激光供電

生活科學趣談

在上一篇《遠紅外線供電》中提及遠紅外線雷射或許能提供離島在夜晚無雨時的供電需求。如果這項技術成熟,一旦春秋分發生 衛星蝕 時,負責傳送衛星電視節目的同步軌道衛星,就可以從地面工作站擷取能量來達到不斷訊的目的。不過,由於大氣層存在著「大氣窗口 Atmospheric window的問題,這是指電磁波通過大氣層時,比較不會被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。其中在紅外波段的理想的傳輸波段部分,0.3~1.3um、1.5~1.9um、3.5~5.5umm以及最寬的紅外窗口8~14um。

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不過這些窗口屬於近紅外線或中紅外線的範圍,至於遠紅外線部分則大部分會被吸收,因此使用上一篇提及的FIR laser傳輸能量給衛星並不可行。那麼,還有沒有別的波段可以考慮呢?來看看下列這張範圍更大的波譜圖:

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短波無線電是最佳選項,再來就是可見光的部分(這是理所當然,否則白天與夜晚就沒什麼差別了^^)。因此若要使用雷射光來替衛星供電,可見光是不錯的選項,這除了大氣窗口的考量之外,也考量到光子的能量,因為光波長越短,光子的能量就越高,所以能有效穿透大氣層而且能量最高的波段,可見光是最佳選項,接著來談談可見光雷射的傳輸供電。

這款無人偵查機 Stalker 是由 Lock heed Martin公司在2012年7月所研發,其所配備的雷射充電系統可以讓無人偵查機Stalker從原本的12小時滯空延長為48小時。無線供電這部分的細節雖然並未在影片中述及,不過在機艙上方的那二個「EXPANSION BAY」卻透露了玄機,因此很有可能是從另一架在高空而配備有雷射裝置的飛機向其發射雷射光束來提供能量。因為Stalker 既然是無人偵查機,當然就是要盡量深入敵境偵察,因此就不太可能採用再飛回來由地面發射雷射來充電的方式(否則就乾脆落地加油就好了)。至於從人造衛星發射雷射可不可行?據我所知,目前大部分人造衛星所配備的雷射功率都很小,僅能作為測距用途。不過一個有趣的巧合是「美國航太軍火公司Northrop Grumman旗下的子公司TRW曾與Lock heed Martin公司攜手研發天基激光武器」,所以美國目前是否已成功在衛星上架妥了高功率雷射裝置就不得而知了。(OS:如果Stalker真能從人造衛星擷取能量,那就表示反衛星武器已從導彈提升至衛星等級了)

結論:雷射的方向性強、能量集中,因此可利用它來傳輸大量的能量以實現較遠距離的輸電。另一個優勢則是所需的傳輸和接收設備之體積遠比使用微波形式來得小,也不存在干擾通信衛星的風險(使用微波卻存在這種問題)。缺點則是障礙物會影響雷射與接收裝置之間的能量交換,因為雷射不能像微波那樣可以穿過雲層,雷射光束的能量在穿雲過程可能就會損失大半了。

延伸閱讀

Wireless Power Transmission