلات وتجارب الميكروويف التي تعمل بالطاقة اللاسلكية (فيلم باللغة الإنجليزية ، ولكن كل شيء واضح بما فيه الكفاية)
وبحلول عام 1976 ، قام ويليام براون بنقل شعاع ميكروويف بقوة 30 كيلو وات على مسافة 1.6 كم بكفاءة تتجاوز 80٪.
تم إجراء الاختبارات في المختبر بتكليف من شركة Raytheon.
ما الذي جعل Raytheon مشهورة ومجال الاهتمام الرئيسي لهذه الشركة ، على ما أعتقد ، لا يستحق التحديد؟ حسنًا ، إذا كان أي شخص لا يعرف ، فراجع التسلسل الزمني التاريخي لشركة Raytheon:
اقرأ المزيد عن النتائج المحققة هنا (باللغة الإنجليزية وتنسيق RIS ، BibTex و RefWorks Direct Export):
← نقل طاقة الميكروويف - مجلات IOSR
→ مروحية تعمل بالموجات الدقيقة. وليام سي براون. شركة ريثيون.
في عام 1968 ، اقترح الباحث الفضائي الأمريكي بيتر إي جلاسر وضع ألواح شمسية كبيرة في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، ونقل الطاقة المتولدة منها (عند مستوى 5-10 جيجاوات) إلى سطح الأرض باستخدام حزمة موجات دقيقة جيدة التركيز. ثم تحويلها إلى طاقة من التيار المباشر أو المتردد للتردد التقني وتوزيعها على المستهلكين.
مثل هذا المخطط جعل من الممكن استخدام التدفق الشديد للإشعاع الشمسي الموجود في المدار الثابت بالنسبة للأرض (حوالي 1 ، 4 كيلو واط / متر مربع.) ، ونقل الطاقة المستلمة إلى سطح الأرض بشكل مستمر ، بغض النظر عن الوقت من اليوم و احوال الطقس. بسبب الميل الطبيعي للمستوى الاستوائي إلى مستوى مسير الشمس بزاوية 23.5 درجة ، فإن القمر الصناعي الموجود في مدار ثابت بالنسبة للأرض يضيء بتدفق من الإشعاع الشمسي بشكل مستمر تقريبًا ، باستثناء فترات زمنية قصيرة بالقرب من أيام الربيع والاعتدال الخريفي ، عندما يسقط هذا القمر الصناعي في ظل الأرض. يمكن توقع هذه الفترات الزمنية بدقة ، ولا تتجاوز إجمالاً 1٪ من إجمالي طول السنة.
يجب أن يتوافق تواتر التذبذبات الكهرومغناطيسية لشعاع الميكروويف مع تلك النطاقات المخصصة للاستخدام في الصناعة والبحث العلمي والطب. إذا تم اختيار هذا التردد بما يعادل 2.45 جيجاهرتز ، فلن يكون لظروف الأرصاد الجوية ، بما في ذلك السحب الكثيفة والتهطال الشديد ، أي تأثير عمليًا على كفاءة نقل الطاقة. النطاق 5.8 جيجاهرتز مغر لأنه يجعل من الممكن تقليل حجم هوائيات الإرسال والاستقبال. ومع ذلك ، فإن تأثير ظروف الأرصاد الجوية هنا يتطلب بالفعل دراسة إضافية.
يسمح لنا المستوى الحالي لتطوير إلكترونيات الميكروويف بالتحدث عن قيمة عالية إلى حد ما لكفاءة نقل الطاقة بواسطة حزمة موجات دقيقة من مدار ثابت بالنسبة للأرض إلى سطح الأرض - حوالي 70٪ 75٪. في هذه الحالة ، يتم اختيار قطر هوائي الإرسال عادةً بحيث يساوي كيلومترًا واحدًا ، وتكون أبعاد المستقيم الأرضي 10 km x 13 km لخط عرض 35 درجة. تتمتع SCES بقدرة خرج تبلغ 5 جيجاوات بكثافة قدرة مشعة في مركز هوائي الإرسال 23 كيلو واط / متر مربع ، في مركز هوائي الاستقبال - 230 واط / متر مربع.
تم التحقيق في أنواع مختلفة من مولدات الميكروويف ذات الحالة الصلبة والفراغ لهوائي الإرسال الخاص بـ SCES. أظهر ويليام براون ، على وجه الخصوص ، أن المغنطرونات ، التي تم تطويرها جيدًا من قبل الصناعة ، والمخصصة لأفران الميكروويف ، يمكن أيضًا استخدامها في صفيفات هوائي الإرسال الخاصة بـ SCES ، إذا كان كل منها مزودًا بدائرة ردود الفعل السلبية الخاصة به فيما يتعلق بـ إشارة مزامنة خارجية (تسمى مضخم اتجاهي Magnetron - MDA).
Rektenna هو نظام استقبال وتحويل عالي الكفاءة ، ومع ذلك ، فإن الجهد المنخفض للثنائيات والحاجة إلى تبديلها التسلسلي يمكن أن يؤدي إلى انهيار الانهيار الجليدي. يمكن لمحول طاقة السيكلوترون أن يقضي على هذه المشكلة إلى حد كبير.
يمكن أن يكون هوائي الإرسال الخاص بـ SCES عبارة عن صفيف هوائي نشط معاد إرساله إلى الخلف بناءً على أدلة موجية مشقوقة.يتم توجيهه التقريبي ميكانيكيًا ؛ للحصول على توجيه دقيق لشعاع الميكروويف ، يتم استخدام إشارة تجريبية ، تنبعث من مركز جهاز الاستقبال ويتم تحليلها على سطح هوائي الإرسال بواسطة شبكة من أجهزة الاستشعار المناسبة.
من عام 1965 إلى عام 1975 تم الانتهاء بنجاح من برنامج علمي بقيادة بيل براون ، مما يدل على القدرة على نقل 30 كيلوواط من الطاقة على مسافة تزيد عن ميل واحد بكفاءة 84٪.
في الفترة 1978-1979 في الولايات المتحدة ، تحت قيادة وزارة الطاقة (DOE) ووكالة ناسا (NASA) ، تم تنفيذ أول برنامج أبحاث حكومي يهدف إلى تحديد آفاق SCES.
في 1995-1997 ، عادت ناسا مرة أخرى لمناقشة مستقبل SCES ، بناءً على التقدم التكنولوجي الذي تم إحرازه في ذلك الوقت.
استمر البحث في 1999-2000 (برنامج البحوث والتكنولوجيا الاستراتيجية للطاقة الشمسية الفضائية (SSP)).
أجرت اليابان أكثر الأبحاث نشاطًا ومنهجية في مجال SCES. في عام 1981 ، بدأ معهد أبحاث الفضاء في اليابان تحت قيادة الأستاذين إم. يتم إنشاؤها باستخدام مركبات الإطلاق الحالية. يسمح إنشاء مثل هذا النموذج الأولي بتراكم الخبرة التكنولوجية وإعداد الأساس لتشكيل الأنظمة التجارية.
أطلق على المشروع اسم SKES2000 (SPS2000) وحصل على تقدير في العديد من البلدان حول العالم.
هكذا ولدت WiTricity وشركة WiTricity.
في يونيو 2007 ، أعلن Marin Soljačić والعديد من الآخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن تطوير نظام يتم فيه توفير مصباح كهربائي 60 واط من مصدر يقع على بعد 2 متر ، بكفاءة 40٪.
وفقًا لمؤلفي الاختراع ، هذا ليس رنينًا "خالصًا" للدوائر المقترنة وليس محول تسلا مع اقتران حثي. يبلغ نصف قطر نقل الطاقة اليوم أكثر بقليل من مترين ، في المستقبل - ما يصل إلى 5-7 أمتار.
بشكل عام ، اختبر العلماء مخططين مختلفين اختلافًا جوهريًا.
يتم تطوير تقنيات مماثلة بشكل محموم من قبل شركات أخرى: لقد أثبتت إنتل تقنية WREL الخاصة بها بكفاءة في نقل الطاقة تصل إلى 75٪. في عام 2009 ، عرضت شركة Sony تشغيل التلفزيون بدون اتصال بالشبكة. هناك ظرف واحد فقط ينذر بالخطر: بغض النظر عن طريقة النقل والتعديلات التقنية ، يجب أن تكون كثافة الطاقة وقوة المجال في المباني عالية بما يكفي لتشغيل الأجهزة بقدرة عدة عشرات من واط. وفقًا للمطورين أنفسهم ، لا توجد حتى الآن معلومات عن الآثار البيولوجية لهذه الأنظمة على البشر. بالنظر إلى المظهر الحديث والنهج المختلفة لتنفيذ أجهزة نقل الطاقة ، لا تزال مثل هذه الدراسات في المستقبل ، ولن تظهر النتائج قريبًا. وسنكون قادرين على الحكم على تأثيرها السلبي بشكل غير مباشر فقط. شيء سيختفي من بيوتنا مرة أخرى مثل الصراصير.
في عام 2010 ، كشفت مجموعة Haier Group ، وهي شركة صينية لتصنيع الأجهزة المنزلية ، عن منتجها الفريد في معرض CES 2010 ، وهو تلفزيون LCD لاسلكي بالكامل يعتمد على أبحاث البروفيسور مارينا Solyachich حول نقل الطاقة اللاسلكية والواجهة الرقمية المنزلية اللاسلكية (WHDI).
في 2012-2015. طور المهندسون في جامعة واشنطن تقنية تسمح باستخدام Wi-Fi كمصدر للطاقة لتشغيل الأجهزة المحمولة وشحن الأدوات. تم الاعتراف بهذه التكنولوجيا بالفعل من قبل مجلة Popular Science كأحد أفضل الابتكارات لعام 2015. أحدث انتشار التكنولوجيا اللاسلكية ثورة في نفسه. والآن جاء دور نقل الطاقة اللاسلكية عبر الهواء ، والذي أطلق عليه المطورون في جامعة واشنطن اسم PoWiFi (لـ Power Over WiFi).
خلال مرحلة الاختبار ، تمكن الباحثون من شحن بطاريات الليثيوم أيون الصغيرة وبطاريات هيدريد معدن النيكل بنجاح. استخدام راوتر Asus RT-AC68U والعديد من المستشعرات الموجودة على مسافة 8.5 متر منه.تقوم هذه المستشعرات بتحويل طاقة الموجة الكهرومغناطيسية إلى تيار مباشر بجهد من 1 ، 8 إلى 2 ، 4 فولت ، وهي مطلوبة لتشغيل المتحكمات الدقيقة وأنظمة الاستشعار. خصوصية التكنولوجيا هي أن جودة إشارة العمل لا تتدهور في هذه الحالة. تحتاج فقط إلى إعادة تحميل ملفات جهاز التوجيه ، ويمكنك استخدامه كالمعتاد ، بالإضافة إلى توفير الطاقة للأجهزة منخفضة الطاقة. في أحد العروض التوضيحية ، تم بنجاح تشغيل كاميرا مراقبة سرية صغيرة منخفضة الدقة تقع على بعد أكثر من 5 أمتار من جهاز التوجيه. ثم تم شحن جهاز تعقب اللياقة البدنية Jawbone Up24 بنسبة 41٪ ، واستغرق 2.5 ساعة.
لأسئلة مخادعة حول سبب عدم تأثير هذه العمليات سلبًا على جودة قناة اتصال الشبكة ، أجاب المطورون أن هذا يصبح ممكنًا بسبب حقيقة أن جهاز التوجيه الوامض يرسل حزم طاقة من خلال قنوات نقل المعلومات غير المشغولة أثناء عمله. لقد توصلوا إلى هذا القرار عندما اكتشفوا أنه خلال فترات الصمت ، تتدفق الطاقة ببساطة من النظام ، وفي الواقع يمكن توجيهها إلى الأجهزة منخفضة الطاقة.
في المستقبل ، قد تعمل تقنية PoWiFi بشكل جيد في تشغيل أجهزة الاستشعار المدمجة في الأجهزة المنزلية والمعدات العسكرية ، للتحكم فيها لاسلكيًا وإجراء الشحن / إعادة الشحن عن بُعد.
يعد نقل الطاقة للطائرة بدون طيار مناسبًا (على الأرجح ، باستخدام تقنية PoWiMax بالفعل أو من الرادار المحمول جواً للطائرة الحاملة):
تبدو الفكرة مغرية للغاية. بدلاً من 20-30 دقيقة من وقت الرحلة اليوم:
→ LOCUST - حشود الطائرات البحرية بدون طيار
← في الولايات المتحدة الأمريكية تم اختبار "سرب" من طائرات Perdix microdrones
← أدارت إنتل عرض طائرة بدون طيار أثناء أداء ليدي غاغا بين الشوطين - منصة Intel® Aero للطائرات بدون طيار
احصل على 40-80 دقيقة عن طريق إعادة شحن الطائرات بدون طيار باستخدام التقنيات اللاسلكية.
دعني أشرح:
- لا يزال تبادل الطائرات بدون طيار m / y ضروريًا (خوارزمية السرب) ؛
- تبادل الطائرات بدون طيار والطائرات (الرحم) ضروري أيضًا (مركز التحكم ، تصحيح BZ ، إعادة التوجيه ، أمر القضاء ، منع "النيران الصديقة" ، نقل معلومات الاستطلاع وأوامر استخدام الأسلحة).
بالنسبة للطائرات بدون طيار ، فإن السالب من قانون التربيع العكسي (الهوائي الباعث للخواص) "يعوض" جزئيًا عن عرض حزمة الهوائي ومخطط الإشعاع:
هذا ليس اتصالًا خلويًا ، حيث يجب أن توفر الخلية اتصالًا بزاوية 360 درجة إلى العناصر النهائية.
لنفترض هذا الاختلاف:
الطائرة الحاملة (لـ Perdix) هذه F-18 لديها (الآن) رادار AN / APG-65:
أو في المستقبل سيكون لديك AN / APG-79 AESA:
وهذا يكفي لإطالة العمر النشط لطائرات Perdix Micro-Drones من 20 دقيقة حاليًا إلى ساعة ، وربما أكثر من ذلك. على الأرجح ، سيتم استخدام طائرة بدون طيار وسيطة Perdix Middle ، والتي سيتم تشعيعها على مسافة كافية بواسطة رادار المقاتلة ، وستقوم بدورها بـ "توزيع" الطاقة للأخوة الأصغر من Perdix Micro- طائرات بدون طيار عبر PoWiFi / PoWiMax ، تتبادل المعلومات معها في نفس الوقت (الرحلات الجوية والأيروباتيك ، المهام المستهدفة ، تنسيق السرب).
هل عصر هجمات الخنزير شيء من الماضي؟
ربما ، قريبًا سيصل شحن الهواتف المحمولة والأجهزة المحمولة الأخرى الموجودة في نطاق Wi-Fi أو Wi-Max أو 5G - في مترو الأنفاق ، في القطار ، على متن الطائرة ، أثناء المشي / الركض في الحديقة؟
الخاتمة: بعد 10 إلى 20 عامًا من الإدخال الواسع النطاق في الحياة اليومية للعديد من بواعث الميكروويف الكهرومغناطيسية (الهواتف المحمولة ، أجهزة الميكروويف ، أجهزة الكمبيوتر ، WiFi ، أدوات Blu ، إلخ) ، أصبحت الصراصير فجأة في المدن الكبرى نادرة! الآن أصبح الصرصور حشرة لا يمكن العثور عليها إلا في حديقة الحيوان. اختفوا فجأة من المنازل التي كانوا يحبونها كثيرًا.
الصراصير KARL ™!
هؤلاء الوحوش قادة قائمة "الكائنات المقاومة للراديو" استسلموا بلا خجل!
المرجعي
من التالي في الطابور؟
ملاحظة: ترسل محطة WiMAX الأساسية النموذجية الطاقة عند +43 ديسيبل ميلي واط (20 واط) تقريبًا ، بينما ترسل محطة متنقلة عادةً عند +23 ديسيبل ميلي واط (200 ميغاواط).
تختلف مستويات الإشعاع المسموح بها للمحطات الأساسية للاتصالات المتنقلة (900 و 1800 ميجاهرتز ، المستوى الإجمالي من جميع المصادر) في المنطقة الصحية السكنية في بعض البلدان بشكل ملحوظ:
الفوضى الكاملة
لم يقدم الطب بعد إجابة واضحة على السؤال: هل المحمول / WiFi ضار وإلى أي مدى؟ وماذا عن النقل اللاسلكي للكهرباء بواسطة تقنيات الميكروويف؟
هنا القوة ليست واط وأميال من واط ، ولكن بالفعل كيلوواط …
الروابط والمستندات المستخدمة والصور ومقاطع الفيديو:
"(JOURNAL OF RADIO ELECTRONICS!" العدد 12 ، 2007 (الطاقة الكهربائية من الفضاء - محطات توليد الطاقة الخاصة بالفضاء الشمسي ، V. A. Banke)
"إلكترونيات الميكروويف - منظورات في طاقة الفضاء" ف. بانك ، دكتوراه.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru. بينتيريست.com
www. رايثيون.كوم
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. بوويركوب
www.researchgate.net
www. proelectro.info
www.youtube.com
