Capturado por una cámara especial, un rayo láser invisible a simple vista atraviesa la extensión oscura de la Cuenca Modelo David Taylor en el Centro de Guerra de Superficie Naval en Bethesda, Maryland. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval
Fue el segundo día de una demostración tecnológica de tres días en el modelo David Taylor Basin en el Naval Surface Warfare Center en Bethesda. Maryland, donde los asistentes se habían reunido para pararse en la oscuridad para mirar algo que en su mayoría no podían ver.
Fue un largo alcance, sistema de transmisión de energía de espacio libre, el primero de su tipo. Asistentes ese día, 23 de mayo, podía ver el sistema en sí:las dos torres de 13 pies de alto, uno, un transmisor láser de dos kilovatios, el otro un receptor de energía fotovoltaica especialmente diseñada. Pero la parte importante, el láser que emitía 400 vatios de potencia a lo largo de 325 metros, del transmisor al receptor, era invisible a simple vista.
En un extremo de la instalación de prueba, una de las instalaciones de prueba más grandes del mundo para modelos de barcos, el receptor estaba convirtiendo la energía láser en energía de CC. que un inversor estaba convirtiendo en corriente alterna para encender las luces, varias laptops, y una cafetera que los organizadores estaban usando para hacer café para los asistentes, o "lattes láser".
Como había notado más de una persona allí, no fue exactamente una escena emocionante. Pero cuando estás transmitiendo cientos de vatios de potencia con un rayo láser, "excitante" no es lo que estás buscando. Lo quieres tranquilo aburrido y Más importante, a salvo. Y así fue.
"Energía radiante, el concepto, ha existido durante décadas y ha habido demostraciones de laboratorio, pero esta es realmente la primera y una nueva tecnología que se está implementando, "explicó Tom Nugent, director de tecnología de PowerLight Technologies, el proveedor de hardware para el proyecto de energía transmitida por láser (PTROL).
La culminación de la segunda fase del proyecto PTROL, la demostración duró dos años para PowerLight y Paul Jaffe, ingeniero electrónico del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Durante una sesión informativa que precedió a la demostración, Jaffe había descrito la manifestación de ese día como histórica.
Las primeras demostraciones de transmisión de energía tuvieron lugar en 1975, el primero en Waltham, Massachusetts en los laboratorios de Raytheon, y el segundo en la estación Goldstone de la Nasa Deep Space Network en California. Esas fueron las dos manifestaciones de este tipo más importantes de la historia, Jaffe le dijo a su audiencia.
"El tercero lo verás en unos minutos, " él dijo.
En NRL, Jaffe ha estado llevando a cabo investigaciones sobre energía solar en el espacio durante más de una década, centrándose en parte en la transmisión de energía solar desde el espacio a la Tierra. Uno de los mayores desafíos a los que se han enfrentado él y otros que trabajan en el problema son los enormes tamaños requeridos para el transmisor y el receptor.
"Las ondas de radio tienen una longitud de onda bastante larga y para dirigirlas de manera eficaz ... necesitas una antena realmente grande, ", explicó." Pero a medida que la longitud de onda se acorta, como ocurre con la luz infrarroja, que es lo que usamos aquí hoy, el transmisor y el receptor pueden ser mucho, mucho más pequeña."
La energía fotovoltaica del receptor es similar a la de un panel solar típico, Jaffe dijo:aunque están diseñados para ser sensibles al color único de la luz del láser, en lugar del amplio espectro de luz solar. Convierten esa longitud de onda en particular con una eficiencia mucho mayor que una fotovoltaica solar normal.
De pie junto a un monitor que muestra una transmisión en vivo de un costoso, cámara altamente especializada que capturó el rayo láser invisible como una luz violeta que atraviesa la extensión oscura de la cuenca, Jaffe calificó el sistema de transmisión de energía como una nueva capacidad notable. Dijo que podría desbloquear todo tipo de posibilidades asombrosas para el Departamento de Defensa y el sector privado.
El ingeniero electrónico del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos, Paul Jaffe, se encuentra junto a un monitor que muestra una transmisión en vivo de una cámara altamente especializada que captura un rayo láser invisible como una luz violeta. Crédito:Leonard Pieton
Imagínese usarlo para enviar energía a ubicaciones remotas, es difícil de alcanzar o carece de infraestructura, el sugirió. Otra aplicación potencial de la tecnología sería impulsar vehículos aéreos no tripulados (UAV) eléctricos, cuyo tiempo de vuelo está actualmente severamente limitado por la duración de la batería a bordo. La tercera fase del proyecto PTROL implicará el uso de transmisión de energía para enviar energía a un UAV volador.
"Si tienes un dron eléctrico que puede volar más de una hora, lo estás haciendo bastante bien, ", Dijo Jaffe." Si tuviéramos una manera de mantener esos drones y UAV volando indefinidamente, eso tendría implicaciones de gran alcance. Con energía radiante tenemos un camino para poder hacer eso ".
También estuvo presente en la demostración Eric Follstad, de Transformación y Desarrollo de Concepto en el Comando Central de EE. UU. Comparó la capacidad de transmisión de energía de los UAV propuesta con el reabastecimiento de combustible aire-aire para aviones tripulados.
"Creo que esto es solo una extensión lógica de [ese] concepto, ", Dijo Follstad." Ahora podemos hacer la recarga tierra-aire de algunas de estas plataformas eléctricas que hemos estado volando ".
Según Jaffe, La transmisión de energía también podría hacer posible la transmisión de energía desde los satélites recolectores de energía solar en el espacio al suelo. donde sea que se necesite, ya sea una base de operaciones avanzada, un país en desarrollo, o un campo de refugiados. (La energía para la demostración de ese día provenía de un tomacorriente en el edificio).
"Si pudiéramos capturar la luz solar ilimitada en el espacio, donde es más brillante que en cualquier lugar de la Tierra, [podríamos] enviarlo a lugares a los que es difícil y costoso obtener energía hoy en día, ", dijo." Si podemos hacer eso de una manera eficaz y hacer por la energía lo que el GPS ha hecho para la navegación, sería verdaderamente revolucionario ".
Un transmisor láser de dos kilovatios en lo alto de una torre de 13 pies de altura, parte del largo alcance, sistema de transmisión de energía de espacio libre. Crédito:Leonard Pieton
El aspecto más notable de la demostración, sin embargo, según Jaffe y Nugent, eran los sistemas de seguridad integrados de la tecnología. Nadie en la instalación de prueba ese día llevaba gafas de seguridad láser o cualquier otro tipo de equipo de seguridad, incluido el personal que opera el sistema. Para poner eso en perspectiva, un láser típico de tan solo 1/2 vatio requiere gafas protectoras.
Casi todas las demostraciones de transmisión de energía en el pasado han involucrado al menos el riesgo de exposición a densidades de energía peligrosas, ya sean frecuencias ópticas, de radio o de microondas. La seguridad de este nuevo sistema fue validada por el Laboratorio Técnico Naval Principal de Seguridad Láser (LNTL-LS).
"En este, los sistemas de seguridad hacen que sea efectivamente imposible que alguien esté expuesto a niveles peligrosos de energía, "Dijo Jaffe.
Entre los desafíos a los que se han enfrentado los diseñadores se encuentran los efectos de la nieve, lluvia y otros fenómenos meteorológicos que interfieren con el rayo láser. Pero los diseñadores también han pensado mucho en la posibilidad de que humanos o animales crucen el rayo y, sin darse cuenta, obtengan una "cara llena de láser, "como dijo Nugent.
Para prevenir tales accidentes, el sistema de seguridad está diseñado para detectar objetos antes de que lleguen al rayo láser, y apáguelo.
De pie junto al receptor alto estaba TJ Sayles, un desarrollador de tecnología senior que lidera los esfuerzos de desarrollo de productos para PowerLight Technologies. Sostenía una vara larga, al final del cual se colocó un disco de cartón de 15 milímetros de diámetro con un lado pintado de blanco y el otro pintado de negro. Sayles llamó al disco un "análogo de objeto extraño".
Un puñado de asistentes al proyecto de demostración de energía transmitida por láser (PTROL) se paran cerca del transmisor láser de dos kilovatios del sistema. Crédito:Leonard Pieton
Para demostrar el sistema de seguridad para la multitud, Sayles lo dispararía agitando el disco frente a la energía fotovoltaica del receptor. Cada vez que lo hizo, el rayo láser se cortaría, un hecho que los asistentes pudieron confirmar al ver la transmisión infrarroja en vivo en el monitor cercano.
"Estamos detectando objetos extraños a medida que se acercan al rayo, y apagamos el rayo antes de que puedan entrar, y estamos comprobando que la trayectoria del haz esté despejada antes de volver a encenderla, "Explicó Sayles." La rutina de reinicio automático toma unos segundos ".
En el futuro, PowerLight tiene la intención de aumentar la potencia que el rayo láser puede transmitir, aumentar la distancia que el sistema puede enviar, y mejorar la eficiencia general del sistema. Nugent dijo que quiere que el proceso de operación sea tan simple como encender un interruptor de luz o enchufar un cable de extensión.
"No es necesario pasar por un par de días de capacitación para enchufar un cable de extensión, "Nugent dijo." Este es un cable de extensión inalámbrico. Por lo tanto, no debería necesitar pasar por un montón de entrenamiento para operarlo ".
El sistema ha recibido apoyo y avales de la Armada, Infantería de marina, Ejército y Fuerza Aérea. Se espera que esté listo para hacer la transición al Departamento de Defensa y al uso comercial en un futuro próximo.
