רשות הפיתוח לאמצעי לחימה של הפנטגון – DARPA, מציגה חזון פורץ דרך. רשת אנרגיה אלחוטית שתפטור את הצבאות מהצורך להטעין מערכות חשמליות בחיבור פיסי לשקע. האתגר הטכנולוגי גדול, בעיקר בשל הצורך בשינוי מצב מחשמל ללייזר ולהיפך.
האם העולם עומד בפני מהפיכת אנרגיה אלחוטית כמו זו של האינטרנט האלחוטי? כנראה שכן וזו בהחלט בשורה. Darpa – סוכנות המחקר והפיתוח של ארצות הברית מכוונת לפתרון פורץ הדרך הזה. במכרז פיתוח ראשוני שהעניקה DARPA לחברת RTX –Raytheon Technologies Corp, אמורה החברה לפתח בתוך שנתיים אבטיפוס ראשוני של מקלט ומשדר אנרגיה. הרעיון הוא לייצר את האנרגיה על הקרקע ואז להעביר אותה בעזרת קרן לייזר לפלטפורמות באוויר. הפלטפורמות יעבירו את האנרגיה מאחת לשניה עד להגעה ליעד הסופי. הצרכן יכול להיות פלטפורמה אווירית, קרקעית או ימית. הפלטפורמות האוויריות יהיו למעשה שרתי אנרגיה, בדומה לשרתי אינטרנט, שייצרו יחד רשת אנרגיה. ב darpa מכוונים את המערכת גם ליצירת יכולת של “קציר אנרגיה”. כלומר, המערכת תדע לקבל אנרגיה ממקורות שונים, אולי אפילו מהחלל או ממקורות סולאריים, לאגור אותה ולהעביר אותה הלאה.
התכנית תחת השם, Persistent Optical Wireless Energy Relay (POWER), יצאה לדרך כקול קורא ב 2021. Raytheon Technologies Corp גברה בדצמבר האחרון על Draper ו BEAM Co שהתחרו איתה על המכרז. חוזה הפיתוח הראשוני עומד על 10 מיליון דולר. ״המטרה היא לפתח מערכת שתוריד משמעותית את הצורך של צבאות להסתמך על דלקים שונים״, אומר קולין ווהלין, ראש מנהלת פתרונות מתקדמים ב Raytheon Technologies Corp. ״כאשר פלטפורמה מסויימת פועלת בסביבה מורכבת ומאויימת וצריכה לשהות שם אווירית, ימית או קרקעית באזור הלחימה לאורך זמן, לפתרון אנרגיה רציפה יש משמעות עצומה״.
אלא שהדרך למערכת שתוכל להזריק אנרגיה בהספקים גבוהים, עדיין ארוכה. במעבר מחשמל לקרן לייזר (אור) העוצמה נחלשת ב 20%. במעבר ההפוך מלייזר לחשמל העוצמה יורדת בעוד 50%, וכך בכל מעבר שלה. לכן יעד הפיתוח הוא לצמצם ככל הניתן את אובדן האנרגיה בדרך. ב DARPA מודעים היטב לאתגר הטכנולוגי ולכן הציבו דרישות ראשוניות “צנועות” יחסית להספקי האנרגיה בשלב הפיתוח הראשוני. המערכת אמורה לקלוט בשלב הראשון אנרגיה שתיוצר על הקרקע בעוצמה של 50 KW והיא תועבר ליעד סופי במרחק של 200 ק”מ בעוצמה של 10KW. כלומר יעד הפסד אנרגיה הנדרש על ידי DARPA בתהליך ההמרה וההעברה עומד על 30 KW. מהגנרטור הקרקעי ועד ליעד הסופי, האנרגיה אמורה לעבור דרך שלוש פלטפורמות אוויריות שגודל הממסר שעליהן לא יעלה על מטר. Raytheon Technologies Corp הציגה תכנית בת שלושה שלבים: בראשון יפותח הממסר שיוכל לקלוט ולהעביר את האנרגיה ברמת ההמרה הנדרשת, אחר כך הוא יותאם מבחינת גודל, חיבוריות ועמידות לתנאי טיסה ולבסוף הוא יותקן על מל”ט RQ-4 Global Hawk בכדי לבצע את הניסוי בעוצמה הנדרשת.
״המטרה היא ליצור אינטרנט של אנרגיה באוויר״, אומר קולונל פול קלהון, מנהל הפרויקט מטעם darpa. ״המערכת אמורה להיות חזקה ויציבה, כזו שתעביר במינימום הפסד כוח בדרך את האנרגיה ללקוח ״הרעב״. כבר היום המחסום האנרגטי של פלטפורמות מהווה שיקול מבצעי קריטי בשדה הקרב, ואנחנו רוצים לתת לזה פתרון יעיל ואפקטיבי. ההסתמכות על דלק יוצרת תלות לוגיסטית מאד גדולה, במיוחד במתארי פעולה רחוקים״.
תמונות: מחולל האנרגיה MAPLE צילום: Caltech
במסגרת הקול הקורא מגדירה DARPA גם יכולת קליטת אנרגיה מהחלל. התחום הזה נמצא בפיתוח כבר מספר שניםבתעשיות וגם באקדמיה. את אחד הפתרונות המעניינים הציגה אוניברסיטת CALTEC מקליפורניה. הפרויקט בשם pace Solar Power Demonstrator (SSPD-1), שוגר לחלל בינואר 2023. החידוש בפיתוח הזה הוא ייצור מחולל אנרגיה חדשני ועצמאי שאינו נזקק לתחנת קרקע שתפעיל אותו. הוא קולט מעבד ומשדר צורות אנרגיה שונות באופן מדוייק מהחלל לקרקע. את המחולל בשם MAPLE, Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment, פיתח צוות בראשות הפרופסור עלי האג’ימירי מהמחלקה להנדסת חשמל באוניברסיטה. ה MAPLE מתבסס על מערך משדרים גמישים שמיוצרים בטכנולוגיית סיליקון זולה. המטרה הייתה לייצר מערכת זולה וקלה יחסית כדי לאפשר מינימום תצרוכת דלק ללווין שישא אותה, כמו גם מחיר אטרקטיבי וגמישות מבחינת המבנה החיצוני כך שתתאים לשיגור על גבי פלטפורמות מגוונות.
“הניסוי הזה הוכיח את היכולת של המערכת לייצר את האנרגיה בחלל ולהעביר אותה בצורה מדוייקת לתחנת קרקע”, סיפר פרופסור האג’ימירי. “מעבר לזה בדקנו את היכולת שלה לעמוד בזעזועים של השיגור עצמו והשהייה בחלל בתנאי קרינה גבוהים. בנוסף, המערכת שבנינו יכולה לשנות את כיוון קרן האנרגיה ללא שימוש בחלקים זזים, ויש לזה יתרון גדול במערכות שאי אפשר לתחזק. מעבר לכך הצלחנו ליצור קרן מאד ממוקדת שאיננה מאבדת כמות אנרגיה גדולה בתהליך ההעברה. ממה שאנחנו רואים עד עכשיו, אף פתרון טכנולוגי של ייצור והעברת אנרגיה מהחלל לא משתווה לטכנולוגיה והמחיר של ה MAPLE “.
הדמיית הזרקת אנרגיה אלחוטית דרך פלטפורמות אוויריות
איור : DARPA
