Сила лазера

Самолет, который практически не использует керосин, — ночной кошмар топливных и нефтедобывающих компаний и мечта американских ученых. Которые были уверены, что крылатая машина вполне может пересекать континенты только на силе лазера. Инновационную технологию они начали разрабатывать еще в прошлом веке. О достижениях научного прогресса читатели «За рубежом» узнали из № 40 (1005) от 28 сентября — 4 октября 1979 года.

Самолет без керосина, летящий на солнечной энергии, которую ему передают с орбиты с помощью лазеров? Нет, сынок, это фантастика. Так мог бы сказать обыватель из прошлого века, услышав эту удивительную и невообразимую идею. Но для американских ученых идея была вполне себе вообразимая. Они придумали следующую схему: энергия, которая собирается на орбитальной солнечной станции, фокусируется и передается с помощью спутника-ретранслятора в виде лазерного луча. Установленные на самолете улавливатели эту энергию, соответственно, захватывают и преобразуют — из лазерной в тепловую. Ученые даже посчитали, с какой мощностью нужно «светить» на самолет, чтобы пассажиры спокойно добрались из точки А в точку Б.



Для межконтинентального околозвукового самолета с дальностью полета 5500 километров и полезной нагрузкой 18 140 килограммов (196 пассажиров) необходимо лазерное излучение мощностью 40 МВт. Такой самолет за каждый полет будет экономить 31 400 литров керосинового топлива. Благодаря короткой длине волны лазерный пучок можно сфокусировать на пятно небольших размеров даже на значительном расстоянии. Это позволяет использовать небольшие приемные устройства на самолетах. Сеть спутников-ретрансляторов на эллиптических орбитах позволит создать глобальную систему распределения энергии даже при нахождении тяжелых лазеров на низких солнечно-синхронных, а не геостационарных орбитах.

Разумеется, такая система потребует модернизировать самолеты - установить лазерные теплообменники и двигатели, которые способны работать как на топливе, так и на лазерной энергии. Совсем от керосина уйти не удалось бы — предполагалось, что взлетать и садиться самолет будет, все-таки используя традиционное топливо. Были и сложности, собственно, с источником питания. Ученые подсчитали: для того чтобы флот из 300 самолетов ежедневно совершал по три полета продолжительностью 8 часов, потребовалось бы 300 спутниковых электростанций и 400 спутников-ретрансляторов. Не слишком ли высокая цена за то, чтобы сэкономить сотни тысяч относительно недорогого авиакеросина? К тому же использование лазерной технологии было сопряжено с определенными рисками.

К техническим проблемам относится требование к прочности конструкционных материалов. Выхлопные газы, имеющие очень высокую температуру, будут излучать и передавать на стенки такое количество тепла, которое налагает жесткие требования на излучательную способность и охлаждение поверхности. Использование ЛРД (лазерного реактивного двигателя) лимитируют ограничения, связанные с максимальной дальностью передачи лазерного луча, определяемой конечными размерами коллектора, дифракционными явлениями и линейными и нелинейными потерями при распространении лазерного луча в атмосфере, высокие требования к точности наведения и слежения.

Неудивительно, что идею отложили в долгий ящик, однако полностью от нее не отказались.

Так, в 2003 году ученые из НАСА и Университета штата Алабама создали небольшую модель самолета, которая получала энергию от лазера, расположенного на поверхности земли. Электродвигатель, который приводил в движение пропеллер, был оснащен специальными фотоэлементами, улавливающими лазерное излучение и преобразующими его в электрический ток. Другой вопрос, что энергия лазера удерживала в воздухе самолет весом всего в 400 граммов, поэтому исследователи и не рассматривали применение такой системы в пассажирских авиаперевозках. Предполагалось, что в будущем на подобные самолеты будут ставить научное или телекоммуникационное оборудование для наблюдений и разного рода исследований. Но дальше эта идея не пошла и, похоже, стала совсем неактуальна с появлением компактных беспилотников.

Спустя 20 лет о передаче энергии по воздуху заговорили снова. Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) представило амбициозный проект Permanent Wireless Energy Repeater (POWER), или постоянный оптический беспроводной ретранслятор энергии. Планируется создать устройства, которые будут с помощью лазеров передавать энергию с одной воздушной платформы на другую. Говоря проще, в воздухе как будто создается невидимая энергетическая сеть, в границах которой самолеты могут летать практически бесконечно без опасной и сложной дозаправки в воздухе.

Причем ретрансляционные станции планируется строить не только на земле, но и в верхних слоях атмосферы, чтобы свести к минимуму любое воздействие воздуха или водяного пара. Кроме того, для успешной дозаправки в полёте транспортным средствам необходимо сохранять устойчивость и не отклоняться от заданной цели.

Проект POWER находится на начальной стадии — предстоит разработать концепцию устройств, которые будут выступать в качестве реле. На следующем этапе DARPA внедрит технологию в существующие самолёты, а затем будет использовать систему POWER для передачи 10 киловатт электроэнергии на самолёт, находящийся на расстоянии более двухсот километров.

Причем, если разработка и испытания пройдут успешно, с помощью POWER можно будет не только заряжать самолеты, но и передавать энергию в труднодоступные места, куда сложно дотянуть электрокабель, чтобы освещать улицы и жилые дома. Планируемой мощности — 10 киловатт — вполне хватит, чтобы обеспечить электричеством пятикомнатный дом.

---

Мария Седнева
Иллюстрация: использованы изображения из архива и upklyak