Commentando l'articolo della difesa aerea in quarta generazione, "scontrato" con il TOP2 sulla questione dell'alimentazione wireless remota di piccoli e ultrapiccoli UAV (UAV) (vedi qui), nonché sull'argomento: il algoritmo sciame (agenti) per l'UAV e le prospettive per la difesa aerea "4-a generazione". Cercherò di evidenziare il problema della trasmissione di potenza wireless al meglio delle mie conoscenze. L'algoritmo dello sciame (il concetto di agenti) e la possibile inefficienza dei sistemi di difesa aerea esistenti sono, in generale, un argomento per un articolo a parte.
La trasmissione di elettricità senza fili è un metodo per trasferire energia elettrica senza l'uso di elementi conduttivi nel circuito elettrico.
Alla fine del 19° secolo, la scoperta che l'elettricità poteva essere usata per far brillare una lampadina scatenò un'esplosione di ricerca per trovare il modo migliore per trasmettere elettricità.
Anche la trasmissione wireless dell'energia è stata attivamente studiata all'inizio del XX secolo, quando gli scienziati hanno prestato grande attenzione alla ricerca di vari modi di trasmissione wireless dell'energia. Lo scopo della ricerca era semplice: generare un campo elettrico in un punto in modo che potesse essere rilevato da dispositivi a distanza. Allo stesso tempo, si è cercato di fornire energia a distanza non solo a sensori altamente sensibili per il rilevamento della tensione, ma anche a importanti consumatori di energia. Così, nel 1904 al S. Louis World's Fair ha ricevuto un premio per il successo del lancio di un motore aeronautico con una capacità di 0,1 cavalli, effettuato ad una distanza di 30 m.
I guru dell'"elettricità" sono noti a molti (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas, ecc.), ma pochi sanno che il ricercatore giapponese Hidetsugu Yagi ha usato la sua antenna sviluppata trasmettere energia. Nel febbraio 1926 pubblicò i risultati della sua ricerca, in cui descriveva la struttura e il metodo di sintonizzazione dell'antenna Yagi.
Lavori e progetti molto seri furono realizzati in URSS nel periodo 1930-1941. e parallelamente a Drittes Reich.
Naturalmente, principalmente per scopi militari: la sconfitta della manodopera nemica, la distruzione delle infrastrutture militari e industriali, ecc. In URSS è stato svolto anche un serio lavoro sull'uso delle radiazioni a microonde per prevenire la corrosione superficiale delle strutture e dei prodotti metallici. Ma questa è una storia a parte che richiede un notevole investimento di tempo: ancora una volta devi arrampicarti in una soffitta polverosa o in un seminterrato altrettanto polveroso.
Uno dei più grandi fisici russi del secolo scorso, premio Nobel, l'accademico Pyotr Leonidovich Kapitsa ha dedicato parte della sua biografia creativa alla ricerca delle prospettive di utilizzo delle oscillazioni e delle onde a microonde per creare sistemi di trasmissione dell'energia nuovi e altamente efficienti.
Nel 1962, nella prefazione alla sua monografia, scrisse:
Della lunga lista di fantastiche idee tecniche implementate nel ventesimo secolo, solo il sogno della trasmissione senza fili di energia elettrica continuava a rimanere irrealizzato. Le descrizioni dettagliate dei raggi di energia nei romanzi di fantascienza hanno stuzzicato gli ingegneri con la loro ovvia necessità e con la complessità pratica dell'implementazione.
Ma la situazione cominciò gradualmente a cambiare in meglio.
Nel 1964, l'esperto di elettronica a microonde William C. Brown sperimentò per la prima volta un dispositivo (modello di elicottero) in grado di ricevere e utilizzare l'energia di un raggio di microonde sotto forma di corrente continua, grazie a un array di antenne costituito da dipoli a semionda, ciascuno dei quali che è caricato con diodi Schottky ad alta efficienza …
Sempre nel 1964, William C. Brown ha mostrato il suo modello di elicottero, alimentato da un emettitore a microonde per il volo, su Walter Cronkite News della CBS.
In linea di principio, questo evento e questa tecnologia sono i più interessanti di TopWar (di seguito parleremo un po' della "vita quotidiana" e dell'energia). Storia ed esperimenti di volo a microonde con alimentazione wireless (film in inglese, ma tutto è abbastanza chiaro)
Già nel 1976 William Brown effettuò la trasmissione di un raggio a microonde di potenza di 30 kW su una distanza di 1,6 km con un'efficienza superiore all'80%.
I test sono stati eseguiti in un laboratorio e commissionati da Raytheon Co.
Cosa ha reso famosa Raytheon e la principale area di interesse di questa azienda, credo, non valga la pena specificarla? Bene, se qualcuno non lo sa, vedi la cronologia storica di Raytheon:
Leggi di più sui risultati ottenuti qui (in inglese e formato RIS, BibTex e RefWorks Direct Export):
→ Trasmissione di potenza a microonde - Riviste IOSR
→ L'elicottero alimentato a microonde. William C. Brown. Compagnia Raytheon.
Nel 1968, il ricercatore spaziale americano Peter E. Glaser propose di posizionare grandi pannelli solari in orbita geostazionaria e di trasmettere l'energia da essi generata (a livello di 5-10 GW) alla superficie terrestre con un raggio di microonde ben focalizzato., quindi convertirlo in energia di corrente continua o alternata di frequenza tecnica e distribuirlo ai consumatori.
Tale schema ha permesso di utilizzare l'intenso flusso di radiazione solare esistente nell'orbita geostazionaria (~ 1, 4 kW / mq), e trasmettere continuamente l'energia ricevuta alla superficie terrestre, indipendentemente dall'ora del giorno e condizioni meteo. A causa della naturale inclinazione del piano equatoriale rispetto al piano dell'eclittica con un angolo di 23,5 gradi, un satellite situato in un'orbita geostazionaria è illuminato da un flusso di radiazione solare quasi continuamente, tranne che per brevi periodi di tempo in prossimità dei giorni di primavera e l'equinozio d'autunno, quando questo satellite cade nell'ombra della Terra. Questi periodi di tempo possono essere previsti con precisione e in totale non superano l'1% della durata totale dell'anno.
La frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche del raggio a microonde dovrebbe corrispondere a quelle gamme che sono assegnate per l'uso nell'industria, nella ricerca scientifica e nella medicina. Se si sceglie questa frequenza pari a 2,45 GHz, le condizioni meteorologiche, comprese nuvole spesse e precipitazioni intense, non hanno praticamente alcun effetto sull'efficienza del trasferimento di energia. La banda a 5,8 GHz è allettante in quanto consente di ridurre le dimensioni delle antenne trasmittenti e riceventi. Tuttavia, l'influenza delle condizioni meteorologiche qui richiede già ulteriori studi.
L'attuale livello di sviluppo dell'elettronica a microonde ci consente di parlare di un valore piuttosto elevato dell'efficienza del trasferimento di energia da parte di un raggio di microonde da un'orbita geostazionaria alla superficie terrestre - circa il 70% ÷ 75%. In questo caso il diametro dell'antenna trasmittente è scelto solitamente pari a 1 km, e la rectenna terrestre ha dimensioni di 10 km x 13 km per una latitudine di 35 gradi. Lo SCES con una potenza di uscita di 5 GW ha una densità di potenza irradiata al centro dell'antenna trasmittente 23 kW / m², al centro dell'antenna ricevente - 230 W / m².
Sono stati studiati vari tipi di generatori di microonde a stato solido e sottovuoto per l'antenna trasmittente dello SCES. William Brown ha mostrato, in particolare, che i magnetron, ben sviluppati dall'industria, destinati ai forni a microonde, possono essere utilizzati anche negli array di antenne trasmittenti dello SCES, se ciascuno di essi è dotato di un proprio circuito di retroazione di fase negativa rispetto ad un segnale di sincronizzazione esterno (il cosiddetto Magnetron Directional Amplifier - MDA).
Rektenna è un sistema di ricezione e conversione altamente efficiente, tuttavia, la bassa tensione dei diodi e la necessità della loro commutazione seriale possono portare a guasti da valanga. Un convertitore di energia a ciclotrone può in gran parte eliminare questo problema.
L'antenna trasmittente dello SCES può essere una schiera di antenne attive a riemissione posteriore basata su guide d'onda scanalate. Il suo orientamento approssimativo viene effettuato meccanicamente; per una guida precisa del fascio di microonde viene utilizzato un segnale pilota, emesso dal centro della rectenna ricevente e analizzato sulla superficie dell'antenna trasmittente da una rete di opportuni sensori.
Dal 1965 al 1975 è stato completato con successo un programma scientifico guidato da Bill Brown, che ha dimostrato la capacità di trasmettere 30 kW di potenza su una distanza superiore a 1 miglio con un'efficienza dell'84%.
Nel 1978-1979 negli Stati Uniti, sotto la guida del Dipartimento dell'Energia (DOE) e della NASA (NASA), fu condotto il primo programma di ricerca statale volto a determinare le prospettive per lo SCES.
Nel 1995-1997, la NASA tornò di nuovo a discutere del futuro dello SCES, basandosi sui progressi tecnologici compiuti a quel tempo.
La ricerca è proseguita nel 1999-2000 (Programma strategico di ricerca e tecnologia Space Solar Power (SSP)).
La ricerca più attiva e sistematica nel campo della SCES è stata condotta dal Giappone. Nel 1981, sotto la guida dei professori M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) e S. Sasaki (Susumu Sasaki), l'Istituto di ricerca spaziale del Giappone ha iniziato la ricerca sullo sviluppo di un prototipo SCES con una potenza di 10 MW, che potrebbe essere creato utilizzando veicoli di lancio esistenti. La creazione di un tale prototipo consente l'accumulo di esperienza tecnologica e prepara le basi per la formazione di sistemi commerciali.
Il progetto è stato chiamato SKES2000 (SPS2000) e ha ricevuto riconoscimenti in molti paesi del mondo.
È così che sono nate WiTricity e la società WiTricity.
Nel giugno 2007, Marin Soljačić e molti altri al Massachusetts Institute of Technology hanno annunciato lo sviluppo di un sistema in cui una lampadina da 60 W è stata alimentata da una sorgente situata a 2 m di distanza, con un'efficienza del 40%.
Secondo gli autori dell'invenzione, non si tratta di una risonanza "pura" di circuiti accoppiati e non di un trasformatore di Tesla con accoppiamento induttivo. Il raggio di trasmissione dell'energia per oggi è poco più di due metri, in futuro - fino a 5-7 metri.
In generale, gli scienziati hanno testato due schemi fondamentalmente diversi.
Tecnologie simili vengono sviluppate febbrilmente da altre aziende: Intel ha dimostrato la sua tecnologia WREL con un'efficienza di trasmissione di potenza fino al 75%. Nel 2009, Sony ha dimostrato il funzionamento del televisore senza una connessione di rete. Solo una circostanza è allarmante: indipendentemente dal metodo di trasmissione e dalle modifiche tecniche, la densità di energia e l'intensità di campo nei locali devono essere sufficientemente elevate da alimentare dispositivi con una capacità di diverse decine di watt. Secondo gli stessi sviluppatori, non ci sono ancora informazioni sugli effetti biologici di tali sistemi sull'uomo. Data la recente apparizione e i diversi approcci all'implementazione dei dispositivi di trasmissione di potenza, tali studi sono ancora avanti e i risultati non appariranno presto. E potremo giudicare il loro impatto negativo solo indirettamente. Qualcosa sparirà di nuovo dalle nostre case, come gli scarafaggi.
Nel 2010, il Gruppo Haier, un produttore cinese di elettrodomestici, ha presentato il suo prodotto unico al CES 2010, una TV LCD completamente wireless basata sulla ricerca della professoressa Marina Solyachich sulla trasmissione di potenza wireless e l'interfaccia digitale domestica wireless (WHDI).
Nel 2012-2015. gli ingegneri dell'Università di Washington hanno sviluppato una tecnologia che consente di utilizzare il Wi-Fi come fonte di alimentazione per alimentare dispositivi portatili e caricare gadget. La tecnologia è già stata riconosciuta dalla rivista Popular Science come una delle migliori innovazioni del 2015. L'ubiquità della tecnologia wireless si è rivoluzionata. E ora è stata la volta della trasmissione di energia wireless via etere, che gli sviluppatori dell'Università di Washington hanno chiamato PoWiFi (per Power Over WiFi).
Durante la fase di test, i ricercatori sono stati in grado di caricare con successo batterie agli ioni di litio e nichel-metallo idruro di piccola capacità. Utilizzando un router Asus RT-AC68U e diversi sensori situati a una distanza di 8,5 metri da esso. Questi sensori convertono l'energia di un'onda elettromagnetica in corrente continua con una tensione da 1, 8 a 2, 4 volt, necessaria per alimentare microcontrollori e sistemi di sensori. La particolarità della tecnologia è che la qualità del segnale di lavoro non si deteriora in questo caso. Hai solo bisogno di eseguire il reflash del router e puoi usarlo come al solito, oltre a fornire alimentazione a dispositivi a bassa potenza. In una delle dimostrazioni, è stata alimentata con successo una piccola telecamera di sorveglianza nascosta a bassa risoluzione situata a più di 5 metri dal router. Quindi il fitness tracker Jawbone Up24 è stato caricato del 41%, ci sono volute 2,5 ore.
A domande difficili sul perché questi processi non influiscano negativamente sulla qualità del canale di comunicazione di rete, gli sviluppatori hanno risposto che ciò diventa possibile grazie al fatto che il router flashato invia pacchetti di energia attraverso canali di trasferimento di informazioni non occupati durante il suo lavoro. Sono giunti a questa decisione quando hanno scoperto che durante i periodi di silenzio, l'energia scorre semplicemente fuori dal sistema e in effetti può essere diretta ad alimentare dispositivi a bassa potenza.
In futuro, la tecnologia PoWiFi potrebbe servire per alimentare i sensori integrati negli elettrodomestici e nelle apparecchiature militari, per controllarli in modalità wireless ed eseguire la ricarica/ricarica a distanza.
Il trasferimento di energia per l'UAV è rilevante (molto probabilmente, già utilizzando la tecnologia PoWiMax o dal radar aereo dell'aereo da trasporto):
L'idea sembra piuttosto allettante. Invece dei 20-30 minuti di volo di oggi:
→ LOCUST - Swarming Navy Droni
→ Negli USA testato uno "sciame" di microdroni Perdix
→ Intel ha organizzato uno spettacolo di droni durante l'esibizione dell'intervallo di Lady Gaga - Piattaforma Intel® Aero per UAV
ottieni 40-80 minuti ricaricando i droni utilizzando le tecnologie wireless.
Lasciatemi spiegare:
-è ancora necessario lo scambio di m/y droni (algoritmo swarm);
-è necessario anche lo scambio di droni m / y e aerei (utero) (centro di controllo, correzione BZ, retargeting, un comando per eliminare, prevenzione "fuoco amico", trasferimento di informazioni di ricognizione e comandi per utilizzare armi).
Per gli UAV, il negativo della legge del quadrato inverso (antenna emettitrice isotropica) "compensa" parzialmente l'ampiezza del raggio dell'antenna e il diagramma di radiazione:
Questa non è una connessione cellulare, dove la cellula deve fornire una comunicazione a 360° agli elementi finali.
Diciamo questa variazione:
Il vettore aereo (per Perdix) questo F-18 ha (ora) il radar AN / APG-65:
o in futuro avrà AN/APG-79 AESA:
Questo è sufficiente per prolungare la vita attiva dei Perdix Micro-Drones dagli attuali 20 minuti a un'ora, e forse anche di più. Molto probabilmente, verrà utilizzato il drone intermedio Perdix Middle, che verrà irradiato a una distanza sufficiente dal radar del caccia, e a sua volta effettuerà la "distribuzione" di energia per i fratelli minori di Perdix Micro- Droni tramite PoWiFi / PoWiMax, scambiando simultaneamente informazioni con loro (volo e acrobazie aeree, compiti di destinazione, coordinamento dello sciame).
L'era degli attacchi dei facoceri appartiene al passato?
Forse, presto arriverà a caricare telefoni cellulari e altri dispositivi mobili che si trovano nella gamma di Wi-Fi, Wi-Max o 5G - in metropolitana, in treno, in aereo, mentre si cammina / si fa jogging nel parco?
Postfazione: 10-20 anni dopo l'introduzione diffusa nella vita quotidiana di numerosi emettitori elettromagnetici a microonde (telefoni cellulari, microonde, computer, WiFi, strumenti Blu, ecc.), improvvisamente gli scarafaggi nelle grandi città sono diventati improvvisamente una rarità! Ora lo scarafaggio è un insetto che si trova solo allo zoo. Sono improvvisamente scomparsi dalle case che amavano così tanto.
SCARAFAGGI KARL™!
Questi mostri, i leader della lista degli "organismi radioresistenti", si sono arresi spudoratamente!
riferimento
Chi è il prossimo in fila?
Nota: una tipica stazione base WiMAX trasmette potenza a circa +43 dBm (20 W), mentre una stazione mobile tipicamente trasmette a +23 dBm (200 mW).
I livelli ammissibili di radiazione delle stazioni base delle comunicazioni mobili (900 e 1800 MHz, il livello totale da tutte le fonti) nell'area sanitaria-residenziale in alcuni paesi differiscono notevolmente:
PIENO CAOS
La medicina non ha ancora dato una risposta chiara alla domanda: mobile/WiFi è dannoso e fino a che punto? E che dire della trasmissione wireless dell'elettricità tramite le tecnologie a microonde?
Qui la potenza non è watt e miglia di watt, ma già kW …
Link, documenti utilizzati, foto e video:
"(JOURNAL OF RADIO ELECTRONICS!" N 12, 2007 (ENERGIA ELETTRICA DALLO SPAZIO - CENTRALI ELETTRICHE SPAZIALI SOLARI, V. A. Banke)
"Elettronica a microonde - prospettive nell'energia spaziale" V. Banke, Ph. D.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru.pinterest.com
www. raytheon.com
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. powercoup.by
www.researchgate.net
www. proelectro.info
www.youtube.com
