ब्रिटिश बीएई ने सौर-संचालित ड्रोनों में लगातार ऊर्जा संचारित करने के लिए "स्थलीय वायरलेस बिजली आपूर्ति" तकनीक का परीक्षण किया, जिसका लक्ष्य पूरे वर्ष सभी मौसम में उड़ान हासिल करना है।

सार:

ब्रिटिश कंपनी BAE सिस्टम्स अपने PHASA-35 उच्च-ऊंचाई वाले सौर ड्रोन में एक नई वायरलेस बिजली आपूर्ति क्षमता जोड़ रही है, जो अपनी शक्ति को पूरक करने के लिए उड़ने वाले ड्रोन में माइक्रोवेव ऊर्जा को सीधे उत्सर्जित करने के लिए एक ग्राउंड स्टेशन का उपयोग करता है। अगले साढ़े तीन वर्षों के भीतर प्रौद्योगिकी विकास और उड़ान सत्यापन को पूरा करने के लक्ष्य के साथ परियोजना को ब्रिटिश एडवांस्ड रिसर्च एंड इन्वेंशन एजेंसी (एआरआईए) से 15.7 मिलियन पाउंड और लगभग 21 मिलियन अमेरिकी डॉलर का अनुबंध समर्थन प्राप्त हुआ। यदि परीक्षण सफल रहा, तो इस पद्धति से सौर ऊर्जा से संचालित उच्च ऊंचाई वाले ड्रोनों की रात में उड़ान बनाए रखने में कठिनाई होने और सर्दियों में सूरज की रोशनी की कमी होने की समस्या का समाधान होने की उम्मीद है।

PHASA-35 एक उच्च ऊंचाई पर लंबे समय तक चलने वाला सौर-संचालित यूएवी है, जिसे "हाई एल्टीट्यूड स्यूडोलाइट" (HAPS) के रूप में भी वर्गीकृत किया गया है। इसे लगभग 20,000 मीटर से ऊपर समताप मंडल में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह अधिकांश मौसम प्रणालियों और पारंपरिक हवाई यातायात से बच सकता है और लगभग 90 किलोमीटर प्रति घंटे की गति से उड़ान भर सकता है। विमान में 35 मीटर लंबा कार्बन फाइबर मिश्रित विंग है। हवाई जहाज़ का ढांचा बहुत हल्का है. इलेक्ट्रिक मोटरों और ऑन-बोर्ड उपकरणों को ऊर्जा प्रदान करने के लिए पंखों की सतह पर सौर कोशिकाओं की व्यवस्था की जाती है।

इस प्रकार के विमान का सबसे बड़ा लाभ यह है कि यह मिशन को अंजाम देने के लिए निर्दिष्ट क्षेत्रों पर लंबे समय तक रह सकता है। उच्च ऊंचाई वाले सौर ऊर्जा संचालित ड्रोन पारंपरिक उपग्रहों की तुलना में तैनात करने के लिए सस्ते होते हैं जिन्हें अंतरिक्ष में लॉन्च करने की आवश्यकता होती है और नियमित विमानों की तरह मिशन क्षेत्रों को बदल सकते हैं। भविष्य में, PHASA-35 संचार रिले, पृथ्वी अवलोकन, निगरानी और अन्य कार्य कर सकता है जिनके लिए दीर्घकालिक निरंतर संचालन की आवश्यकता होती है।

सैद्धांतिक रूप से, PHASA-35 दिन के दौरान बिजली उत्पन्न करने के लिए सौर ऊर्जा पर निर्भर हो सकता है, जबकि रात में उड़ान बनाए रखने के लिए बैटरी में अतिरिक्त बिजली संग्रहीत कर सकता है। बीएई सिस्टम्स ने पहले इस विमान के लिए एक साल तक लगातार उड़ान का लक्ष्य रखा है। हालाँकि, यह क्षमता स्थानीय सूर्य के प्रकाश की स्थिति पर अत्यधिक निर्भर है।

भूमध्य रेखा के पास, चूंकि दिन और रात की लंबाई में साल भर कम बदलाव होता है, इसलिए सौर ऊर्जा से चलने वाले ड्रोन के लिए पर्याप्त धूप प्राप्त करना आसान होता है। लेकिन ब्रिटेन जैसे उच्च अक्षांशों में स्थिति बिल्कुल अलग है। सर्दियों में दिन काफी छोटे हो जाते हैं और रातें लंबी हो जाती हैं। कुछ अवधियों में, लंबे समय तक प्रभावी सूर्य के प्रकाश की कमी भी हो सकती है। जिन विमानों को हर समय ऊंचाई बनाए रखने की आवश्यकता होती है, उनके लिए उड़ान समय निर्धारित करने में बैटरी क्षमता अंततः एक महत्वपूर्ण सीमा बन जाती है।

यदि लंबी सर्दियों की रातों से निपटने के लिए बड़ी संख्या में बैटरियां जोड़ी जाती हैं, तो विमान का वजन और बढ़ जाएगा। PHASA-35 जैसे अत्यंत हल्के सौर ऊर्जा चालित विमान के लिए, वजन में वृद्धि सीधे तौर पर उड़ान दक्षता को प्रभावित करेगी, साथ ही वजन स्थान भी घेरेगी जिसका उपयोग अन्यथा संचार उपकरण, सेंसर और अन्य मिशन भार के लिए किया जा सकता है।

इसलिए ARIA ने एक नई ऊर्जा प्रणाली विकसित करने की उम्मीद में "पर्सिस्टेंट एटमॉस्फेरिक प्लेटफ़ॉर्म" परियोजना शुरू की, जो उच्च ऊंचाई वाले सौर प्लेटफार्मों को दिन, रात और मौसमी प्रतिबंधों से बचने की अनुमति देगी। बीएई सिस्टम्स की सहायक कंपनी प्रिज़मैटिक अगले साढ़े तीन वर्षों में चरणों में ग्राउंड वायरलेस बिजली आपूर्ति तकनीक को विकसित और परीक्षण करने के लिए वास्तविक उड़ान सत्यापन मंच के रूप में PHASA-35 का उपयोग करेगी।

बुनियादी सिद्धांत विद्युत ऊर्जा को दिशात्मक माइक्रोवेव बीम में परिवर्तित करने और उच्च ऊंचाई पर स्थित PHASA-35 को ऊर्जा भेजने के लिए जमीन से एक समर्पित ऊर्जा संचारण स्टेशन का निर्माण करना है। प्राप्त माइक्रोवेव ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने और फिर इसे विमान की मोटर और बैटरी प्रणाली में आपूर्ति करने के लिए विमान विंग के अंदर एक विशेष प्राप्त करने वाला उपकरण एकीकृत किया जाएगा।

यह समाधान स्पष्ट रूप से पारंपरिक अर्थों में वायरलेस चार्जिंग से अलग है। ड्रोन ज़मीन पर नहीं उतरता या किसी चार्जिंग उपकरण के संपर्क में नहीं आता। इसके बजाय, यह लंबी दूरी के जमीनी उपकरणों से ऊर्जा प्राप्त करते हुए हजारों मीटर की ऊंचाई पर उड़ना जारी रखता है। इसलिए, जब तक ग्राउंड स्टेशन विमान के स्थान को ऊर्जा प्रदान करना जारी रख सकता है, PHASA-35 सूरज डूबने पर भी उड़ान भरना जारी रख सकता है।

उच्च ऊंचाई वाले सौर ऊर्जा से चलने वाले ड्रोन के लिए, इस तकनीक का सबसे बड़ा महत्व न केवल रात की उड़ान का समय बढ़ाना है, बल्कि विमान के सीमित वजन के बजट को फिर से आवंटित करने की संभावना है। यदि विमान को लंबी सर्दियों की रातों को संभालने में सक्षम बड़ी क्षमता वाली बैटरी ले जाने की आवश्यकता नहीं है, तो बैटरी का वजन कम किया जा सकता है, और मुक्त वजन का उपयोग संचार उपकरण, रडार, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल सेंसर या अन्य मिशन पेलोड को जोड़ने के लिए किया जा सकता है।

बीएई सिस्टम्स ने कहा कि PHASA-35 ने पहले खुद को कम लागत वाले वैकल्पिक उपग्रह प्लेटफॉर्म के रूप में साबित किया है, और यह परियोजना आगे यह पता लगाएगी कि इस विमान को लगातार काम करने की मजबूत क्षमता कैसे दी जाए। अंतिम लक्ष्य सौर उच्च-ऊंचाई वाले प्लेटफार्मों को मौसमी सूरज की रोशनी से सीमित नहीं करना है, जिससे पूरे वर्ष में दीर्घकालिक हवाई तैनाती प्राप्त हो सके।

PHASA-35 ने पहले कई उड़ान और स्थायित्व परीक्षण पूरे कर लिए हैं। विमान ने 2020 में अपनी पहली उड़ान पूरी की, और तब से दर्जनों घंटे के सहनशक्ति परीक्षण और इसमें लगे सेंसरों के व्यापक सत्यापन से गुजर चुका है। इसे लंबे समय तक समताप मंडल में काम करने और ऐसे कार्य करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो पारंपरिक उपग्रहों और कुछ मानवयुक्त विमानों के लिए आर्थिक रूप से कठिन हैं।

यदि ग्राउंड-आधारित माइक्रोवेव ऊर्जा आपूर्ति तकनीक अंततः सिद्ध हो जाती है, तो इस विमान के अनुप्रयोग का दायरा और बढ़ाया जा सकता है। संचार मिशनों के लिए, सुदूर क्षेत्रों के लिए संचार रिले प्रदान करने के लिए उच्च-ऊंचाई वाला प्लेटफ़ॉर्म लंबे समय तक लक्ष्य क्षेत्र पर मंडरा सकता है; निगरानी और पृथ्वी अवलोकन मिशनों के लिए, यह सामान्य ड्रोन की तरह बार-बार उतरने और रिचार्ज करने की आवश्यकता के बिना एक निश्चित क्षेत्र के पास लंबे समय तक रह सकता है।

हालाँकि, जमीन से उच्च ऊंचाई वाले विमान तक वायरलेस बिजली की आपूर्ति अभी भी कई तकनीकी समस्याओं का सामना करती है, जिसमें माइक्रोवेव ऊर्जा संचरण दक्षता, लंबी दूरी की बीम नियंत्रण, विमान को उपकरण भार प्राप्त करना, जटिल मौसम की स्थिति में ऊर्जा संचरण और उड़ान सुरक्षा शामिल है। इस परियोजना का एक मुख्य बिंदु यह सत्यापित करना है कि क्या यह तकनीक वास्तविक उड़ान प्रदर्शनों के माध्यम से वास्तविक वायुमंडलीय वातावरण में स्थिर रूप से काम कर सकती है।

ARIA का अनुबंध तीन चरणों में आगे बढ़ाया जाएगा, जिसमें PHASA-35 का अंतिम लक्ष्य व्यापक उड़ान प्रदर्शन के लिए एक संपूर्ण प्रणाली शामिल करना होगा। अंततः सफल होने पर, सौर-संचालित उच्च-ऊंचाई वाले ड्रोन "दिन के दौरान सूर्य पर निर्भर रहने और रात में बैटरी पर निर्भर रहने" के ऑपरेटिंग मोड से एक सभी मौसम वाली ऊर्जा प्रणाली में स्थानांतरित हो सकते हैं जो "सौर ऊर्जा को जमीन-आधारित वायरलेस ऊर्जा आपूर्ति के साथ जोड़ती है।"

PHASA-35 के लिए, इसका मतलब है कि इसकी मूल सबसे बड़ी कमजोरी - रात और सर्दियों में सूरज की रोशनी की कमी - जमीन से ऊर्जा आपूर्ति के माध्यम से हल होने की उम्मीद है। पूरे एचएपीएस क्षेत्र के लिए, यह तकनीक उच्च ऊंचाई वाले सौर विमानों को वास्तव में पूरे वर्ष हवा में रहने की क्षमता प्रदान कर सकती है, जिससे कुछ संचार, निगरानी और पृथ्वी अवलोकन मिशनों में पारंपरिक विमानों और उपग्रहों के बीच एक नया मंच बन सकता है।