تعد مشكلة قصر عمر البطارية العائق الأكبر أمام توسع استخدامات طائرات بدون طيار الحديثة، حيث تضطر للتوقف المتكرر لإعادة الشحن. ومع ذلك، يبدو أن علماء صينيين من جامعة الطيران المدني قد وجدوا الحل الأمثل عبر تطوير تقنية ثورية تسمح بإعادة شحن المسيرات وهي تحلق في السماء باستخدام حزم من أشعة الليزر الموجهة بدقة نحو أجهزة استقبال خاصة مثبتة في هيكلها.
- ✅ استخدام أشعة الليزر الأرضية لنقل الطاقة لاسلكياً للمسيرات أثناء التحليق.
- ✅ تقنية هجينة تجمع بين خلايا البيروفسكايت والمولدات الحرارية لزيادة الكفاءة.
- ✅ نظام تبريد ذكي يعتمد على تدفق الهواء عبر أجنحة الطائرة لحماية المكونات.
- ✅ تحقيق كفاءة تحويل طاقة مذهلة تصل إلى 38.49% في التجارب المخبرية.
آلية عمل نظام الشحن اللاسلكي عبر الليزر
تعتمد هذه التقنية المتطورة على توجيه شعاع ليزر من محطة أرضية نحو جهاز استقبال خفيف الوزن مثبت أسفل أجنحة المسيرة. يقوم هذا الجهاز بتحويل طاقة الضوء مباشرة إلى كهرباء لتشغيل المحركات. ويكمن السر في استخدام تقنية "ترادفية" متقدمة تدمج بين خلية ليزر من مادة البيروفسكايت ومولد حراري كهربائي، مما يسمح للنظام بامتصاص الضوء والحرارة الناتجة عنه في آن واحد وتحويلهما إلى طاقة مفيدة.
ويرى الفريق البحثي أن هذا الابتكار يمثل حجر الزاوية لحل معضلة الشحن التقليدي التي تتطلب هبوط الطائرة وتوقف مهامها. وعلى الرغم من النجاحات الكبيرة في حل المشكلات التقنية المعقدة، إلا أن الباحثين يؤكدون أن النظام لا يزال في مراحل التطوير ولم يصل بعد إلى مرحلة الإنتاج التجاري الواسع.
التغلب على تحدي الحرارة المفرطة في أجهزة الاستقبال
كانت العقبة الكبرى التي واجهت العلماء هي الحرارة الهائلة الناتجة عن حزم الليزر القوية. فبدلاً من توليد الكهرباء، كانت الطاقة العالية تؤدي إلى صهر المكونات الدقيقة وتدمير كفاءة الجهاز. ولحل هذه المعضلة، صمم الفريق جهاز استقبال ثنائي الطبقات؛ حيث تتولى الطبقة العلوية (خلية البيروفسكايت) تحويل ضوء الليزر إلى كهرباء، بينما تقوم الطبقة السفلية بحصاد الحرارة المهدرة وتحويلها إلى طاقة إضافية عبر المولد الحراري.
ولم يكتفِ المهندسون بذلك، بل قاموا بدمج نظام تبريد انسيابي تحت الجناح، حيث تم نحت قنوات هوائية خاصة تمر عبر الهيكل. وبفضل سرعة الطيران، تندفع الرياح عبر هذه القنوات لتبريد الجزء الخلفي من جهاز الاستقبال، مما يخلق فرقاً في درجات الحرارة يعزز من قدرة الطبقة الحرارية على ضخ مزيد من الطاقة الكهربائية، محولين بذلك تحدي الرياح والحرارة إلى ميزة تقنية لصالح تكنولوجيا الليزر المستخدمة.
نتائج مذهلة وتحديات هندسية مستقبلية
خلال الاختبارات المعملية التي أجريت باستخدام شعاع ليزر أخضر، أثبت النظام كفاءة استثنائية بتحويل 38.49% من طاقة الليزر إلى كهرباء فعلية. وفي تجربة عملية لإثبات المفهوم، نجح الشعاع في تشغيل مروحة نموذجية بنجاح تام، مما يؤكد جدوى هذه الهندسة المبتكرة التي تركز على دمج النظام في هيكل الطائرة دون التأثير على توازنها أو وزنها.
ومع ذلك، يقر الباحثون بأن الانتقال إلى البيئات الخارجية الواقعية يطرح تحديات جديدة. فالحفاظ على تركيز شعاع الليزر على هدف متحرك بسرعة على بعد كيلومترات في الجو يتطلب دقة هندسية فائقة وأنظمة تتبع متطورة، وهو ما يمثل الخطوة القادمة في مسار تطوير هذه التقنية الواعدة التي ستغير وجه مستقبل الطيران المسير.
ما هي الفائدة الرئيسية من شحن الدرونز بالليزر؟
الفائدة الأساسية هي تمكين الطائرات المسيرة من البقاء في الجو لفترات غير محدودة دون الحاجة للهبوط لإعادة شحن البطارية أو استبدالها، مما يفتح آفاقاً جديدة في مهام المراقبة والإنقاذ المستمرة.
هل تقنية الشحن بالليزر آمنة على مكونات الطائرة؟
نعم، بفضل نظام التبريد المبتكر الذي طوره الباحثون الصينيون وقنوات الهواء المدمجة في الأجنحة، يتم تبديد الحرارة الزائدة بفعالية وحماية الدوائر الإلكترونية من التلف.
متى سنرى هذه التقنية في الأسواق التجارية؟
لا تزال التقنية في مرحلة "إثبات المفهوم" داخل المختبرات. التحدي القادم هو تطوير أنظمة تتبع دقيقة لتوجيه شعاع الليزر نحو الطائرات المتحركة في ظروف جوية مختلفة قبل طرحها تجارياً.
ما هي نسبة كفاءة تحويل الطاقة في هذا النظام؟
نجح النظام في تحويل حوالي 38.49% من طاقة شعاع الليزر الواردة إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام، وهي نسبة مرتفعة جداً مقارنة بالتقنيات السابقة.
🔎 في الختام، يمثل هذا الابتكار قفزة نوعية في هندسة الطيران، حيث يدمج بين علوم المواد المتقدمة والحلول الهندسية الذكية لتجاوز أكبر عقبة تواجه المسيرات. إن القدرة على تحويل الحرارة المهدرة إلى طاقة وتبريد الأنظمة ذاتياً عبر الرياح تظهر مدى ذكاء هذا التصميم، مما يبشر بمستقبل تصبح فيه الطائرات المسيرة قادرة على التحليق الدائم فوق مدننا لخدمة البشرية في مختلف المجالات.
قم بالتعليق على الموضوع