Comentando o artigo da defesa aérea na quarta geração, "entrou em choque" com o TOP2 sobre a questão do fornecimento de energia remota sem fio de pequenos e ultra-pequenos UAVs (UAVs) (veja aqui), bem como sobre o tema: o algoritmo de enxame (agentes) para o UAV e as perspectivas para a defesa aérea de "4ª geração". Vou tentar destacar a questão da transmissão de energia sem fio, tanto quanto é do meu conhecimento. O algoritmo de enxame (o conceito de agentes) e a possível ineficiência dos sistemas de defesa aérea existentes são, em geral, um tópico para um artigo separado.
A transmissão de eletricidade sem fios é um método de transferência de energia elétrica sem o uso de elementos condutores no circuito elétrico.
No final do século 19, a descoberta de que a eletricidade poderia ser usada para fazer uma lâmpada acender gerou uma explosão de pesquisas para encontrar a melhor maneira de transmitir eletricidade.
A transmissão sem fio de energia também foi ativamente estudada no início do século 20, quando os cientistas deram grande atenção à busca de várias formas de transmissão sem fio de energia. O objetivo da pesquisa era simples - gerar um campo elétrico em um lugar para que pudesse ser detectado por dispositivos à distância. Ao mesmo tempo, tentativas têm sido feitas para fornecer energia à distância não apenas para sensores altamente sensíveis para detecção de tensão, mas também para consumidores de energia significativos. Então, em 1904 no St. A Louis World Fair recebeu um prêmio pelo lançamento bem-sucedido de um motor de aeronave com capacidade de 0,1 cavalo-vapor, realizado a uma distância de 30 m.
Os gurus da "eletricidade" são conhecidos por muitos (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas, etc.), mas poucas pessoas sabem que o pesquisador japonês Hidetsugu Yagi usou sua própria antena desenvolvida para transmitir energia. Em fevereiro de 1926, ele publicou os resultados de sua pesquisa, na qual descreveu a estrutura e o método de ajuste da antena Yagi.
Trabalhos e projetos muito sérios foram realizados na URSS no período 1930-1941. e em paralelo em Drittes Reich.
Naturalmente, principalmente para fins militares: a derrota da força de trabalho inimiga, a destruição da infraestrutura militar e industrial, etc. Na URSS, também foi realizado um trabalho sério sobre o uso de radiação de microondas para prevenir a corrosão superficial de estruturas metálicas e produtos. Mas esta é uma história separada que requer um investimento significativo de tempo: novamente você tem que subir em um sótão empoeirado ou em um porão igualmente empoeirado.
Um dos maiores físicos russos do século passado, ganhador do Prêmio Nobel, o acadêmico Pyotr Leonidovich Kapitsa dedicou parte de sua biografia criativa a pesquisar as perspectivas do uso de oscilações e ondas de microondas para criar sistemas de transmissão de energia novos e altamente eficientes.
Em 1962, no prefácio de sua monografia, ele escreveu:
Da longa lista de ideias técnicas fantásticas implementadas no século XX, apenas o sonho da transmissão sem fio de energia elétrica continuou por realizar. As descrições detalhadas dos feixes de energia nos romances de ficção científica provocaram os engenheiros com sua necessidade óbvia e com a complexidade prática de implementação.
Mas a situação gradualmente começou a mudar para melhor.
Em 1964, o especialista em eletrônica de micro-ondas William C. Brown testou pela primeira vez um dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de receber e usar a energia de um feixe de micro-ondas na forma de corrente contínua, graças a um conjunto de antenas consistindo de dipolos de meia onda, cada um dos que é carregado com diodos Schottky de alta eficiência …
Também em 1964, William C. Brown apresentou seu modelo de helicóptero, que foi alimentado por um emissor de microondas para o vôo, no Walter Cronkite News da CBS.
Em princípio, esse evento e essa tecnologia são os mais interessantes do TopWar (a seguir um pouco sobre o "dia a dia" e energia). Experiência e história de voo de micro-ondas sem fio (filme em inglês, mas tudo é claro o suficiente)
Já em 1976, William Brown realizava a transmissão de um feixe de micro-ondas de 30 kW de potência em uma distância de 1,6 km com uma eficiência superior a 80%.
Os testes foram realizados em um laboratório e encomendados pela Raytheon Co.
O que tornou a Raytheon famosa e a principal área de interesse desta empresa, creio eu, não vale a pena especificar? Bem, se alguém não sabe, consulte a Cronologia Histórica de Raytheon:
Leia mais sobre os resultados alcançados aqui (em inglês e formato RIS, BibTex e RefWorks Direct Export):
→ Transmissão de energia por micro-ondas - Diários IOSR
→ O helicóptero movido a microondas. William C. Brown. Raytheon Company.
Em 1968, o pesquisador espacial americano Peter E. Glaser propôs colocar grandes painéis solares em órbita geoestacionária e transmitir a energia gerada por eles (no nível de 5-10 GW) para a superfície da Terra com um feixe de micro-ondas bem focalizado., em seguida, converta-a em energia de corrente contínua ou alternada de frequência técnica e distribua aos consumidores.
Tal esquema possibilitou utilizar o intenso fluxo de radiação solar existente na órbita geoestacionária (~ 1, 4 kW / sq. M.), e transmitir a energia recebida para a superfície terrestre de forma contínua, independente da hora do dia e condições do tempo. Devido à inclinação natural do plano equatorial ao plano da eclíptica com um ângulo de 23,5 graus, um satélite localizado em uma órbita geoestacionária é iluminado por um fluxo de radiação solar quase continuamente, exceto por curtos períodos de tempo próximos aos dias da primavera e equinócio de outono, quando este satélite cai na sombra da Terra. Esses períodos de tempo podem ser previstos com precisão e, no total, não excedem 1% da duração total do ano.
A frequência das oscilações eletromagnéticas do feixe de microondas deve corresponder às faixas que são alocadas para uso na indústria, pesquisa científica e medicina. Se essa frequência for escolhida igual a 2,45 GHz, as condições meteorológicas, incluindo nuvens espessas e precipitação intensa, praticamente não têm efeito na eficiência de transferência de energia. A banda de 5,8 GHz é tentadora, pois torna possível reduzir o tamanho das antenas de transmissão e recepção. No entanto, a influência das condições meteorológicas aqui já requer estudos adicionais.
O nível atual de desenvolvimento da eletrônica de micro-ondas nos permite falar sobre um valor bastante alto da eficiência da transferência de energia por um feixe de micro-ondas de uma órbita geoestacionária para a superfície da Terra - cerca de 70% ÷ 75%. Nesse caso, o diâmetro da antena transmissora geralmente é escolhido igual a 1 km, e a retena terrestre tem dimensões de 10 km x 13 km para uma latitude de 35 graus. O SCES com uma potência de saída de 5 GW tem uma densidade de potência radiada no centro da antena transmissora 23 kW / m², no centro da antena receptora - 230 W / m².
Vários tipos de geradores de micro-ondas de estado sólido e a vácuo para a antena transmissora do SCES foram investigados. William Brown mostrou, em particular, que magnetrons, bem desenvolvidos pela indústria, destinados a fornos de microondas, também podem ser usados na transmissão de arranjos de antenas do SCES, se cada um deles estiver equipado com seu próprio circuito de realimentação de fase negativa em relação a um sinal de sincronização externo (denominado Amplificador Direcional Magnetron - MDA).
Rektenna é um sistema de recepção e conversão altamente eficiente, no entanto, a baixa tensão dos diodos e a necessidade de sua comutação serial podem levar a avalanches. Um conversor de energia cíclotron pode eliminar amplamente esse problema.
A antena de transmissão do SCES pode ser um arranjo de antenas ativas com reemissão retroativa com base em guias de ondas com fenda. Sua orientação aproximada é feita mecanicamente, para uma orientação precisa do feixe de micro-ondas, é utilizado um sinal piloto, emitido do centro da retina receptora e analisado na superfície da antena transmissora por uma rede de sensores apropriados.
De 1965 a 1975 um programa científico liderado por Bill Brown foi concluído com sucesso, demonstrando a capacidade de transmitir 30 kW de potência em uma distância de mais de 1 milha com uma eficiência de 84%.
Em 1978-1979, nos Estados Unidos, sob a liderança do Departamento de Energia (DOE) e da NASA (NASA), foi realizado o primeiro programa estadual de pesquisas com o objetivo de determinar as perspectivas do SCES.
Em 1995-1997, a NASA voltou a discutir o futuro do SCES, com base no progresso tecnológico alcançado naquela época.
A pesquisa continuou em 1999-2000 (Space Solar Power (SSP) Strategic Research & Technology Program).
A pesquisa mais ativa e sistemática no campo de SCES foi realizada pelo Japão. Em 1981, sob a liderança dos Professores M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) e S. Sasaki (Susumu Sasaki), o Instituto de Pesquisas Espaciais do Japão começou a pesquisar o desenvolvimento de um protótipo SCES com um nível de potência de 10 MW, que poderia ser criado usando veículos de lançamento existentes. A criação de tal protótipo permite o acúmulo de experiência tecnológica e prepara a base para a formação de sistemas comerciais.
O projeto foi batizado de SKES2000 (SPS2000) e recebeu reconhecimento em muitos países ao redor do mundo.
Foi assim que nasceram a WiTricity e a corporação WiTricity.
Em junho de 2007, Marin Soljačić e vários outros do Massachusetts Institute of Technology anunciaram o desenvolvimento de um sistema no qual uma lâmpada de 60 W era fornecida de uma fonte localizada a 2 m de distância, com uma eficiência de 40%.
Segundo os autores da invenção, esta não é uma ressonância "pura" de circuitos acoplados e nem um transformador Tesla com acoplamento indutivo. O raio de transmissão de energia para hoje é um pouco mais de dois metros, no futuro - até 5-7 metros.
Em geral, os cientistas testaram dois esquemas fundamentalmente diferentes.
Tecnologias semelhantes estão sendo desenvolvidas febrilmente por outras empresas: a Intel demonstrou sua tecnologia WREL com eficiência de transmissão de energia de até 75%. Em 2009, a Sony demonstrou o funcionamento da TV sem uma conexão de rede. Apenas uma circunstância é alarmante: independentemente do método de transmissão e dos ajustes técnicos, a densidade de energia e a intensidade do campo nas instalações devem ser altas o suficiente para alimentar dispositivos com capacidade de várias dezenas de watts. Segundo os próprios desenvolvedores, ainda não há informações sobre os efeitos biológicos de tais sistemas em humanos. Dado o surgimento recente e as diferentes abordagens para a implementação de dispositivos de transmissão de energia, tais estudos ainda estão por vir e os resultados não aparecerão em breve. E seremos capazes de julgar seu impacto negativo apenas indiretamente. Algo desaparecerá de nossas casas novamente, como baratas.
Em 2010, o Haier Group, um fabricante chinês de eletrodomésticos, apresentou seu produto exclusivo na CES 2010, uma TV LCD totalmente sem fio baseada na pesquisa da Professora Marina Solyachich sobre transmissão de energia sem fio e interface digital doméstica sem fio (WHDI).
Em 2012-2015. engenheiros da Universidade de Washington desenvolveram tecnologia que permite que o Wi-Fi seja usado como fonte de energia para alimentar dispositivos portáteis e carregar gadgets. A tecnologia já foi reconhecida pela revista Popular Science como uma das melhores inovações de 2015. A onipresença da tecnologia sem fio se revolucionou. E agora foi a vez da transmissão de energia sem fio pelo ar, que os desenvolvedores da Universidade de Washington chamaram de PoWiFi (para Power Over WiFi).
Durante a fase de teste, os pesquisadores foram capazes de carregar com sucesso baterias de íon-lítio e de níquel-hidreto metálico de pequena capacidade. Usando um roteador Asus RT-AC68U e vários sensores localizados a uma distância de 8,5 metros dele. Esses sensores convertem a energia de uma onda eletromagnética em corrente contínua com uma tensão de 1, 8 a 2, 4 volts, necessária para alimentar microcontroladores e sistemas de sensores. A peculiaridade da tecnologia é que a qualidade do sinal de trabalho não se deteriora neste caso. Você só precisa fazer o reflash do roteador e pode usá-lo normalmente, além de fornecer energia para dispositivos de baixo consumo. Em uma das demonstrações, uma pequena câmera de vigilância secreta de baixa resolução localizada a mais de 5 metros do roteador foi ligada com sucesso. Em seguida, o rastreador de fitness Jawbone Up24 foi cobrado 41%, demorou 2,5 horas.
Para questões complicadas sobre por que esses processos não afetam negativamente a qualidade do canal de comunicação da rede, os desenvolvedores responderam que isso se torna possível devido ao fato de que o roteador com flash envia pacotes de energia através de canais de transferência de informações desocupados durante seu trabalho. Eles tomaram essa decisão quando descobriram que, durante os períodos de silêncio, a energia simplesmente flui para fora do sistema e, de fato, pode ser direcionada para dispositivos de baixa potência.
No futuro, a tecnologia PoWiFi pode servir para alimentar sensores embutidos em eletrodomésticos e equipamentos militares, para controlá-los sem fio e realizar carregamento / recarregamento remoto.
A transferência de energia para o UAV é relevante (provavelmente, já utilizando a tecnologia PoWiMax ou do radar aerotransportado do porta-aviões):
A ideia parece muito tentadora. Em vez dos 20-30 minutos de voo de hoje:
→ LOCUST - Swarming Navy Drones
→ Nos EUA testou um "enxame" de microdrones Perdix
→ A Intel fez um show de drones durante o desempenho de Lady Gaga no intervalo - Plataforma Intel® Aero para UAV
obtenha 40-80 minutos recarregando drones usando tecnologias sem fio.
Deixe-me explicar:
-a troca de zangões m / y ainda é necessária (algoritmo de enxame);
-troca de m / y drones e aeronaves (útero) também é necessária (centro de controle, correção BZ, retargeting, um comando para eliminar, evitando "fogo amigo", a transferência de informações de reconhecimento e comandos para usar armas).
Para UAVs, o negativo da lei do inverso do quadrado (antena de emissão isotrópica) "compensa" parcialmente a largura do feixe da antena e o padrão de radiação:
Esta não é uma conexão celular, onde a célula deve fornecer comunicação 360 ° para os elementos finais.
Digamos esta variação:
O porta-aviões (para Perdix) este F-18 tem (agora) o radar AN / APG-65:
ou no futuro terá AN / APG-79 AESA:
Isso é o suficiente para estender a vida ativa dos Micro-Drones Perdix dos atuais 20 minutos para uma hora, e talvez até mais. Provavelmente, será utilizado o drone intermediário Perdix Middle, que será irradiado a uma distância suficiente pelo radar do caça, e que, por sua vez, fará a “distribuição” de energia para os irmãos mais novos de Perdix Micro- Drones via PoWiFi / PoWiMax, trocando simultaneamente informações com eles (vôo e acrobacia, tarefas de alvo, coordenação de enxame).
A era dos ataques de javalis é coisa do passado?
Talvez, em breve, chegue a carregar telefones celulares e outros dispositivos móveis que estão na faixa de Wi-Fi, Wi-Max ou 5G - no metrô, no trem, no avião, durante uma caminhada / corrida no parque?
Posfácio: 10-20 anos após a introdução generalizada na vida quotidiana de vários emissores eletromagnéticos de micro-ondas (telemóveis, micro-ondas, computadores, WiFi, ferramentas Blu, etc.), de repente as baratas nas grandes cidades tornaram-se subitamente uma raridade! Já a barata é um inseto que só pode ser encontrado no zoológico. De repente, eles desapareceram das casas que costumavam amar tanto.
COCKROACHES KARL ™!
Esses monstros, os líderes da lista de "organismos resistentes ao rádio" se renderam descaradamente!
referência
Quem é o próximo da fila?
Nota: Uma estação base WiMAX típica transmite energia em aproximadamente +43 dBm (20 W), enquanto uma estação móvel normalmente transmite em +23 dBm (200 mW).
Os níveis permitidos de radiação das estações base de comunicações móveis (900 e 1800 MHz, o nível total de todas as fontes) na área residencial-sanitária em alguns países diferem acentuadamente:
FULL CHAOS
A medicina ainda não deu uma resposta clara à pergunta: o celular / Wi-Fi é prejudicial e em que medida? E quanto à transmissão sem fio de eletricidade por tecnologias de micro-ondas?
Aqui a potência não é watts e milhas de watts, mas já kW …
Links, documentos usados, fotos e vídeos:
"(JOURNAL OF RADIO ELECTRONICS!" N 12, 2007 (ELECTRIC POWER FROM SPACE - SOLAR SPACE POWER PLANTS, V. A. Banke)
"Eletrônica de micro-ondas - perspectivas na energia espacial" 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
