Al comentar sobre el artículo de la defensa aérea en la cuarta generación, "chocó" con el TOP2 sobre el tema de la fuente de alimentación inalámbrica remota de UAV pequeños y ultrapequeños (UAV) (ver aquí), así como sobre el tema: el algoritmo de enjambre (agentes) para el UAV y las perspectivas de la defensa aérea "4ª generación". Trataré de resaltar el tema de la transmisión inalámbrica de energía según mi leal saber y entender. El algoritmo de enjambre (el concepto de agentes) y la posible ineficiencia de los sistemas de defensa aérea existentes son, en general, un tema para un artículo separado.
La transmisión de electricidad sin cables es un método de transferencia de energía eléctrica sin el uso de elementos conductores en el circuito eléctrico.
A finales del siglo XIX, el descubrimiento de que la electricidad podía usarse para hacer que una bombilla brille provocó una explosión de investigación para encontrar la mejor manera de transmitir electricidad.
La transmisión inalámbrica de energía también se estudió activamente a principios del siglo XX, cuando los científicos prestaron gran atención a la búsqueda de diversas formas de transmisión inalámbrica de energía. El propósito de la investigación era simple: generar un campo eléctrico en un lugar para que luego pudiera ser detectado por dispositivos a distancia. Al mismo tiempo, se ha intentado suministrar energía a distancia no solo a sensores altamente sensibles para detectar voltaje, sino también a importantes consumidores de energía. Entonces, en 1904 en el St. Louis World's Fair recibió un premio por el lanzamiento exitoso de un motor de avión con una capacidad de 0.1 caballos de fuerza, realizado a una distancia de 30 m.
Los gurús de la "electricidad" son conocidos por muchos (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas, etc.), pero pocas personas saben que el investigador japonés Hidetsugu Yagi usó su propia antena desarrollada. para transmitir energía. En febrero de 1926, publicó los resultados de su investigación, en la que describió la estructura y el método de sintonización de la antena Yagi.
En la URSS se llevaron a cabo trabajos y proyectos muy serios en el período 1930-1941. y en paralelo en Drittes Reich.
Naturalmente, principalmente con fines militares: la derrota de la mano de obra enemiga, la destrucción de la infraestructura militar e industrial, etc. En la URSS, también se llevó a cabo un trabajo serio sobre el uso de radiación de microondas para prevenir la corrosión superficial de estructuras y productos metálicos. Pero esta es una historia separada que requiere una importante inversión de tiempo: nuevamente tienes que subir a un ático polvoriento o un sótano igualmente polvoriento.
Uno de los físicos rusos más importantes del siglo pasado, el premio Nobel, el académico Pyotr Leonidovich Kapitsa, dedicó parte de su biografía creativa a investigar las perspectivas del uso de ondas y oscilaciones de microondas para crear sistemas de transmisión de energía nuevos y altamente eficientes.
En 1962, en el prefacio de su monografía, escribió:
De la larga lista de fantásticas ideas técnicas implementadas en el siglo XX, solo el sueño de la transmisión inalámbrica de energía eléctrica siguió sin cumplirse. Las descripciones detalladas de los rayos de energía en las novelas de ciencia ficción provocaron a los ingenieros con su obvia necesidad y con la complejidad práctica de la implementación.
Pero la situación comenzó a mejorar gradualmente.
En 1964, el experto en electrónica de microondas William C. Brown probó por primera vez un dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de recibir y utilizar la energía de un haz de microondas en forma de corriente continua, gracias a una matriz de antenas que consta de dipolos de media onda, cada uno de los cuales que está cargado con diodos Schottky de alta eficiencia …
También en 1964, William C. Brown mostró su modelo de helicóptero, que funcionaba con un emisor de microondas para el vuelo, en Walter Cronkite News de CBS.
En principio, este evento y esta tecnología son los más interesantes de TopWar (a continuación se tratará un poco sobre la "vida cotidiana" y la energía). Historial y experimentos de vuelo de microondas con tecnología inalámbrica (película en inglés, pero todo es lo suficientemente claro)
Ya en 1976, William Brown llevó a cabo la transmisión de un haz de microondas de 30 kW de potencia a una distancia de 1,6 km con una eficiencia superior al 80%.
Las pruebas se llevaron a cabo en un laboratorio y fueron encargadas por Raytheon Co.
¿Qué hizo famoso a Raytheon y el principal área de interés de esta empresa, creo, no vale la pena especificarlo? Bueno, si alguien no lo sabe, consulte la Cronología histórica de Raytheon:
Lea más sobre los resultados obtenidos aquí (en inglés y formato RIS, BibTex y RefWorks Direct Export):
→ Transmisión de potencia por microondas - Revistas IOSR
→ El helicóptero alimentado por microondas. William C. Brown. Compañía Raytheon.
En 1968, el investigador espacial estadounidense Peter E. Glaser propuso colocar grandes paneles solares en órbita geoestacionaria y transmitir la energía generada por ellos (al nivel de 5-10 GW) a la superficie de la Tierra con un haz de microondas bien enfocado. luego convertirla en energía de corriente continua o alterna de frecuencia técnica y distribuirla a los consumidores.
Tal esquema hizo posible utilizar el intenso flujo de radiación solar existente en la órbita geoestacionaria (~ 1, 4 kW / sq. M.), Y transmitir la energía recibida a la superficie de la Tierra de forma continua, independientemente de la hora del día y las condiciones climáticas. Debido a la inclinación natural del plano ecuatorial al plano de la eclíptica con un ángulo de 23,5 grados, un satélite ubicado en una órbita geoestacionaria es iluminado por un flujo de radiación solar de forma casi continua, salvo por breves periodos de tiempo cercanos a los días de la primavera. y equinoccio de otoño, cuando este satélite cae a la sombra de la Tierra. Estos períodos de tiempo se pueden predecir con precisión y en total no superan el 1% de la duración total del año.
La frecuencia de las oscilaciones electromagnéticas del haz de microondas debe corresponder a los rangos asignados para su uso en la industria, la investigación científica y la medicina. Si se elige esta frecuencia igual a 2,45 GHz, las condiciones meteorológicas, incluidas las nubes espesas y las precipitaciones intensas, prácticamente no tienen ningún efecto sobre la eficiencia de transferencia de energía. La banda de 5,8 GHz es tentadora ya que permite reducir el tamaño de las antenas de transmisión y recepción. Sin embargo, la influencia de las condiciones meteorológicas aquí ya requiere un estudio adicional.
El nivel actual de desarrollo de la electrónica de microondas nos permite hablar de un valor bastante alto de la eficiencia de la transferencia de energía por un haz de microondas desde una órbita geoestacionaria a la superficie de la Tierra: alrededor del 70% ÷ 75%. En este caso, el diámetro de la antena transmisora se elige generalmente igual a 1 km, y la rectenna terrestre tiene dimensiones de 10 km x 13 km para una latitud de 35 grados. El SCES con una potencia de salida de 5 GW tiene una densidad de potencia radiada en el centro de la antena transmisora de 23 kW / m², en el centro de la antena receptora - 230 W / m².
Se han investigado varios tipos de generadores de microondas de estado sólido y de vacío para la antena transmisora del SCES. William Brown demostró, en particular, que los magnetrones, bien desarrollados por la industria, destinados a hornos microondas, también se pueden utilizar en la transmisión de conjuntos de antenas del SCES, si cada uno de ellos está equipado con su propio circuito de retroalimentación de fase negativa con respecto a un señal de sincronización externa (también llamado amplificador direccional de magnetrón - MDA).
Rektenna es un sistema de recepción y conversión altamente eficiente, sin embargo, el bajo voltaje de los diodos y la necesidad de su conmutación en serie pueden provocar averías por avalancha. Un convertidor de energía de ciclotrón puede eliminar en gran medida este problema.
La antena transmisora del SCES puede ser una red de antenas activas de reemisión trasera basada en guías de ondas ranuradas. Su orientación aproximada se realiza mecánicamente; para una guía precisa del haz de microondas, se utiliza una señal piloto, emitida desde el centro de la antena receptora y analizada en la superficie de la antena transmisora mediante una red de sensores apropiados.
Desde 1965 hasta 1975 Se completó con éxito un programa científico dirigido por Bill Brown, que demostró la capacidad de transmitir 30 kW de potencia a una distancia de más de 1 milla con una eficiencia del 84%.
En 1978-1979 en los Estados Unidos, bajo el liderazgo del Departamento de Energía (DOE) y la NASA (NASA), se llevó a cabo el primer programa estatal de investigación destinado a determinar las perspectivas del SCES.
En 1995-1997, la NASA volvió a discutir el futuro del SCES, basándose en el progreso tecnológico logrado en ese momento.
La investigación continuó en 1999-2000 (Programa de Tecnología e Investigación Estratégica de Energía Solar Espacial (SSP)).
Japón llevó a cabo la investigación más activa y sistemática en el campo de SCES. En 1981, bajo el liderazgo de los profesores M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) y S. Sasaki (Susumu Sasaki), el Instituto de Investigación Espacial de Japón inició una investigación sobre el desarrollo de un prototipo de SCES con un nivel de potencia de 10 MW, que podría crearse utilizando vehículos de lanzamiento existentes. La creación de dicho prototipo permite la acumulación de experiencia tecnológica y prepara las bases para la formación de sistemas comerciales.
El proyecto se denominó SKES2000 (SPS2000) y recibió reconocimiento en muchos países del mundo.
Así nacieron WiTricity y la corporación WiTricity.
En junio de 2007, Marin Soljačić y varios otros en el Instituto de Tecnología de Massachusetts anunciaron el desarrollo de un sistema en el que se suministraba una bombilla de 60 W desde una fuente ubicada a 2 m de distancia, con una eficiencia del 40%.
Según los autores de la invención, esta no es una resonancia "pura" de circuitos acoplados ni un transformador Tesla con acoplamiento inductivo. El radio de transmisión de energía para hoy es un poco más de dos metros, en el futuro, hasta 5-7 metros.
En general, los científicos probaron dos esquemas fundamentalmente diferentes.
Otras empresas están desarrollando febrilmente tecnologías similares: Intel ha demostrado su tecnología WREL con una eficiencia de transmisión de energía de hasta el 75%. En 2009, Sony demostró el funcionamiento del televisor sin una conexión de red. Solo una circunstancia es alarmante: independientemente del método de transmisión y los ajustes técnicos, la densidad de energía y la intensidad de campo en las instalaciones deben ser lo suficientemente altas para alimentar dispositivos con una capacidad de varias decenas de vatios. Según los propios desarrolladores, todavía no hay información sobre los efectos biológicos de tales sistemas en los humanos. Dada la aparición reciente y los diferentes enfoques para la implementación de dispositivos de transmisión de energía, dichos estudios aún están por delante y los resultados no aparecerán pronto. Y podremos juzgar su impacto negativo solo indirectamente. Algo volverá a desaparecer de nuestros hogares, como cucarachas.
En 2010, Haier Group, un fabricante chino de electrodomésticos, presentó su producto único en CES 2010, un televisor LCD totalmente inalámbrico basado en la investigación de la profesora Marina Solyachich sobre transmisión de energía inalámbrica e interfaz digital doméstica inalámbrica (WHDI).
En 2012-2015. Los ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado una tecnología que permite utilizar Wi-Fi como fuente de energía para alimentar dispositivos portátiles y cargar dispositivos. La tecnología ya ha sido reconocida por la revista Popular Science como una de las mejores innovaciones de 2015. La ubicuidad de la tecnología inalámbrica se ha revolucionado. Y ahora le tocó el turno a la transmisión inalámbrica de energía por aire, que los desarrolladores de la Universidad de Washington llamaron PoWiFi (Power Over WiFi).
Durante la fase de prueba, los investigadores pudieron cargar con éxito baterías de hidruro metálico de níquel e iones de litio de pequeña capacidad. Utilizando un enrutador Asus RT-AC68U y varios sensores ubicados a una distancia de 8.5 metros del mismo. Estos sensores convierten la energía de una onda electromagnética en corriente continua con un voltaje de 1, 8 a 2, 4 voltios, que son necesarios para alimentar microcontroladores y sistemas de sensores. La peculiaridad de la tecnología es que la calidad de la señal de trabajo no se deteriora en este caso. Solo necesita actualizar el enrutador y puede usarlo como de costumbre, además de suministrar energía a dispositivos de bajo consumo. En una de las demostraciones, se alimentó con éxito una pequeña cámara de vigilancia encubierta de baja resolución ubicada a más de 5 metros del enrutador. Luego, el rastreador de ejercicios Jawbone Up24 se cargó al 41%, tomó 2.5 horas.
A preguntas engañosas sobre por qué estos procesos no afectan negativamente la calidad del canal de comunicación de la red, los desarrolladores respondieron que esto es posible debido al hecho de que el enrutador flasheado envía paquetes de energía a través de canales de transferencia de información desocupados durante su trabajo. Llegaron a esta decisión cuando descubrieron que durante los períodos de silencio, la energía simplemente fluye fuera del sistema y, de hecho, puede dirigirse a dispositivos de baja potencia.
En el futuro, la tecnología PoWiFi puede servir para alimentar sensores integrados en electrodomésticos y equipos militares, controlarlos de forma inalámbrica y realizar cargas / recargas remotas.
La transferencia de energía para el UAV es relevante (muy probablemente, ya usando la tecnología PoWiMax o desde el radar de a bordo del avión de transporte):
La idea parece bastante tentadora. En lugar de los 20-30 minutos de vuelo de hoy:
→ LOCUST - Enjambres de aviones no tripulados de la Armada
→ En los EE. UU. Se probó un "enjambre" de microdrones Perdix
→ Intel realizó un espectáculo de drones durante el medio tiempo de Lady Gaga: Intel® Aero Platform para UAV
Obtenga 40-80 minutos recargando drones usando tecnologías inalámbricas.
Dejame explicar:
-el intercambio de drones m / a sigue siendo necesario (algoritmo de enjambre);
-También es necesario el intercambio de aviones no tripulados y aviones (útero) (centro de control, corrección BZ, retargeting, comando de eliminación, prevención de "fuego amigo", transferencia de información de reconocimiento y comandos de uso de armas).
Para los UAV, el negativo de la ley del cuadrado inverso (antena emisora isotrópica) "compensa" parcialmente el ancho del haz de la antena y el patrón de radiación:
Esta no es una conexión celular, donde la celda debe proporcionar una comunicación de 360 ° con los elementos finales.
Digamos esta variación:
El avión de transporte (para Perdix) este F-18 tiene (ahora) el radar AN / APG-65:
o en el futuro contará con AN / APG-79 AESA:
Esto es suficiente para extender la vida activa de Perdix Micro-Drones de los actuales 20 minutos a una hora, y tal vez incluso más. Lo más probable es que se utilice el dron intermedio Perdix Middle, que será irradiado a una distancia suficiente por el radar del caza, y este, a su vez, realizará el "reparto" de energía para los hermanos menores de Perdix Micro- Drones a través de PoWiFi / PoWiMax, intercambiando información simultáneamente con ellos (vuelo y acrobacia aérea, tareas de destino, coordinación de enjambres).
¿La era de los ataques de jabalíes es cosa del pasado?
Quizás, pronto llegará a cargar teléfonos celulares y otros dispositivos móviles que están en el rango de Wi-Fi, Wi-Max o 5G: ¿en el metro, en el tren, en el avión, mientras camina / trota en el parque?
Epílogo: 10-20 años después de la introducción generalizada en la vida cotidiana de numerosos emisores de microondas electromagnéticos (teléfonos móviles, microondas, computadoras, WiFi, herramientas Blu, etc.), ¡de repente las cucarachas en las grandes ciudades se han convertido repentinamente en una rareza! Ahora la cucaracha es un insecto que solo se puede encontrar en el zoológico. De repente desaparecieron de las casas que tanto amaban.
¡CUCARACHAS KARL ™!
¡Estos monstruos, los líderes de la lista de "organismos radio-resistentes" se rindieron descaradamente!
referencia
¿Quién es el siguiente en la fila?
Nota: Una estación base WiMAX típica transmite potencia a aproximadamente +43 dBm (20 W), mientras que una estación móvil transmite típicamente a +23 dBm (200 mW).
Los niveles permisibles de radiación de las estaciones base de comunicaciones móviles (900 y 1800 MHz, el nivel total de todas las fuentes) en el área sanitaria-residencial en algunos países difieren notablemente:
CAOS COMPLETO
La medicina aún no ha dado una respuesta clara a la pregunta: ¿es dañino el móvil / WiFi y en qué medida? ¿Y qué hay de la transmisión inalámbrica de electricidad mediante tecnologías de microondas?
Aquí la potencia no son vatios y millas de vatios, sino ya kW …
Enlaces, documentos usados, fotos y videos:
"(REVISTA DE RADIO ELECTRÓNICA!" N 12, 2007 (ENERGÍA ELÉCTRICA DEL ESPACIO - PLANTAS DE ENERGÍA DEL ESPACIO SOLAR, V. A. Banke)
"Electrónica de microondas: perspectivas de la energía 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
