Lầu Năm Góc và Raytheon phát triển hệ thống truyền tải điện không dây

Hợp đồng mới

Giữa tháng 11 vừa qua, Raytheon thông báo đã nhận được hợp đồng mới từ Bộ Quốc phòng, đánh dấu bước tiến tiếp theo trong việc hiện thực hóa Chiến lược Năng lượng Hoạt động của Lầu Năm Góc, được phê duyệt vài năm trước. Các điều khoản chi tiết và kinh phí của hợp đồng chưa được công bố, nhưng công ty đã giới thiệu các mục tiêu và nhiệm vụ chính trong thời gian tới.

Theo hợp đồng, Raytheon sẽ phát triển, sản xuất và thử nghiệm các hệ thống truyền tải điện không dây, nhằm đơn giản hóa hệ thống cung cấp điện cho quân đội. Những hệ thống này sẽ tương thích với các trang thiết bị, khí tài quân sự hiện có của Quân đội Mỹ và truyền năng lượng tới người sử dụng mà không cần đến các phương tiện truyền thống.

Điều này sẽ giúp giảm số lượng máy phát điện hoặc thậm chí loại bỏ chúng hoàn toàn, từ đó giảm nhu cầu về nhiên liệu và đơn giản hóa công tác hậu cần. Thêm vào đó, rủi ro liên quan đến thiệt hại về dự trữ nhiên liệu cũng sẽ được giảm thiểu.

Dự án POWER

Lầu Năm Góc đã nghiên cứu công nghệ truyền năng lượng không dây từ nhiều năm trước. Năm 2022, Cơ quan Nghiên cứu Quốc phòng DARPA công bố phát triển chương trình "Rơle Năng Lượng Không Dây Quang Liên Tục" (POWER), nhằm tạo ra các hệ thống cung cấp năng lượng mới – truyền tải điện “qua không khí” bằng phương tiện quang học.

Các nghiên cứu sơ bộ hoàn tất vào giữa năm 2023, khi DARPA đã xác định được ý tưởng cơ bản của dự án và lập kế hoạch phát triển các thiết bị thực tế. Các thiết bị này sẽ được thử nghiệm, và khi các thông số thiết kế được xác nhận, chúng sẽ được đưa vào vận hành thử nghiệm.

Tháng 9/2023, chương trình POWER bước vào giai đoạn mới với cuộc thi tạo ra thiết bị thực sự. Raytheon, Draper và BEAM Co. đã đăng ký tham gia và đề xuất các thiết kế sơ bộ. Ba công ty này đang hợp tác phát triển các dự án và xây dựng hệ thống trình diễn công nghệ trong vòng 20 tháng, dự kiến hoàn thành vào cuối mùa xuân năm 2025. Giai đoạn thứ hai của chương trình POWER sẽ được triển khai trong năm sau.

Các nhà thầu phải chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng di động và trình diễn tại các địa điểm thử nghiệm. Các sản phẩm thử nghiệm sẽ truyền năng lượng tới cả thiết bị tiêu dùng cố định và di động trên không. Hợp đồng mà Raytheon mới nhận được liên quan trực tiếp đến kết quả của giai đoạn đầu của cuộc thi POWER, đồng thời là bước chuẩn bị cho việc chuyển sang giai đoạn thứ hai.

Laser phi chiến đấu

DARPA đã công bố các ý tưởng chính của chương trình POWER, trong đó việc truyền năng lượng không dây sẽ được thực hiện bằng chùm tia laser. Điều này đòi hỏi các phương tiện truyền và nhận đặc biệt, cũng như các bộ lặp trung gian nếu cần thiết. Những thiết bị này sẽ được phát triển trong khuôn khổ dự án.

Hệ thống POWER sẽ lấy năng lượng từ mạng lưới hiện có hoặc các máy phát điện có đặc tính phù hợp. Hệ thống truyền tải sẽ sử dụng một tổ hợp laser với bộ phát và phương tiện dẫn hướng chùm tia đủ mạnh. Máy phát sẽ chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng và gửi nó theo hướng mong muốn. Chùm tia này sẽ được gửi đến hệ thống tiếp nhận, được trang bị các tấm pin mặt trời và các thiết bị chuyển đổi năng lượng.

Hệ thống POWER cũng bao gồm các bộ lặp trung gian, có nhiệm vụ tăng cường khoảng cách truyền năng lượng và bù đắp cho các đặc điểm địa hình khác nhau. Các bộ lặp này sẽ có thể truyền năng lượng ra ngoài đường chân trời.

Những bộ lặp này sẽ được xây dựng trên các nền tảng bay dài hạn, có khả năng treo tại một điểm. Có hai phương án cho thiết bị này. Phương án đầu tiên sử dụng hệ thống gương di động để chuyển hướng chùm tia tới máy thu hoặc bộ lặp khác. Phương án thứ hai là sử dụng các tấm pin mặt trời "trung gian" và tia laser.

Ưu điểm và nhược điểm

Dự án POWER mang lại nhiều triển vọng và lợi ích quan trọng, thu hút sự quan tâm của DARPA và Lầu Năm Góc. Tuy nhiên, nó cũng gặp nhiều thách thức. Khó khăn chính của dự án liên quan đến việc sử dụng tia laser – cần có công suất cao để đáp ứng yêu cầu của đầu nhận năng lượng. Ngoài ra, cần có nguồn dự trữ năng lượng để bù đắp tổn thất khi năng lượng truyền qua không khí hoặc các hiện tượng khí quyển.

Chùm tia tập trung công suất cao rất nguy hiểm và phải nhắm vào máy thu với độ chính xác cao. Nếu không, có thể gây hư hỏng hoặc phá hủy các bộ phận của hệ thống POWER hoặc các vật thể xung quanh. Hệ thống laser không dễ chế tạo, vận hành và đương nhiên sẽ tốn kém. Về mặt kinh tế, nó sẽ kém cạnh tranh so với các giải pháp thay thế khác do hạn chế về tốc độ, khối lượng và vận hành.

Triển vọng và thực tế

Lầu Năm Góc đã tìm kiếm nhiều năm nay các phương pháp truyền tải năng lượng không dây hiệu quả và đáng tin cậy, nhưng chưa đạt được kết quả như kỳ vọng. Tuy nhiên, hiện tại DARPA và các nhà thầu đang thực hiện một nỗ lực mới với hy vọng thành công.

Các công ty tham gia chương trình POWER sẽ phải chứng minh sự phát triển của mình qua các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa.