DARPA TÀI TRỢ ELECTRIC SKY TRÊN NGƯỠNG CÁCH CÁCH MẠNG HÀNG KHÔNG KHAI THÁC CÔNG NGHỆ WHISPER BEAM
Công ty công nghệ hàng không Electric Sky có trụ sở tại Seattle, Washington đã công bố một bước đột phá quan trọng liên quan đến công nghệ phát chùm năng lượng Whisper Beam.
Được tài trợ bởi Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA) của quân đội Hoa Kỳ, Whisper Beam được thiết kế để truyền năng lượng không dây tới các phương tiện khi đang bay chỉ sử dụng sóng vô tuyến. Sau khi có mặt trên thị trường, Whisper Beam sẽ hoàn toàn sẵn sàng để báo trước một sự thay đổi mạnh mẽ trong cách máy bay chở khách, taxi bay, máy bay không người lái và vệ tinh vận chuyển và tiêu thụ năng lượng giúp chúng bay cao.
DU LỊCH HÀNG KHÔNG ĐÃ THAY ĐỔI RẤT ÍT TRONG NHỮNG THẬP KỲ
Trong một cuộc phỏng vấn với The Debrief, Robert Millman, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của Electric Sky, đã giải thích cách ông và đối tác Jeff Greason lần đầu tiên nảy ra ý tưởng sử dụng chùm năng lượng để truyền năng lượng cho các phương tiện khi chúng đang bay thay vì máy bay cần mang theo cùng với tất cả nhiên liệu của họ với họ.
Millman giải thích: “Mọi người ngày nay bay với tốc độ tương tự như ông bà của họ đã bay. “Trên thực tế, máy bay ngày nay bay chậm hơn một chút so với máy bay của những năm 1960 và 1970.”
Ông lưu ý, yếu tố hạn chế chính là nhu cầu các phương tiện mang theo tất cả nhiên liệu cần thiết trên tàu dưới dạng nhiên liệu hóa thạch lỗi thời. Và trong khi các phương tiện mặt đất cuối cùng đã bắt đầu cuộc cách mạng điện trong khoảng 25 năm qua, thì bình minh của chuyến bay điện vẫn chưa cất cánh.
“Điện là dạng năng lượng hoàn hảo theo nhiều cách, ngoại trừ một; nó không lưu trữ tốt lắm,” Millman nói về yếu tố chính hạn chế chuyến bay điện. “Mặt khác, nhiên liệu hóa thạch là dạng năng lượng tồi tệ nhất theo nhiều cách, ngoại trừ một; họ lưu trữ rất tốt.”
Thật không may, lưu trữ là một phần rất lớn của vấn đề, vì các nguyên mẫu máy bay điện hiện tại phải bay quá tải với pin nặng. Dung lượng lưu trữ hạn chế được cung cấp bởi ngay cả những loại pin tiên tiến nhất cũng hạn chế nghiêm trọng thời gian bay chỉ bằng một phần nhỏ so với thời gian mà máy bay truyền thống được hưởng. Rào cản này đã cản trở sự phát triển của máy bay điện và vẫn là rào cản chính đối với các phương tiện điện thực hiện chuyến bay theo bất kỳ cách nào có thể đo lường được.
Tuy nhiên, Millman cho biết, thời gian đang thay đổi nhanh chóng và công nghệ như chùm năng lượng có thể phá vỡ phương trình đó, có khả năng mở ra một kỷ nguyên hoàn toàn mới của ngành hàng không chạy bằng điện.
POWER BEAMING CHO TIA THÌ THÌ XÂY DỰNG TRÊN VẬT LÝ ĐƯỢC THIẾT LẬP
Millman nói với The Debrief: “Mối lo ngại của chúng tôi là công nghệ máy bay không tiến bộ lắm trong vài thập kỷ qua. “Vì vậy, chúng tôi đang tìm cách thăm dò vật lý đã biết và đưa ra những cách tiếp cận tốt hơn. Và dự án này, Whisper Beam, là kết quả của điều đó.”
Mặc dù khái niệm này nghe có vẻ giống khoa học viễn tưởng, nhưng Millman lưu ý rằng ý tưởng về sự truyền năng lượng được xây dựng dựa trên các nguyên tắc vật lý đã được thiết lập vững chắc. Trên thực tế, anh ấy nói rằng chính cộng sự của anh ấy, Jeff Greason, vào năm 2017, đã ghi nhận nền tảng khoa học vững chắc rằng việc truyền năng lượng sóng vô tuyến được xây dựng dựa trên bất kể danh tiếng bên ngoài của nó.
Millman nhớ lại Greason đã nói: “Mặc dù truyền dẫn không dây bị coi là thứ yếu, nhưng nếu bạn xem xét các nguyên tắc đầu tiên, thì đó là cách đúng đắn để thực hiện hoặc ít nhất nên được khám phá một cách nghiêm túc. “Vật lý của nó khá nổi tiếng.”
Nói tóm lại, công nghệ này liên quan đến việc sử dụng sóng vô tuyến để truyền năng lượng điện đến một chiếc máy bay được trang bị ăng-ten thu chuyên dụng, hay còn gọi là “rectenna” như Millman gọi, có thể lấy sóng vô tuyến không dây đó và biến nó thành điện năng sử dụng được. Đó là một khái niệm đơn giản đến ngạc nhiên, nhưng ngay cả Millman cũng thừa nhận rằng việc đưa một thứ gì đó giống như năng lượng tỏa ra từ ý tưởng đến thực thi với mục tiêu báo trước một sự thay đổi mô hình chính trong cách máy bay bay không phải là nhiệm vụ nhỏ, bất kể nó có vẻ đơn giản như thế nào.
Millman nói với The Debrief: “Chúng tôi đã bắt đầu một cách nghiêm túc trong khung thời gian năm 2017 và chúng tôi biết rằng mình đang thực hiện một số điều khá tham vọng. “Có thể nói rằng việc thay đổi bản chất của chuyến bay không phải là chuyện nhỏ.”
LOẠI POWER Beam TẠO TẤT CẢ SỰ KHÁC BIỆT
Ở bước đầu tiên, Millman và Greason đã xem xét công nghệ chính hiện có được sử dụng để truyền năng lượng không dây qua không khí. Được gọi là chùm tia Gaussian, công nghệ đó có một số hạn chế đáng kể khiến nó không phù hợp để truyền năng lượng tới máy bay ở xa.
Đầu tiên và quan trọng nhất, chùm tia Gaussian mất năng lượng khi chúng di chuyển, nghĩa là máy bay càng ở xa trạm năng lượng gửi năng lượng cho nó thì chùm tia càng yếu. Điều này cũng có nghĩa là nền tảng phát điện sẽ mất nhiều năng lượng hơn bao giờ hết đối với máy bay. Điều đó sẽ đánh bại một trong những lợi ích chính của việc truyền năng lượng, cụ thể là hiệu quả năng lượng.
Một yếu tố hạn chế khác là sự nguy hiểm liên quan đến chùm Gaussian. Cụ thể, bất cứ thứ gì bay giữa mảng phát và máy bay nhận sẽ bị bắn phá bằng một lượng lớn năng lượng điện từ. Điều này có nghĩa là các loài chim, máy bay không người lái và thậm chí cả các máy bay khác sẽ có dấu hiệu
rủi ro lớn mỗi khi chúng bay qua chùm truyền năng lượng. Kết hợp với tổn thất năng lượng do các loại chùm tia năng lượng này gây ra và lượng năng lượng khổng lồ cần thiết để bù đắp cho sự mất mát năng lượng đó để cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho một chiếc máy bay đang bay, chùm tia Gauss sẽ gây nguy hiểm tức thì, tốn kém cho bất kỳ thứ gì đi qua đường đi của nó.
Millman giải thích: “Bạn muốn cung cấp công suất cao cho phương tiện mà không cần đặt công suất cao cho mọi thứ ở giữa. May mắn thay, ông nói, có những loại chùm sóng vô tuyến không dây, được gọi là chùm không phải Gaussian, có thể được định hình tùy chỉnh để công suất cực đại nằm ở máy bay và khoảng cách giữa máy phát và máy bay là vùng năng lượng thấp.
Millman nói với The Debrief: “Cách thức hoạt động của chùm tia này, nó thực sự là công suất thấp nhất trực tiếp giữa máy phát và máy thu.
Tất nhiên, ông lưu ý, hiện tại không có ứng dụng thương mại nào của việc truyền năng lượng bằng các chùm không phải Gaussian, nhưng bản thân công nghệ cơ bản đã tồn tại hàng thập kỷ.
“Các vấn đề chính đã được giải quyết,” Millman nói. “Các vấn đề kỹ thuật, làm thế nào để biến điều này thành một ứng dụng thực tế. Giả sử rằng có nhiều vấn đề đã được giải quyết đã được giải quyết trong 4 hoặc 5 thập kỷ qua, vì vậy không giống như chúng ta đang giải quyết những thứ mới.”
Đối với Whisper Beam, Millman cho biết các bước thực tế tiếp theo là những gì ông và nhóm của mình hiện đang thực hiện, chủ yếu là giảm các bộ phát sóng vô tuyến không phải Gaussian thành một hệ thống truyền dẫn nhẹ có thể truyền năng lượng trực tiếp tới máy bay đang bay.
Millman giải thích: “Đây là tất cả những điều đã được thực hiện, trong thế giới truyền thông vô tuyến hoặc vô tuyến, mà chúng tôi sẽ áp dụng cho việc truyền tải điện không dây của mình. “Đó là một đống công việc mà chúng tôi mong muốn được hoàn thành.”
TẦM NHÌN TẠO NHỮNG BƯỚC LỚN ĐỂ ĐẠT BAY
Sau nhiều năm chuẩn bị và thiết kế, Millman và Greason bắt đầu thử nghiệm ý tưởng của họ trong phần mềm mô phỏng được thiết kế để mô phỏng sóng vô tuyến và hành vi của chúng. Điều này liên quan đến việc thiết kế và mô phỏng các phương pháp khác nhau để định hình các chùm năng lượng không phải Gaussian sao cho chúng ở trạng thái mạnh nhất khi tiếp cận máy bay và ngược lại, ở trạng thái yếu nhất giữa mảng phát và máy bay nhận. Công việc đó, mà Millman lưu ý rằng họ đã mất nhiều năm để hoàn thành, là một thành công.
Sau cột mốc quan trọng đó, bộ đôi đã thực hiện bước tiếp theo là cố gắng xây dựng một hệ thống bằng chứng về khái niệm. Kết quả là cuộc thử nghiệm thành công đầu tiên trong phòng thí nghiệm của họ vào tháng 1 năm 2023.
Trong thí nghiệm đó, Millman và Greason và thành viên nhóm thứ ba của họ, kỹ thuật viên Tim James, đã xây dựng một trạm phát năng lượng tùy chỉnh có 16 bộ phát sóng vô tuyến trong một mảng hình tròn, giống như một mảng đĩa vệ tinh. Sau đó, bằng cách sử dụng các khái niệm thu được từ các mô phỏng của họ, trạm phát tia năng lượng tùy chỉnh này có thể định hình các sóng vô tuyến, do đó, công suất cực đại của chúng không chỉ kết hợp tại điểm mong muốn mà trong trường hợp này còn đủ để thắp sáng một bóng đèn có được đặt khoảng 3 mét phía trên mảng truyền dẫn.
Whisper Beam định hình thành công sóng vô tuyến để cung cấp năng lượng EM cao nhất đến đích mong muốn.
Millman nói với The Debrief: “Tất cả các mô phỏng trên máy tính đều dự đoán đây là cách sóng sẽ hoạt động, nhưng chúng tôi vẫn muốn xây dựng thứ gì đó vật lý và sau đó đo lường chúng một cách vật lý để chứng minh rằng sóng vật lý phù hợp với mô phỏng”. “Và họ làm được!”
CÁCH WHISPER BEAM CÓ THỂ CÁCH MẠNG CHUYẾN BAY THƯƠNG MẠI
Trong suốt cuộc phỏng vấn, Millman liên tục nhấn mạnh máy bay bay càng cao thì chuyến bay càng hiệu quả. Ví dụ, một chiếc máy bay thương mại thường bay ở độ cao từ 30 nghìn đến 40 nghìn feet. Hạn chế này tồn tại một phần không nhỏ do động cơ đốt trong cần không khí để tạo lực đẩy. Thật không may cho những loại động cơ này, máy bay càng bay cao thì không khí mà chúng cần để tạo ra lực đẩy càng trở nên loãng hơn.
Tình huống lý tưởng, Millman nói, là một chiếc máy bay có thể bay cao gấp đôi so với máy bay hiện tại khi không khí loãng, cho phép di chuyển hiệu quả hơn nhiều, đặc biệt là trên các chuyến bay dài. Máy bay chạy bằng điện có thể làm chính xác điều đó, cho phép giảm đáng kể thời gian bay. Tuy nhiên, như đã lưu ý trước đây, các loại phương tiện chạy bằng pin có thể tận dụng bầu khí quyển mỏng hơn và lực cản thấp hơn ở độ cao cao hơn để giảm thời gian bay có khả năng lưu trữ năng lượng hạn chế. Nhưng một chiếc máy bay điện nhận năng lượng qua Whisper Beam không gặp phải hạn chế này.
Millman cho biết: “Khi chúng tôi lấy các thiết kế mảng của mình và chuyển chúng vào các mô phỏng trên máy tính, chúng tôi có thể dễ dàng truyền năng lượng cho các phương tiện bay ở độ cao 70, 80, 90 nghìn feet.
Khả năng tận dụng các lợi ích của chuyến bay điện cao VÀ đồng thời là động lực chính tạo nên Electric Sky. Đó là mục tiêu đã thu hút DARPA tham gia chương trình và là mục tiêu mà Millman và Greason tin rằng cuối cùng cũng đạt được mục tiêu.
“Nếu bạn có thể trả cùng mức giá với một chiếc máy bay dưới âm thanh
Millman nói với The Debrief. “Và với lượng khí thải bằng không trên đường đi.”
CÁC THỊ TRƯỜNG MỚI NỔI CÓ THỂ BAO GỒM THUẾ HÀNG KHÔNG HOẶC THẬM CHÍ GỬI ĐIỆN RA NGOÀI VŨ TRỤ
Sau thành công của thí nghiệm bóng đèn vào tháng Giêng, Millman và Greason nói rằng họ có một số mục tiêu có thể đạt được, nhưng phải thừa nhận là đầy tham vọng. Một mục tiêu như vậy là ngành công nghiệp vận chuyển người kiểu máy bay không người lái đang phát triển, thường được gọi là taxi bay hoặc ô tô bay.
Millman giải thích: “Một lượng đáng kể trong tổng ngân sách năng lượng (dành cho ô tô bay) được sử dụng để leo lên độ cao. “Thay vào đó, nếu bạn có thể bước vào giai đoạn hành trình, ở độ cao, với mức sạc 100%, thì chiếc xe điện đó hiện có nhiều phạm vi hoạt động hơn. Và nếu bạn quay trở lại khi hạ cánh, phương tiện đó có thể quay đầu nhanh hơn tại cổng. Như vậy cũng tiết kiệm hơn.”
Đối với máy bay có cánh sẽ sử dụng hệ thống Whisper Beam, Millman nói rằng vị trí của máy phát cũng sẽ được thiết kế để giúp các phương tiện giải quyết nguồn năng lượng khổng lồ được sử dụng trong quá trình cất cánh và hạ cánh, giảm thời gian bay và giúp chuyến bay chạy bằng điện tiết kiệm năng lượng hơn.
Millman giải thích: “Với tàu điện, bạn có thể đặt một máy phát gần đường băng và bạn có thể cấp nguồn cho máy bay cất cánh và lên độ cao.
Millman cũng chỉ ra rằng trong khi nhóm của ông đang nỗ lực cải tiến và mở rộng công nghệ chùm tia năng lượng của họ với mục tiêu xây dựng các mảng chùm tia “lớn hơn và mạnh hơn”, họ cũng có mục tiêu thiết kế máy bay chạy hoàn toàn bằng điện có thể bay ở độ cao trên 70k bàn chân. Tuy nhiên, ông cũng cảnh báo, khi một công ty đang tìm cách nâng cấp ngành hàng không máy bay hơn 100 năm và mở ra một kỷ nguyên hoàn toàn mới về chuyến bay chạy bằng điện, họ cần thực hiện từng bước một.
“Chúng tôi quyết định, 'hãy tấn công nó (phát điện) trước.' Bởi vì, nếu bạn không có hệ thống truyền lực, bạn có thể có hệ thống đẩy điện tốt nhất trên thế giới, nhưng nếu bạn không có nguồn năng lượng ở độ cao , nó chẳng đưa bạn đến đâu cả.”
Millman cho biết họ đã lập mô hình một hệ thống có thể truyền năng lượng đi xa tới 740 km về tương lai xa và nơi cuối cùng có thể truyền năng lượng. Độ cao cực cao này phù hợp với quỹ đạo thấp của trái đất, có nghĩa là công nghệ của họ không chỉ cung cấp năng lượng cho máy bay trong tương lai mà còn có thể cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ hoặc trạm vũ trụ hoạt động ở quỹ đạo thấp của trái đất.
Một ví dụ được Millman sử dụng là Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), thường ở độ cao khoảng 350 km, độ cao nằm trong phạm vi mô phỏng Tia thì thầm. Như vậy, ISS, Millman lưu ý, sẽ là một ứng cử viên lý tưởng trong dài hạn vì nó hiện đang sử dụng các mảng năng lượng mặt trời khổng lồ để tạo ra khoảng 100 kW năng lượng có thể sử dụng được.
Millman cười khúc khích nói: “Đó là rất nhiều mảng năng lượng mặt trời với rất ít năng lượng.
CÁC BƯỚC TIẾP THEO VÀ TẦM NHÌN DÀI HẠN CHO WHISPER BEAM
Với lý lịch đầy ấn tượng của Millman và Greason (bao gồm những nỗ lực hàng đầu tại các công ty như Blue Origin và Aerojet), sự hỗ trợ của DARPA cho nghiên cứu hiện tại của họ và những cột mốc quan trọng mà công ty đã đạt được, người ta có ấn tượng rằng đó chỉ là vấn đề thời gian trước khi các loại máy bay được truyền năng lượng tới chúng qua không trung bằng một hệ thống như Whisper Beam. Tuy nhiên, bộ đôi này đang tiến hành một cách thận trọng có chủ ý khi họ giải quyết và vượt qua từng bước kỹ thuật.
Millman nói: “Chúng tôi hoạt động theo quy tắc 80/20. “Cho đến nay, chúng tôi đã vượt qua khoảng 20% thách thức để biến hệ thống này thành hệ thống thương mại với khoảng 80% tổng thời gian và nỗ lực cần thiết (để hoàn thành dự án). Đó là phần khó khăn. 80% còn lại khá đơn giản và là những gì cần thiết để đưa hệ thống này (đến một hệ thống thương mại). Đó là những gì chúng tôi đang làm bây giờ.”
Rõ ràng là rất hào hứng về việc công nghệ phát điện có thể thay đổi đáng kể ngành hàng không như thế nào và với một cột mốc quan trọng hiện đang ở trong gương chiếu hậu, Millman nói rằng một thách thức lớn là giải thích cho thế giới rằng công nghệ này không phải là khoa học viễn tưởng hay một chiếc bánh ăn liền. -sky nhưng chỉ đơn giản là một sự phát triển tự nhiên tương tự như điện khí hóa của ngành công nghiệp ô tô.
Millman nói với The Debrief: “Chuyến bay điện gần hơn mọi người nghĩ.
“Và một phần công việc của tôi là giúp mọi người hiểu điều đó.”
Xem thêm về văn bản nguồn nàyNhập văn bản nguồn để có thông tin dịch thuật bổ sung
