激光隔空輸電 無人機(jī)續(xù)航焦慮終破解

作者｜時(shí)事熱點(diǎn)觀察者

在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)與民用領(lǐng)域，無人機(jī)早已從“新奇裝備”變身“核心力量”，但續(xù)航短板始終如同一道枷鎖，限制著其潛力釋放。鋰電池供電的工業(yè)無人機(jī)常溫續(xù)航普遍不足1小時(shí)，即便是先進(jìn)的氫動(dòng)力機(jī)型，最長續(xù)航也僅4小時(shí)，而戰(zhàn)場(chǎng)無人機(jī)的短續(xù)航更是直接影響偵察、打擊等關(guān)鍵任務(wù)的效能。近期亮相的激光無線輸電技術(shù)，以“隱形輸電線”的創(chuàng)新形態(tài)，為無人機(jī)續(xù)航難題提供了顛覆性解決方案，不僅有望改寫空天裝備的發(fā)展規(guī)則，更在無線能源傳輸領(lǐng)域打開了全新想象空間。

一、續(xù)航困局：無人機(jī)發(fā)展的致命短板

無人機(jī)的崛起重構(gòu)了諸多領(lǐng)域的作業(yè)模式。在軍事領(lǐng)域，它是偵察監(jiān)視的“空中眼”、精確打擊的“手術(shù)刀”，可續(xù)航不足讓其難以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間戰(zhàn)場(chǎng)存在，往往剛完成目標(biāo)定位就因電量告急被迫返航；在民用領(lǐng)域，工業(yè)無人機(jī)承擔(dān)著電力巡檢、地理測(cè)繪、物流運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，卻受限于續(xù)航半徑，單臺(tái)機(jī)巢覆蓋范圍僅數(shù)公里，需要密集布設(shè)才能滿足作業(yè)需求，大幅推高了運(yùn)營成本。消費(fèi)級(jí)無人機(jī)市場(chǎng)增長放緩的背后，也離不開續(xù)航體驗(yàn)不佳的制約，短暫的飛行時(shí)間難以滿足用戶的深度使用需求。

傳統(tǒng)解決方案始終未能突破瓶頸。鋰電池能量密度有限，低溫環(huán)境下續(xù)航還會(huì)大幅“縮水”，且充電耗時(shí)較長，嚴(yán)重影響作業(yè)效率；氫動(dòng)力技術(shù)雖能將續(xù)航提升至數(shù)小時(shí)，但儲(chǔ)氫裝置體積大、成本高，且加氫設(shè)施稀缺，難以大規(guī)模普及；有線供電則完全喪失了無人機(jī)的機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，僅能用于固定航線的特定場(chǎng)景。續(xù)航短板如同“阿喀琉斯之踵”，讓無人機(jī)的戰(zhàn)略價(jià)值和應(yīng)用場(chǎng)景始終無法充分釋放，行業(yè)迫切需要一種既能保障持續(xù)供電，又不束縛機(jī)動(dòng)能力的創(chuàng)新技術(shù)。

這一困局的本質(zhì)，是能源傳輸方式與無人機(jī)機(jī)動(dòng)特性的矛盾。無人機(jī)追求輕量化、靈活性，而傳統(tǒng)供電技術(shù)要么受限于能量存儲(chǔ)上限，要么被物理連接所束縛。隨著無人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景向縱深拓展，從高原巡檢到深海探測(cè)，從戰(zhàn)場(chǎng)持續(xù)監(jiān)控到城市立體物流，對(duì)長續(xù)航、不間斷供電的需求愈發(fā)迫切，技術(shù)突破已成為行業(yè)發(fā)展的必然要求。

二、技術(shù)破局：激光輸電的核心優(yōu)勢(shì)與安全保障

激光無線輸電技術(shù)的出現(xiàn)，精準(zhǔn)破解了這一核心矛盾。其原理簡潔高效：以高功率激光作為能量載體，將地面電網(wǎng)或太陽能板的電能定向傳輸至無人機(jī)搭載的光伏轉(zhuǎn)換器，再由轉(zhuǎn)換器將激光能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。這套“端到端”的輸電系統(tǒng)，如同在空中搭建起一條無形的輸電線，既突破了物理線纜的束縛，又?jǐn)[脫了對(duì)機(jī)載儲(chǔ)能設(shè)備的依賴。

與傳統(tǒng)無線輸電技術(shù)相比，激光方案的優(yōu)勢(shì)極為突出。電磁感應(yīng)技術(shù)傳輸距離僅數(shù)厘米，電磁共振技術(shù)也不過數(shù)米，且能量損耗隨距離增加快速上升；微波輸電雖能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，但能量彌散嚴(yán)重，輸電效率較低，還可能對(duì)周邊電子設(shè)備造成干擾。而激光具有極高的方向性和能量密度，傳輸過程中損耗小，遠(yuǎn)距離輸電效率可維持在50%左右，部分高端激光電池的光電轉(zhuǎn)換效率更是高達(dá)74.7%，遠(yuǎn)超其他無線輸電技術(shù)。

抗干擾能力是其另一大亮點(diǎn)。在復(fù)雜電磁環(huán)境中，傳統(tǒng)無線供電技術(shù)易受干擾導(dǎo)致供電不穩(wěn)定，而激光無線輸電僅在遭遇強(qiáng)電磁脈沖沖擊時(shí)才可能受影響，這一特性使其在軍事領(lǐng)域具有天然優(yōu)勢(shì)，能確保無人機(jī)在電子對(duì)抗環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)視距傳輸、無法穿透云層和山體的局限，技術(shù)研發(fā)者提出了中繼傳輸方案，通過布設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)讓激光束“翻山越嶺”，理論上可實(shí)現(xiàn)超視距、大范圍的能量覆蓋。

安全性問題的妥善解決，為技術(shù)落地掃清了關(guān)鍵障礙。研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多層防護(hù)機(jī)制：激光束路徑中出現(xiàn)障礙物時(shí)，系統(tǒng)能瞬間關(guān)閉激光源，待障礙移除后自動(dòng)重啟，無人機(jī)自身電池還能在激光中斷間隙提供應(yīng)急供電。更重要的是，該技術(shù)使用的激光與武器級(jí)激光完全不同，光束集中度低、能量密度適中，不會(huì)造成切割或灼傷，相關(guān)安全措施已通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)驗(yàn)證，徹底打消了“激光傷人”的顧慮。

三、場(chǎng)景落地：軍民兩用的廣闊前景

這項(xiàng)技術(shù)已獲得軍方支持，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將率先取得突破。一旦成熟部署，無人機(jī)將實(shí)現(xiàn)“無限續(xù)航”，可長時(shí)間滯空?qǐng)?zhí)行偵察監(jiān)視、目標(biāo)跟蹤、通信中繼等任務(wù)，甚至能組成持續(xù)存在的“空中蜂群”，徹底改變戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。對(duì)于高空長航時(shí)無人機(jī)而言，激光輸電可使其擺脫對(duì)燃油和大容量電池的依賴，大幅提升有效載荷和機(jī)動(dòng)能力，成為真正的“戰(zhàn)場(chǎng)持久存在者”。美國海軍實(shí)驗(yàn)室已在太空開展激光能量傳輸實(shí)驗(yàn)，探索將該技術(shù)應(yīng)用于月球和行星探測(cè)任務(wù)，未來軍事應(yīng)用場(chǎng)景有望向空天領(lǐng)域延伸。

民用領(lǐng)域的潛力同樣不容小覷。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，通信基站、氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備常因供電困難難以維持運(yùn)行，激光無線輸電可利用太陽能板收集能量，通過定向傳輸為這些設(shè)備提供持續(xù)電力，無需鋪設(shè)復(fù)雜輸電線路；在城市中，該技術(shù)有望替代部分高空輸電線路，減少電線桿占道和線路老化帶來的安全隱患，還能為城市物流無人機(jī)提供空中充電服務(wù)，破解“最后一公里”配送的續(xù)航難題。

更長遠(yuǎn)來看，激光無線輸電技術(shù)將推動(dòng)多領(lǐng)域的跨界融合。在航天領(lǐng)域，它可用于衛(wèi)星、太空站的能量補(bǔ)給，甚至支撐“月環(huán)計(jì)劃”這類宏大工程，將月球太陽能發(fā)電站的電能傳輸回地球；在水下探測(cè)領(lǐng)域，激光能穿透水體為水下無人機(jī)充電，拓展深海探測(cè)的作業(yè)時(shí)長；在新能源領(lǐng)域，它可與太陽能、風(fēng)能等可再生能源結(jié)合，構(gòu)建分布式能量傳輸網(wǎng)絡(luò)，解決能源供應(yīng)的時(shí)空錯(cuò)配問題。隨著技術(shù)成本逐步降低，其應(yīng)用場(chǎng)景將向更多民生領(lǐng)域延伸，從無人機(jī)到智能家居，從移動(dòng)設(shè)備到電動(dòng)汽車，有望重塑人類的能源使用方式。

四、現(xiàn)狀與展望：機(jī)遇背后的挑戰(zhàn)與突破

目前，激光無線輸電技術(shù)雖處于原型機(jī)研發(fā)階段，但已展現(xiàn)出明確的產(chǎn)業(yè)化前景。技術(shù)層面仍有優(yōu)化空間：激光在大氣傳播過程中會(huì)受氣流、云層影響產(chǎn)生能量損耗，需要進(jìn)一步優(yōu)化激光波長和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，降低環(huán)境因素的干擾；高功率激光器的散熱問題、激光電池的成本控制，以及高精度跟蹤對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的提升，都是后續(xù)研發(fā)的關(guān)鍵方向。

行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也將推動(dòng)技術(shù)快速迭代。除了美國企業(yè)的研發(fā)進(jìn)展，全球多個(gè)國家都在布局激光無線輸電技術(shù)，相關(guān)技術(shù)突破不斷涌現(xiàn)。隨著研發(fā)深入，激光傳輸?shù)木嚯x將持續(xù)提升，能量轉(zhuǎn)換效率有望進(jìn)一步突破，成本也將逐步下降，為規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。未來，隨著5G、人工智能技術(shù)與激光輸電的融合，有望實(shí)現(xiàn)供電需求的智能感知、激光束的精準(zhǔn)跟蹤和能量分配的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，讓技術(shù)應(yīng)用更加高效、便捷。

這項(xiàng)技術(shù)的突破，不僅是無人機(jī)行業(yè)的福音，更是無線能源傳輸領(lǐng)域的里程碑。它證明了遠(yuǎn)距離、高功率無線輸電的可行性，為解決各類移動(dòng)設(shè)備、無人裝備的能源供給問題提供了全新思路。從軍事到民用，從地面到空天，激光無線輸電技術(shù)正在打破能量傳輸?shù)奈锢磉吔纾苿?dòng)人類向“無線能源時(shí)代”邁出關(guān)鍵一步。

激光無線輸電技術(shù)的出現(xiàn)，為無人機(jī)掙脫續(xù)航枷鎖提供了鑰匙，更開啟了一個(gè)能量自由傳輸?shù)男聲r(shí)代。它以創(chuàng)新的技術(shù)路徑破解了行業(yè)痛點(diǎn)，用可靠的安全設(shè)計(jì)打消了應(yīng)用顧慮，在軍民兩用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大價(jià)值。盡管目前仍處于研發(fā)階段，但隨著技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和成本的逐步降低，這項(xiàng)技術(shù)必將重塑無人機(jī)行業(yè)的發(fā)展格局，并滲透到更多能源需求場(chǎng)景中。

從鋰電池到氫動(dòng)力，再到激光無線輸電，無人機(jī)續(xù)航技術(shù)的演進(jìn)，本質(zhì)上是人類對(duì)能源傳輸效率的不斷追求。在科技快速迭代的今天，激光無線輸電技術(shù)所代表的創(chuàng)新思維，將推動(dòng)更多領(lǐng)域突破傳統(tǒng)局限。未來，當(dāng)無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)“無限續(xù)航”自由飛行，當(dāng)偏遠(yuǎn)地區(qū)的設(shè)備能夠獲得穩(wěn)定能源供給，當(dāng)跨場(chǎng)景的能量傳輸不再受物理約束，這項(xiàng)技術(shù)將真正改變世界，為人類社會(huì)的發(fā)展注入全新動(dòng)力。