Los investigadores están interesados en tres áreas tecnológicas: flujo de alta energía, conversión de energía óptica de alta eficiencia y tecnologías de retransmisión, por lo que piden a la industria que desarrolle redes de energía láser en el espacio libre capaces de transmitir energía eléctrica a través de redes de láseres mediante aviones como receptores y relés de energía óptica.
La U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), acaba de publicar una convocatoria de Small Business Innovation Research (SBIR) (HR001121S0007-29) para el proyecto Breakthrough Technologies for Energy Web Dominance.
Según los investigadores de DARPA, una red de energía inalámbrica formada por varios nodos dinámicos mejorará notablemente las capacidades militares. Para lograrlo, los investigadores están interesados en tres áreas tecnológicas: flujo de alta energía; conversión óptica de energía de alta eficiencia; y tecnologías de retransmisión.
El objetivo es desarrollar redes ópticas seguras de transmisión de energía con enlaces que proporcionen una contención rigurosa de los fotones y un control de las intrusiones para garantizar que la energía óptica llegue al receptor previsto sin dañar a los transeúntes u objetos.
Una red energética de este tipo consiste en fuentes láser terrestres que proporcionan energía a los nodos aéreos que la usan para sus propias necesidades mediante la conversión, y luego transmiten la energía restante sin conversión a otros nodos de la red energética. Los diseños deben admitir un tamaño, peso y potencia bajos (size, weight, and power-SWAP) para las partes aéreas del sistema de transmisión de energía.
Los investigadores explican que los sistemas tradicionales de transmisión de energía fotovoltaica pierden eficacia con flujos de energía elevados debido a las altas temperaturas. Aunque los métodos de conversión, como los termoeléctricos, son una forma de conseguir flujos de energía más elevados, suelen ser poco eficaces.
El proyecto DARPA Breakthrough Technologies for Energy Web Dominance pretende optimizar la eficiencia del sistema teniendo en cuenta las pérdidas de refrigeración para sistemas con un flujo de energía de 1 kilovatio por metro cuadrado, y escalable a 100 kilovatios por metro cuadrado o más.
Los relés son elementos de la cadena óptica que retransmiten la energía óptica sin convertirla primero en electricidad. Estas guías de ondas ópticas podrían ser tan sencillas como un espejo, pero es probable que incluyan varios componentes para redirigir la energía de forma flexible a los receptores previstos.
Los relés deben demostrar alta eficiencia y calidad del haz, teniendo en cuenta pérdidas como las ineficiencias de acoplamiento de la fibra y las aberraciones del frente de onda debidas a las turbulencias en la trayectoria de propagación. Las propuestas deben abordar formas de corregir las aberraciones del haz o mitigar las pérdidas en los relés de la cadena óptica.
La seguridad también es una gran preocupación. La transmisión inalámbrica de energía óptica requerirá al menos de 10 a 100 kilovatios de potencia óptica transmitida de forma sostenida. Estos niveles de potencia son intrínsecamente peligrosos y plantean importantes problemas de diseño de sistemas, sobre todo para las plataformas dinámicas que operan en entornos reales.
Es especialmente preocupante el peligro para los transeúntes, que pueden ser objeto de destellos de «salpicaduras» o reflejos de «desbordamiento» que se dirigen inadvertidamente hacia lugares no deseados.
Los investigadores de DARPA buscan tecnologías que aborden sustancialmente estos problemas de seguridad mediante una contención de fotones rigurosamente garantizada. Las soluciones de bajo SWAP también deben proporcionar una supervisión continua de la trayectoria para detectar y reaccionar ante intrusos móviles en el haz.
Cualquier método propuesto para asegurar la contención de los fotones puede abordar una parte del problema general. Una solución podría consistir en detectar los destellos en un campo de visión casi esférico. Otra podría diseñar morfologías de superficie que capten los reflejos, antirreflectantes, revestimientos o superficies absorbentes.
La contención de fotones rigurosamente asegurada proporciona una probabilidad de menos de uno entre mil millones de emisión de radiación no intencionada a niveles de irradiación superiores a 5 milivatios por centímetro cuadrado que son capaces de alcanzar a los sujetos humanos si están por debajo de las longitudes de onda de 1,4 micras. Si están por encima de 1,4 micras, los niveles de irradiación no deben superar los 100 milivatios por centímetro cuadrado.
Las tecnologías de este proyecto no son sólo para aplicaciones militares. Los sistemas necesarios para la emisión eficiente de energía pueden aplicarse a muchas otras aplicaciones, como las comunicaciones láser en el espacio libre, la propagación de láseres de alta energía, el LIDAR u otras aplicaciones láser de alta energía de pulso o de potencia continua.
Los sistemas ópticos con alta tolerancia a las cargas térmicas también pueden aplicarse a sistemas que operan en entornos difíciles con fuentes de calor cercanas.
Fte. Military and Aerospace Electronics
