中国研究人员实现高功率激光为无人机在飞行途中充电

中国研究人员公布了一项新技术，该技术近期有望使无人机能够利用高功率激光在飞行途中进行充电。科研人员使用无人机模型构建了该系统的原型，并附带了一个工作原理类似于太阳能电池的接收器。该接收器安装在机翼下方，成功将激光束的能量转化为电能，为飞机的螺旋桨提供动力。

这项突破由中国民航大学和清华大学的研究人员共同取得，相关细节已发表在 7 月 29 日的《 Matter & Light 》期刊上的一项新研究中。

该研究的高级作者、中国民航大学研究员韩建华在一份声明中表示：“以往的研究主要集中在材料或设备本身。“我们希望超越实验室思维，思考如何将该系统真正集成到飞机中、在运行期间进行冷却，并使其与飞行过程相兼容。这不仅仅是一个材料科学问题，更是一个工程问题。”

无线充电无人机

该接收器是一种被称为钙钛矿激光电池-热电（PLC-TE）的叠层装置，经过专门优化，可将激光转化为电能。

钙钛矿是一种用于前沿太阳能电池的高效材料，其独特的晶体结构使其能够比硅捕捉更多波长的光光谱，因而备受关注。出于这个原因，它被视为未来的太阳能材料，部分研究甚至表明它可用于将室内环境光转化为可用电能。

当受到绿色激光照射时，该接收器将 38.49% 的光能转化为电能，这一数字远高于美国能源部（DOE）记录的钙钛矿-硅叠层电池 34% 的最高纪录。

在初始测试中，研究人员发现了使用激光带来的一个棘手副作用：无人机被加热到极高温度，从而降低了其整体效率。

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韩建华说：“当我们在高功率激光下测试该设备时，热像仪显示温度达到了 80 至 90 摄氏度。这远高于我们的预期，让我们意识到热量积聚是一个比我们想象中严重得多的问题。”为了解决这个问题，研究人员在 PLC-TE 设计中引入了由三硒化二锑（一种储量丰富的半导体材料）制成的纳米晶体。这起到了热屏障的作用，防止设备释放过多热量。

除了冷却方面的创新外，无人机螺旋桨产生的持续气流也有助于进一步调节接收器冷端的温度。

突破电池续航瓶颈

韩建华说：“设想一下未来，用于森林巡查、灾害监测或包裹递送的无人机不再需要频繁着陆更换电池。随着无人机执行更长时间的任务，电池续航已成为最大的瓶颈之一。”

研究人员专门将侦察、物流和灾害救援列为激光动力无人机未来应用的关键领域。但他们也表示，在将该系统投入实际使用之前，还需要做更多工作来开发实时跟踪系统，以便精准对准飞行中无人机上的 PLC-TE。

展望未来，研究人员将在户外条件下测试该装置在真实轻型无人机上的运行效果。

无限续航的潜力使无线电力测试成为全球各国军队关注的焦点。如果能够实现，侦察和载荷无人机（UAV）可以在与目前受限于定期加油需求截然不同的环境中运行。例如，最常用的手抛式无人机 AeroVironment RQ-11 Raven 在需要充电之前的最长飞行时间仅为 60 至 90 分钟。

2025 年 6 月，作为持久光学无线能量传输（POWER）项目的一部分，美国国防高级研究计划局（DARPA）成功在 8.6 公里的距离上传输了 800 瓦的电力。

诸如 PowerLight Technologies 等私营公司在与美国国防部合作时表示，他们可以向在高达 1,500 米高度飞行中的无人机输送数千瓦的能量。

来自：NEWUAS

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