ABD Savunma Bakanlığı'na bağlı Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), enerjiyi aktarmak için kablolara yerine yerine lazer ışınlarını kullanmayı planlıyor. Ajans geçtiğimiz Eylül ayında, bu amaç için gerekli olan hava enerji röleleri sistemlerini tasarlamak üzere 3 grup seçtiğini duyurdu.
Atmosfer boyunca ışık enerjisi
Herkes lazer ışınlarının güneş pilleriyle nasıl çalıştığını hayal edebilir ve enerji aktarım sürecinin nasıl yürütüldüğünü düşünebilir.
Lazer ışınları, ışığı elektriğe dönüştürerek güneş hücreleri ağına gönderiyor.
DARPA bu projeyle evlere elektrik sağlamasını değil, enerji üretmenin zor, pahalı ya da tehlikeli olduğu yerlere enerji ulaştırmayı hedefliyor. Çünkü altyapısı yakıt ya da batarya sevkiyatı gerektiriyor.
DARPA'da "Sürekli Kablosuz Optik Enerji İletimi" girişimini yöneten elektronik mühendisi Paul Jaffe, Amerikan "Electrical Engineers" dergisinin internet sitesinde yer alan röportajında şunları söyledi "Enerji, savunma operasyonları da dahil olmak üzere yaptığımız her faaliyeti destekliyor. Kablosuz bir güç ağı lojistiği azaltabilir ve gücü son derece esnek, verimli ve ölçeklenebilir bir şekilde sağlayabilir."
DARPA, güç aktarım sistemleri tasarlamak ve geliştirmek için üç grup seçti: Arlington, Virginia'da RTX; Cambridge, Massachusetts'te "WoDraper"; ve Orlando, Florida'da BeamCo. Ajans bu üç ekip için bir hedef belirledi: lazer ışınlarını, bu ışınları hedeflerine gönderebilecek yörünge sistemlerine fırlatmak.
Proje, nispeten kısa dalga boyları nedeniyle hava platformlarına daha kolay monte edilebilecek küçük röleler gerektiren optik veya kızılötesi ışınları kullanmayı planlıyor.
Hava platformları
Jaffe, üç ekibin yaklaşımlarının ne kadar farklı olduğunu söylemek için henüz çok erken olduğunu söylüyor. Ancak, grupların ışığı hedeflerine göndermek için atmosferik röleler tasarlarken izleyebilecekleri yansıma, kırılma, kırılma veya üçünün bir kombinasyonu gibi çeşitli stratejiler olduğuna dikkat çekiyor.
Girişimin ilk aşaması, salınan enerjinin bir kısmını emerek kendilerine güç sağlayabilecek hava platformları için teorik araçlar geliştirmeyi hedefliyor. Bu strateji, yeni platformların aracın motorlarının ve yakıtının boyutunu radikal bir şekilde azaltmaya yardımcı olacağı göz önüne alındığında, gelecekte daha küçük ve daha ucuz hava araçlarının tasarlanmasını sağlayabilir. Bu tür bir araç ayrıca yakıt ikmali ya da yeniden şarj için yolculuk yapmak yerine, yayılan enerjiden enerji toplayabilir.
İkinci aşama, röle teknolojilerinin geleneksel uçaklarda taşınan kabinlere entegre edilmesini içeriyor. Üçüncü ve son aşamada ise ajansın hedefi, 3 hava rölesi kullanarak 10 kilowatt kapasiteli ışınları 200 kilometre mesafedeki yatay bir yer alıcısına iletmek üzere bir yer tesisine lazer yerleştirmeyi kapsıyor.
Jaffe, "Bu, enerjiyi çok uzun mesafelere, şu anda ulaşılması zor olan yerlere ulaştırmanın bir yolunu bulduğumuzu kanıtlayacak" diyor.
Enerji iletimi prensibi bugüne kadar pek başarılı olamamıştı. Örneğin, 2023 yılında Uluslararası Uzay İstasyonu'nda ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı'nın öncülüğünde lazer enerjisini uzaya iletmek için yapılan ilk başarılı girişim sadece 1,45 metrelik bir mesafeyi uzatmıştı.
Jaffe, "şu anki odak noktasının, enerji iletimini bugüne kadar kanıtlanmış olandan iki kat daha büyük bir mesafeye genişletmek olacağını" belirtiyor.
Uygulama zorlukları
Enerji aktarımı prensibi basit olabilir, ancak sahada uygulanmasının önündeki çokça zorluk bulunuyor. Ancak son teknik gelişmeler bunu başarmaya daha yakın hale getirebilir.
Jaffe, enerji iletimi deneylerinde karşılaşılan en büyük kayıpların "genellikle taşıyıcı seviyesinde meydana geldiğini" açıklıyor.
Bununla birlikte, son on yılda lazer teknolojisinin gelişimi sadece daha verimli iletimlerin geliştirilmesine değil, aynı zamanda yayın kalitesinin iyileştirilmesine de katkıda bulundu.
Jaffe, yayının kalitesinin, konsantrasyon seviyesini belirleyen tek şey olduğunu vurguluyor: “Yayın ne kadar odaklanmışsa, o kadar iyi enerji sağlayabilir."
Buna ek olarak, otomatik araçlarda kullanılan lidar teknolojisindeki (mesafeleri izlemek ve ölçmek için kullanılan bir lazer cihazı) gelişmeler, ışığı elektriğe dönüştürmek için daha etkili fotodiyotların oluşturulmasına katkıda bulundu. Jaffe, "lazer güç dönüşümünün yüzde 50'yi ve hatta düşük sıcaklıklarda yüzde 75'i aşabileceğini" açıklıyor.
Önceki stratejilerde, güç iletim ağlarındaki her röle sistemi ışığı alıyor, elektriğe dönüştürüyor ve daha sonra bu elektriği bir sonraki noktaya doğru ateşlenen bir lazeri şarj etmek için kullanıyordu, ancak bu dönüşüm söz konusu adımların etkisiz olduğunu kanıtladı. Buna karşılık yeni proje, ışığı bir röleden diğerine yönlendirmek için optik stratejiler kullanmayı ve anahtarlama kayıplarını önlemeyi amaçlıyor.
Son olarak, özellikle Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki enerji aktarım testinin ağın uçları arasında yüzde 11'i aşmayan bir etkinlik göstermesi nedeniyle, enerji aktarım çabalarının etkili olup olmayacağını henüz bilmiyoruz.
