撰文|小魔

四軸無人機(jī)可能是近些年來最有用的科技發(fā)明之一，它靈便小巧、機(jī)械穩(wěn)定性好、場地適應(yīng)性強(qiáng)，且造價(jià)低廉，能幫助人類完成影像拍攝、高空監(jiān)測、運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之類的多種工作。

最近在以色列國防科技公司ElbitSystems的開發(fā)下，四軸無人機(jī)甚至還能變身為殺傷性武器，提升戰(zhàn)場作戰(zhàn)人員的對(duì)敵能力。

然而，四軸無人機(jī)雖有萬般好，但由于尺寸所限，往往它并不能攜帶太大容量的動(dòng)力電池，這也使其無法進(jìn)行長時(shí)間的飛行活動(dòng)。

那么在動(dòng)力電池技術(shù)沒有重大突破的情況下，還有什么方法能讓四軸無人機(jī)提高飛行時(shí)長么？

還別說，來自中國咸陽西北工業(yè)大學(xué)的研究人員最近就展示了一種永遠(yuǎn)不需要降落的無人機(jī)，這算是從根本上解決了四軸無人機(jī)飛行時(shí)間短的缺點(diǎn)。

這款無人機(jī)能一直飛在天上是因?yàn)樗鼡碛幸粋€(gè)非常特別的遠(yuǎn)程無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)通過地面上的自適應(yīng)目標(biāo)跟蹤激光為無人機(jī)源源不斷地供電。

相較于市面上的其他四軸無人機(jī)，咸陽西北工業(yè)大學(xué)展示的這款無人機(jī)唯一的不同之處在于其底部安裝了一個(gè)類似太陽能光伏電池板的光電轉(zhuǎn)換器，當(dāng)無人機(jī)起飛后轉(zhuǎn)換器就會(huì)接收外界的激光并把它轉(zhuǎn)化為飛行所用的電能。

適配手機(jī)的激光充電系統(tǒng)

就目前而言，在無線電力傳輸系統(tǒng)中，以光電轉(zhuǎn)換作為充電方式的硬件技術(shù)其實(shí)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)不錯(cuò)，盡管它的整體效率還不是很高。

一般來說，在能量發(fā)射端，電能轉(zhuǎn)換到激光的效率可以在50-85%之間，這本身取決于使用的激光器有多高級(jí)，而在接收端，當(dāng)激光再次轉(zhuǎn)換回電能時(shí)，還會(huì)再次出現(xiàn)50%左右的能量損失。

考慮到電能在當(dāng)下能源價(jià)格中算是比較便宜的，如果選擇以光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行無線充電，那么在可接受的電能損失內(nèi)，就意味著你將能夠擁有一臺(tái)永遠(yuǎn)不需要降落的無人機(jī)了。

咸陽西北工業(yè)大學(xué)并非首家為飛行器研發(fā)遠(yuǎn)程激光充電技術(shù)的工程團(tuán)隊(duì)，早在2012年，總部位于華盛頓的PowerLight公司（前身為LaserMotive）曾展示過類似的無線無人機(jī)充電系統(tǒng)。

該公司在風(fēng)洞中使一架大型無人機(jī)保持了48小時(shí)的飛行時(shí)長，并且他們還為洛克希德·馬丁公司的一架Stalker無人機(jī)在室外最遠(yuǎn)600米的范圍內(nèi)進(jìn)行過無線充電。

不過，咸陽西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)比前者更進(jìn)一步的地方在于他們開發(fā)了一系列提升激光充電系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。

其中包括一種“智能視覺跟蹤算法”，通過這個(gè)算法，就能夠保持發(fā)射端的激光光束會(huì)一直對(duì)準(zhǔn)無人機(jī)，同時(shí)他們還開發(fā)出了一種可以補(bǔ)償大氣密度變化的自適應(yīng)光束整形系統(tǒng)，以及一種識(shí)別障礙物并迅速將激光功率調(diào)整到安全水平的方法。

將這些功能算法整合后，他們用一架小型四軸無人機(jī)對(duì)整個(gè)遠(yuǎn)程激光充電系統(tǒng)進(jìn)行了測試，并演示了其在室內(nèi)開燈和關(guān)燈時(shí)的工作情況，以及夜間在室外的工作情況，視頻顯示無人機(jī)的飛行高度約為10米。

激光充電系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離能力表明，這種系統(tǒng)可以為高空無人機(jī)作戰(zhàn)打開一扇新大門，它可以有效地創(chuàng)建持久性的空中戰(zhàn)斗平臺(tái)，能夠發(fā)揮類似低空衛(wèi)星的作用，不過不可否認(rèn)的是，多旋翼飛行器能否正常工作仍要考慮天氣因素。

考慮到具備不落地能力的無人機(jī)有著極高的軍事潛力，咸陽西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)并沒有向外界公布該遠(yuǎn)程充電系統(tǒng)的激光功率輸出、系統(tǒng)范圍或充電效率等等具體信息，并且該遠(yuǎn)程激光充電系統(tǒng)顯然仍處于實(shí)驗(yàn)室早期原型機(jī)的階段。

不過它如果真能走出實(shí)驗(yàn)室，鑒于這是一種將激光指向天空的設(shè)備，不排除民用或商用領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)監(jiān)管方面阻力的可能。

另一方面，美國PowerLight則在研發(fā)更接近商業(yè)化的遠(yuǎn)程充電系統(tǒng)，該公司表示，他們的目標(biāo)是推出一款長距離、輕量級(jí)、緊湊型的無線激光電力傳輸系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)會(huì)搭載功能性安全關(guān)閉系統(tǒng)，甚至它還能在不受任何天氣條件的影響工作。

好吧，作為熱愛和平的普通市民，我們暫且不去關(guān)注遠(yuǎn)程激光充電在軍事領(lǐng)域方面能發(fā)揮多大作為，在日常生活方面，這種技術(shù)如果能得到應(yīng)用，至少會(huì)讓各種意義上的電動(dòng)飛行器受益匪淺。

特別是近兩年熱門的eVTOL空中出租車，對(duì)于它們來說遲遲無法像電動(dòng)汽車那樣進(jìn)入大規(guī)模商用化，除了法規(guī)問題，最主要的還是因?yàn)樗鼈兊碾姵孛芏群屠m(xù)航能力都還達(dá)不到用戶的實(shí)際需求。

不過有了遠(yuǎn)程激光充電的支持，當(dāng)這些東西再飛過頭頂時(shí)，如果有全市范圍內(nèi)的激光充電器為其供應(yīng)能量，那么駕駛和乘坐它的用戶們也就不會(huì)再產(chǎn)生所謂的續(xù)航與充電焦慮，如此一來飛行出租車之類的新世代交通工具也就有了更多的商業(yè)意義。

但是大家也都明白，在這種東西被合法批準(zhǔn)并準(zhǔn)備用于城市之前，它還有很長一段路要走。