DARPA ha elegido equipos para un proyecto de transmisión óptica de energía entre plataformas aéreas de retransmisión, con el que se pretende revolucionar el transporte de energía.
La Defense Advance Research Projects Agency (DARPA) ha elegido a los equipos de Raytheon (RTX), Draper Laboratory y BEAM Co. para entrar en la primera fase del programa Persistent Optical Wireless Energy Relay (POWER), según anunció el 7 de septiembre.
Según DARPA, la transmisión de energía se basa en la misma física que la comunicación inalámbrica. «Necesitas una fuente de energía, la conviertes en una onda que se propaga, normalmente electromagnética, la envías por el espacio libre, la recoges a través de una abertura y la vuelves a convertir en electricidad», explicó el Coronel Paul Calhoun, responsable del programa POWER, explicando cómo se puede transferir energía de forma inalámbrica entre dos puntos mediante el uso de láseres de energía óptica.
El objetivo de POWER es crear una red de nodos aéreos que puedan difundir energía de forma inalámbrica a plataformas terrestres u otras plataformas aéreas mejorando la eficiencia de conversión de las transmisiones de energía óptica. Aprovechar de este modo los haces de energía puede permitir un transporte de energía casi instantáneo.
«Este proyecto puede suponer un avance de varios órdenes de magnitud en el transporte de energía, lo que podría cambiar radicalmente la relación de la sociedad con ella», afirma Paul Jaffe, responsable del programa POWER de DARPA. «Una red inalámbrica de energía podría liberar energía de fuentes nuevas y diversas, incluso del espacio, y conectarlas de forma rápida y fiable a los consumidores hambrientos de energía».
«Se trata de la Internet de la energía: el aprovechamiento de redes resistentes y multitrayectoria para hacer fluir la energía de fuentes abundantes a consumidores faltos de ella», afirma Calhoun.
Aplicaciones militares del transporte inalámbrico de energía
Para que las fuerzas armadas modernas puedan transportar físicamente la energía almacenada necesaria para completar una misión en forma de combustible líquido, las plataformas militares que requieren largo alcance, resistencia o una importante capacidad de lanzamiento de armas deben ser físicamente grandes. Un relé POWER de éxito significaría que las plataformas pequeñas y de bajo coste podrían llevar a cabo las mismas misiones que las aeronaves más grandes mediante una red inalámbrica de transferencia de energía en lugar de combustible líquido. Los aviones resultantes podrían desarrollarse con una autonomía o resistencia potencialmente ilimitadas.
La tecnología actual permite transmitir energía de tierra a tierra, pero es posible que la energía se retransmita entre dos plataformas aéreas de una manera que es profundamente ineficiente internamente por la pérdida de energía, e impone requisitos adicionales de tamaño, peso y potencia a las aeroplataformas.
En la situación actual, la energía óptica puede transportarse desde la estación terrestre a través de un láser, pero en cada nodo aéreo la energía óptica se convierte en electricidad para alimentar otro láser. La pérdida de energía que se produce durante la conversión hace que este proceso sea enormemente derrochador y que la transmisión a través de múltiples nodos aéreos sea difícil de imaginar.
En una red de múltiples saltos, las pérdidas de conversión entre las ondas que se propagan y la electricidad son inaceptables. Una red inalámbrica de energía práctica, versátil y adaptable no puede existir sin relés fiables.
Los equipos seleccionados por DARPA intentan desarrollar un enfoque que mantenga la energía en su formato original, quedando como energía óptica cuando sale del láser terrestre y retransmitiéndola de un avión a otro sin ser convertida en energía eléctrica.
Los repetidores se beneficiarán de hacer la transmisión a gran altitud, lo que es mucho más eficaz que enviar la energía a través de la baja atmósfera, más densa y turbulenta. El esqueleto de larga distancia y alto rendimiento de la red inalámbrica de energía lo proporcionará esta capa óptica a gran altitud.
El proyecto POWER
La primera fase del programa POWER durará 20 meses e incluirá demostraciones en laboratorio de tecnologías clave, con una prórroga opcional de tres meses para reducir aún más los riesgos. Dado que las aeronaves podrían ser mucho más pequeñas y baratas si se les transmitiera energía en lugar de generarla los motores y depósitos de combustible, la primera fase del proyecto POWER también incluirá el uso de diseños conceptuales para investigar este aspecto.
En la segunda fase, que comenzará a principios de 2025 con una convocatoria abierta, las tecnologías de relé se integrarán en una plataforma existente para una demostración aerotransportada de baja potencia.
La tercera fase del programa demostrará los relés enviando 10 kilovatios de energía óptica a un receptor terrestre situado a 200 kilómetros del láser de origen terrestre a través de una vía óptica aerotransportada.
El Dr. Paul Jaffe, que dirige el programa POWER en DARPA, afirma que los equipos seleccionados han tomado caminos diferentes, cada uno distinto en cuanto a la exigencia de la investigación y el diseño. «Cada uno de los equipos seleccionados propuso enfoques técnicos únicos al problema del relé de transmisión de potencia, desde combinaciones novedosas de tecnologías existentes hasta innovaciones tecnológicas de alto riesgo y alta recompensa», afirma Jaffe.
«La gama de soluciones propuestas abarca un equilibrio de rendimiento garantizado y posibles avances en tamaño, peso y potencia para hacer posibles pequeños sistemas distribuidos para la futura red inalámbrica de energía», prosigue Jaffe.
El transporte instantáneo de energía cambiará la sociedad
Aunque esta tecnología en desarrollo tiene claras ventajas para las capacidades militares, al personal de DARPA no se le escapan las implicaciones para la sociedad en general.
Calhoun establece comparaciones con el modo en que Internet revolucionó el acceso a la información. Hay mucha energía almacenada en las olas de los océanos profundos, suficiente para abastecer de energía al mundo muchas veces, pero no podemos acceder a ella, no es conveniente», explica Calhoun. «Si pudiéramos crear una red que trasladara esa energía a lugares de gran necesidad, creo que veríamos algo similar: la accesibilidad de la energía para el ciudadano medio aumentaría enormemente, y con ella la productividad».
«Y si podemos llegar a un mundo en el que ya no estemos vinculando la producción de energía al carbono, si ya no estamos envenenando nuestro medio ambiente por la producción, si ya no tiene que ser un equilibrio, ese sería un lugar realmente fascinante en el que estar, porque nos permitiría desbloquear la producción sin algunos de los impactos negativos», dice Calhoun. «Y hay muchos conceptos diferentes de cómo generar energía si eres capaz de desbloquear la distribución».
Durante décadas se han buscado fuentes de energía como alternativa a los combustibles fósiles que producen dióxido de carbono, con algunas opciones interesantes que ofrece el acceso al espacio, como la producción solar en el espacio o el uso del campo magnético de la Tierra para generar electricidad como parte de una dinamo con satélites en órbita. Sin embargo, la distribución de esta energía ha caído en el primer obstáculo, pero la opción de transportar eficientemente la energía de un punto a otro abre de nuevo el debate. \
Aunque Calhoun tiene claro el potencial para cambiar profundamente el uso de la energía, advierte que estamos lejos de ver una aplicación generalizada: «Hemos gastado billones y billones de dólares en crear nuestra infraestructura de cables y tuberías, y pasará mucho tiempo antes de que una idea como ésta compita directamente con aquéllas en términos de eficiencia».
Sin embargo, a corto plazo ciertas aplicaciones muestran claras oportunidades: «Donde sí tiene sentido de inmediato es en lugares como las catástrofes, donde la infraestructura ha desaparecido y la alternativa es traer combustibles líquidos para quemarlos en generadores: todo eso es muy ineficiente y podemos hacerlo mejor».
Fte. Air Force Technology
