砺道智库2025年5月30日

图：DARPA的激光装置（图片来源：DARPA）

据美媒THE DEBRIEF报道，美国国防部高级研究计划局(DARPA)领导的研究小组与美国海军研究实验室的科学家合作，创造了新的光学功率传输记录，在短短三十秒内将800瓦的功率传输到5.3英里远的距离，打破了之前230瓦和1.7英里的功率和距离记录。

该计划的持久光无线能量中继(POWER)项目经理保罗·贾菲(Paul Jaffe)表示：“毫无疑问，我们在功率和距离方面完全超越了之前报道过的所有光功率传输演示。”

DARPA称能量束将为“边缘地区”提供能源

美国军方领导人认为，能量传输可以消除将燃料和发电设备运输到偏远地区的成本和复杂性。通过在一个地点发电，然后将电力输送到一个或多个远距离地点，能量传输可以消除这些成本和复杂性。

DARPA在宣布测试成功的声明中解释道：“能源是军事行动的基本要求，而将能源输送到边缘地区（战场、灾区等）的传统方式通常非常缓慢、危险且耗费资源。”

DARPA此前曾探索过将电力直接传输至飞行中的飞机和无人机，以及将电力直接传输至战区。其他几个项目也探索过将电力从地球传输至太空卫星，将卫星收集的电力传输回地球，甚至在航天器之间传输电力。然而，电力传输技术仍然受到功率和距离的限制，限制了其实际应用。

最近在美国陆军白沙导弹靶场的高能激光系统测试设施（HELSTF）进行的功率接收器阵列演示（PRAD）实验提高了这些阈值，同时也展示了可行的能量传输效率水平。

图：天空能量传输（图片来源：Space Power）

定制接收器和高能光学激光器打破先前记录

根据该团队的声明，提高光功率传输效率和传输距离的第一步是创建一个具有紧凑孔径的定制接收器。这种设计可以防止设施高能光学激光器产生的功率传输光束在穿过孔径时损失能量。

进入装置后，高能激光束会撞击抛物面镜。该镜面将光束反射到数十个光伏电池上，这些光伏电池类似于太阳能电池板中使用的光伏电池，这些光伏电池位于封闭的接收器内，从而将高能光束转换回可用能量。

尽管DARPA表示，此次测试的主要目标是“快速验证新设计大幅延长潜在距离的能力”，而非效率，但他们的系统效率相对较高。根据测试数据，约20%的传输能量被转换回了电能。

该团队利用传输的能量来爆米花，以此来庆祝这一时刻，并向20世纪80年代的电影《天才保姆》致敬。

图：PRAD的科学家利用传输的能量爆出爆米花，以此向电影《天才保镖》致敬（图片来源：THE DEBRIEF）

值得注意的是，该团队使用发射激光器和位于地面的新接收器对该系统进行了测试。研究人员表示，由于地面大气最厚，这使得结果“更加令人印象深刻”。

“相对于地面，将能量束直接向上或向下发射要容易得多，因为需要穿过的大气层要少得多，”贾菲解释说。“对于PRAD，我们希望在大气效应最大影响下进行测试。”

提高电力和效率是POWER第二阶段的关键目标

PRAD项目负责人强调，实验周期短导致效率有所“折衷”。例如，由Teravec Technologies公司在Packet Digital和罗彻斯特理工学院的支持下制造的定制接收机仅用了三个月就完成了。

在名为POWER第二阶段的下一个项目中，该团队正在测试现有设计的几项潜在改进，以进一步提高光功率传输阈值的距离、功率和效率。他们还将探索该系统对更高功率水平的可扩展性，以及其对不同平台（例如无人机(UAV)）的适应性。

“随着PRAD测试的成功，POWER项目显著降低了实现未来长距离电力传输的关键要素的风险，”DARAPA解释道。“该项目目前正在推进，以展示集成继电器和垂直输电的优势，并正在寻求潜在合作伙伴的创造力和创新能力，以在POWER项目第二阶段实现这一目标。”