没有电池耗尽的天空：激光供电无人机改变物流、灾害和安全保障

无人机的性能正在迅速进化。高分辨率摄像头、红外传感器、人工智能自主飞行、高精度测量功能。尽管搭载的能力不断增加，但长期以来几乎没有变化的弱点依然存在。那就是电池。

小型多旋翼无人机的飞行时间通常仅限于几十分钟。要进行长时间的监视或测量，就必须更换多架无人机，或者中断作业更换电池。在灾害现场、森林、海上、边境、重要设施等需要不间断观测的地方，这一限制尤为沉重。

中国正在进行研究，试图通过光来克服这一限制。中国民航大学和清华大学的研究团队开发了一种从地面照射的激光光转化为电力以驱动螺旋桨的受电系统。

公布的光电转换效率为38.49%。仅从数字来看，似乎可以想象通过持续从地面发送能量，无人机可以不着陆地持续飞行的未来。然而，这次的成果并不是“永久飞行的完成”。需要将已验证的范围与今后需要解决的课题分开考虑。

在机翼下将激光转化为电力

研究团队开发的装置具有接收激光的钙钛矿型电池和将热量转化为电力的热电转换元件相结合的结构。

其原理类似于太阳能发电。从地面的送电装置照射激光，安装在机翼下的受光电池将光能转化为直流电力。用该电力驱动电机或减少搭载电池的消耗。

激光供电在特定波长上集中能量。与包含各种波长的太阳光不同，受光材料可以根据发送激光进行设计。钙钛矿材料通过调整成分可以改变吸收特性，容易制造轻薄的设备。在重量直接影响飞行性能的无人机中，这可能是一个很大的优势。

在使用绿色激光的试验中，受电装置将入射的光能量的38.49％转化为电力。然而，这个值并不意味着送电设备从插座接收到的电力的38.49％到达了机体。

在实际系统中，从电力到激光光的转换、光学装置的光束形成、大气中的传输、机体侧的再转换等多个阶段都会产生损失。评估实用性时，包含从发电源到机体电机的综合效率变得重要。

高功率化引发的“热”问题

如果增强激光，受电的电力会增加。然而，并不是所有接收到的能量都会转化为电力。未转换的部分大多转化为热量。

初期试验中，受电装置的温度达到80～90度。温度升高不仅会降低转换效率，还会导致材料劣化、粘合部损伤、对机体结构的不良影响。如果热量传递到电池，安全风险也会增加。

在地面设备中，可以添加大型风扇或重型散热器。然而，在航空器上，增加冷却装置会增加重量和空气阻力，所需的飞行电力也会增加。

研究团队在钙钛矿层和电极之间放置了锑化硒纳米晶体，以控制热量的移动。此外，采用了将螺旋桨产生的气流引导到机翼内并用于冷却受电装置的结构。

这一巧妙设计对于理解研究的价值至关重要。不仅仅是在实验室中制造高效的电池，还试图同时处理实际航空器中产生的热量、重量、空气动力学和冷却问题。

验证是在“飞行中的实机”而非模型阶段

从“用激光为飞行中的无人机充电”这一标题来看，有些人可能会想象在户外飞行的机体上持续从地面照射光束的试验。

然而，根据公开的研究信息，目前阶段是在静止的无人机模型的机翼下安装受电装置，通过照射的激光驱动螺旋桨的概念验证。尚未达到在户外追踪实际轻型无人机并长时间飞行的阶段。

这一差距并不小。

对于固定的模型来说，持续将激光的焦点对准受光面相对容易。实机会因风而摇晃、旋转、改变速度和高度。机翼的角度也会变化。如果光束偏离受光面，供电可能会急剧下降。

在送电侧，需要实时掌握机体的位置和姿态，并在预测前进方向的同时跟踪激光。可能会结合使用相机、红外传感器、雷达、机体发送的位置信息等。

如果光束变粗，容易对准，但能量会分散。如果光束变细，可以进行高密度供电，但对跟踪精度和安全性的要求会增加。这一困难的平衡是实用化的一大障碍。

研究团队也将精密的实时跟踪作为今后的课题，并计划在下一阶段使用轻型实机进行户外试验。

雨、雾、烟——光的弱点

激光供电需要送电装置和受电装置之间有视线。如果被建筑物、树木、地形遮挡，就无法传输电力。

此外，雨、雾、云、沙尘、火灾的烟雾等会散射和吸收光，减少到达的能量。相关研究分析表明，当大气波动从中等到强烈时，使用激光供电无人机的通信网络性能明显下降。

这也是一个讽刺的问题。在期望激光供电的灾害现场，暴雨、烟雾、粉尘容易发生。在森林监视中，树木成为遮挡物，在城市地区，高层建筑物和其他航空器可能进入光束路径。

因此，实用系统可能不是用一个激光装置覆盖广泛区域，而是配置多个供电据点，并根据机体的移动切换发送源。构想是在空中创建一个看不见的“充电走廊”，无人机在其范围内继续执行任务。

即使不是完全的无限飞行也有价值

即使无法仅靠激光永久飞行，如果能够抑制电池消耗并将飞行时间延长数倍，也具有足够的价值。

在灾害应对中，可以不间断地传输灾区影像、搜索失踪人员、进行通信中继。在山火中，可以长时间观察火势蔓延方向和风向。在洪水或地震导致道路中断的地区，可以考虑将临时通信基站悬停在空中的用途。

在农业中，可以持续确认广阔农田的生长状况和病害。在基础设施检查中，可以长时间巡查输电线、铁路、管道、桥梁、海上设备等。可以设想在船舶、列车、警备车辆上空持续飞行，监视前进方向和周围环境的使用方式。

在物流中，比起可以自由飞行到任何地方的配送机，沿规定航线往返的机体更有可能先实现实用化。如果采用在配置有供电设备的据点间飞行并在途中补充电力的方式，则更容易限定跟踪范围和安全区域。

美国也在推进“光的电力传输网”

激光电力传输并不是中国独有的研究主题。

美国国防高级研究计划局的POWER计划在2025年，向约8.6公里外的受电装置传输超过800瓦的电力达30秒，并在试验期间传输了超过1兆焦耳的能量。尽管试验是在地面设备之间进行的，但显示了长距离光供电的可能性。

美国PowerLight Technologies公司也在开发一种系统，可以在追踪移动的固定翼无人机的同时传输千瓦级的电力。据报道，在2026年，美国国防部相关试验中，军用级固定翼无人机进行了数小时的飞行。

中国此次的成果特点在于将钙钛矿受光电池与热电转换一体化，提高了轻量受电装置的效率和冷却。而美国方面的开发则侧重于长距离传输、移动体追踪、安全控制、与机体的通信等综合系统。

即便是同样的激光供电，竞争不仅仅是转换效率的比较。它已成为包括材料、光学、追踪控制、航空器设计、能源网运行在内的综合技术竞争。

最大的需求可能在军事领域

需要长时间滞空的无人机的领域之一是军事和安全保障。

如果侦察机能够长时间飞行，就可以连续监视部队和车辆的动向。如果将通信中继机维持在高位，可以扩大地面部队的通信范围。也可以用于边境、沿海、基地周边的警戒。

然而，激光供电虽然使机体自由，但也导致对地面送电设备的依赖。配备大功率电源和精密光学装置的基地可能会被发现和攻击，并且由于天气和地形的影响，可用范围也有限。如果激光的位置被光学传感器检测到，可能会推测出送电据点和飞行路线。

即便如此，在前线基地、舰船、固定设施周围，持续滞空监视机或通信中继机的用途仍有强烈需求。这就是为什么有人认为军事用途可能会领先于民用。

SNS的反应——不仅仅是“厉害”

在公开的SNS和技术论坛上，对激光供电本身的惊讶尤为明显。“没想到无线供电已经发展到这个地步”“就像科幻小说一样”，有对技术进步表示赞赏的反应。

作为用途，灾害监视、农田的定期观测、船舶或列车的先行监视、临时通信基站等被提及。特别是，对于停留在一定地点或狭小范围内的无人机，比起移动范围广的配送机，更加现实。

另一方面，对实用性也提出了严厉的质疑。

最多的是关于受电装置的重量和空气阻力。如果在机体上安装新的装置，所需的飞行电力就会增加。如果为了安装受电装置需要更大的机体，则需要增加供电量。

在成本方面，有人指出，“准备备用电池或第二架无人机可能更便宜”。如果允许短时间着陆的业务，自动充电码头或电池更换设备可能更简单和安全。

对安全性的质疑也很强烈。激光进入人或动物眼睛的危险、光束路径进入航空器或鸟类时的停止功能、故障或网络攻击导致照射方向偏移时的对策等。

此外，还有人担心“最终会用于持续监视或战争”。如果24小时留在空中的摄像头被部署在城市或边境，虽然可以用于防灾或治安维护，但也可能导致监视日常化。

这些并不是对SNS整体进行统计分析的结果，而是整理了公开的相关帖子和论坛上的意见的定性趋势。即便如此，也可以看出用户不仅关注转换效率的数字，还同时关注成本、重量、天气、安全、隐私、军事转用等。

比技术更难的安全规则

既然要将高功率激光指向天空，安全制度的完善是不可或缺的。

送电系统需要具备在光束路径进入人、航空器、鸟类、车辆等的瞬间停止照射的功能。如果机体偏离预定空域或通信中断，也必须自动停止。

此外，还需要考虑位置信息伪装、追踪软件入侵、受电机冒充等网络安全攻击。不仅要确保激光不会偏离目标，还需要始终验证“是否在正确的机体上、以正确的输出、在授权的空域中发送”。

要在城市中普及，还需要调整航空法、激光设备的安全标准、设施安装规定、隐私保护、事故责任分担等。技术上可行和在社会中可运营是两个不同的问题。

比“无限飞行”更现实的未来

激光供电无人机的现实形态可能不是完全没有电池的机体。

通常是用电池飞行，进入指定空域时从激光接收电力。晴天时使用光供电，恶劣天气时采用着陆式充电，紧急时使用更换电池。如果是结合太阳能电池的固定翼机，白天使用太阳能，夜间使用地面激光的运用也可以考虑。

也就是说，激光可能不是单独实现永久飞行的魔法，而是结合多种能源源以延长任务时间的技术。

此次中国团队的成果并不是实现了实机的无限飞行。即便如此，将光转化为电力的高效受电装置集成到航空器中，并从材料和气流两方面抑制最大的问题——热量，是一个重大进展。

下一个焦点是明确的。能多精确地追踪在户外飞行的轻型无人机？在雨雾中能传输多少电力？包括送电设备的综合