Mikrodalga ile Uçakları Güçlendirmek: Göründüğü Kadar Çılgın Değil
Uçaklara güç ışınlamak kulağa çılgınca geliyor kabul ediyorum. Fizik engel olmazsa, federal düzenleyiciler veya gergin yolcular muhtemelen olacaktır. Ancak havacılığı karbon arındırmaya yönelik diğer önerilerle karşılaştırıldığında, gerçekten o kadar çılgınca mı?
Önemli noktaları göster
- Bataryalar veya hidrojen gibi havacılık için diğer karbon arındırıcı çözümlerle karşılaştırıldığında, uçaklara kablosuz güç aktarımı alışılmadık, ancak imkansız değil.
- Mikrodalgalar bulutları etkili bir şekilde delip geçebilir ve yolculara zarar vermeden uçağın anten alıcıları tarafından tamamen emilir.
- Bu teknoloji, mikrodalgaların yapıcı müdahalesi sayesinde hassas bir ışının yönlendirilmesine olanak tanıyan faz dizilerine dayanır.
-
- Uçak için hafif ve aerodinamik olarak verimli bir anten tasarlamak son derece zorludur, özellikle mevcut düşük enerji transfer verimliliği göz önüne alındığında.
- Güç transferiyle ilişkili yüksek elektrik alanları, uçak bileşenlerinde ciddi teknik sorunlara neden olabilir ve çevreye potansiyel olarak zarar verebilir.
- En büyük zorluk sadece uçakta değil, uçuş yollarını kapsayacak çok sayıda yer istasyonu inşa etmektir.
- Bu konsepti pratik bir gerçeklik haline getirmek önemli mühendislik sıçramaları gerektirirken, yarı iletken teknolojisindeki ilerlemeler gelecekteki gelişmeler için umut veriyor.
Uçuşta Elektromanyetik Dalgalar
Piller, hidrojen ve karbona dayalı alternatif yakıtlar—bugüne kadar geliştirilen hiçbir şey, fosil yakıtlar kadar ucuz ve yoğun enerji depolayamaz veya bildiğimiz ticari hava taşımacılığı ihtiyaçlarını tam anlamıyla karşılayamaz. Peki ya tüm enerjiyi uçakta depolama fikrinden vazgeçip, bunun yerine enerjiyi yerden iletirsek? Bu fikrin havalanması için neler gerektiğini açıklayayım. Kablosuz güç için mühendisler muhtemelen mikrodalgaları seçeceklerdir, çünkü bu tür bir elektromanyetik radyasyon bulutlardan kesilmeden geçebilir ve uçağın alıcıları tarafından tamamen emilir, neredeyse yolculara hiç risk oluşturmaz.
Hareket eden bir uçağı güçlendirmek için, mikrodalga radyasyonu sıkı ve yönlendirilebilir bir ışın halinde gönderilmelidir, ki bu da faz dizileri adı verilen teknoloji kullanılarak ulaşılabilir. Bu diziler genellikle radar ışınlarını yönlendirmek için kullanılır. Yeterince eleman geniş bir şekilde yayıldığında ve birlikte çalıştığında, faz dizileri enerjiyi bir noktada mesafeye odaklayabilir, tıpkı uçağın alıcı anteni gibi.
Faz dizileri yapıcı ve yıkıcı müdahale ilkesine dayanır. Anten elemanları tarafından yayılan radyasyon doğal olarak müdahale edecektir. Bazı yönlerde, yayılan dalgalar yıkıcı bir şekilde müdahale edip birbirini iptal ederken, diğerlerinde dalgalar tamamen faz halinde düşer ve yapıcı bir şekilde birleşir. Dalgaların yapıcı bir şekilde müdahale ettiği yerlerde enerji o yöne yayılarak yönlendirilebilir bir enerji ışını oluşturur.
Düz Anten
Dolayısıyla, uçaklara güç iletmek tamamen çılgınca olmayabilir. Ancak lütfen emniyet kemerleriniz bağlı bir şekilde oturun; bu fikir için biraz türbülans bekleniyor. Bir Boeing 737'nin kalkışta yaklaşık 30 megavat güç gerektirdiğini düşünün, bu gösterilen herhangi bir enerji ışını denemesinin yaklaşık bin katı güç. Bunu ölçeklendirmek, uçaklarımızın aerodinamiklerini (ve uçuş yeteneğini) korurken kolay olmayacaktır.
Uçağın mikrodalgaları alıp elektriğe dönüştüren anten tasarımını düşünün. Bu yama anten, uçağın alt tarafına inşa edilmeli ve aerodinamikleri göz önünde bulundurmalıdır. Enerji transferi, uçak doğrudan yer istasyonunun üzerinde olduğunda maksimuma ulaşır, ancak diğer zamanlarda, yer istasyonları uçağın önünde veya arkasında olduğunda ciddi şekilde sınırlıdır. Bu açılarda, ışın yalnızca uçağın ön veya arka yüzeylerini aktive eder, bu da yeterli gücü toplamak için özellikle zorlu hale getirir.
Anten de çok hafif olmalı ve uçağın üzerindeki hava akışını en aza indirmelidir. Antenin mühendisliğini aerodinamik için tehlikeye atmak, verimliliğini azaltabilir. Modern enerji transfer verimliliği yaklaşık yüzde 30'dur, bu yüzden düz anten daha fazla fedakarlık yapamaz.
Tüm bu ekipman, güç ışınının gücü olan metrekare başına yaklaşık 7.000 voltluk bir elektrik alanında çalışmalıdır. Bir mikrodalga fırının içindeki elektrik alanı, bu gücün yaklaşık üçte biri kadar, metal bir çatalın dişleri arasında halo boşalması veya elektrik arkı yaratabilir, bu yüzden düz elektroniklerin içinde neler olabileceğini sadece hayal edin.
Mikrodalgalardan bahsetmişken, yolcuların koltuklarında pişmemesini sağlamak için, elektrik ışınlarına sahip herhangi bir uçakta, mikrodalga fırın kapılarındaki gibi pencerelerde ağ bulunması gerekecektir—bu sıcak alanları uçaktan uzak tutmak için. Ancak kuşlar için bu koruma olmayacak.
Havada aşılması gereken yasal ve mühendislik engelleriyle karşılaştırıldığında, yere inşa edilecek gönderici dizileri, büyüklüklerine rağmen mütevazı görünüyor. Sorun, inşa edilmesi gereken muazzam sayıdır.
Gerçek Dünya Güç Işınlaması
Anlattıklarım teorik olarak mümkün olsa da, mühendisler bir uçağa gereken gücün sadece bir kısmını ve sadece çok daha kısa mesafelerde iletmişlerdir.
NASA, 1975 yılında bir ev büyüklüğünde bir çanak kullanarak 1.5 kilometre boyunca 30 kilovatlık güç ilettikleri deneyle rekoru elinde bulunduruyor. Bu başarıyı gerçekleştirmek için ekip, klystron adı verilen analog bir cihaz kullandı. Klystron'un mimarisi, belirli bir frekanstaki mikrodalgaları yükselterek, bir düdüğün havasını titreştirip belirli bir ton üretmesi gibi elektronları titreştirir.
Klystronlar ve düzenli mikrodalga fırınlarda bulunan kuzenleri magnetronlar, basitliklerinden dolayı çok etkilidir. Ancak özellikleri kesin mühendislik gerektirir, bu da bu cihazların birçoğunu koordine etmek ve enerjiyi dar bir ışına odaklamak zorlaştırır.
Son yıllarda, yarı iletken teknolojisindeki gelişmeler tek bir osilatörün çok sayıda katı hal amplifikatörünü neredeyse mükemmel faz koordinasyonunda sürdürmesini sağladı. Bu, daha önceden mümkün olandan daha sıkı mikrodalga odaklaması sağlayarak daha uzun mesafelerde daha hassas enerji iletimine olanak tanıdı.