Представлены миниатюрные фотопреобразователи для дистанционной передачи энергии космическим аппаратам

 

Функция миниатюрных фотопреобразователей – генерация электроэнергии при попадании на чувствительный элемент лазерного луча. Даже при размере в 0.2 миллиметра, устройства сохраняют эффективность.

Разработка открывает новые возможности для бесконтактной передачи энергии. С учетом огромного радиуса действия лазерного луча, становится возможной доставка электричества с наземных станций на спутники, сконцентрированные на околоземной орбите, более отдаленные аппараты. Возможно сообщение и между наземными объектами, при отсутствии между ними препятствий, блокирующих луч.

Инновационный подход

Метод передачи электроэнергии “по воздуху” уже не выглядит таким удивительным, как несколько лет назад. Индукционные устройства позволяют восстанавливать заряд аккумуляторов мобильных телефонов и электрокаров. В разработке находится и другая технология такой зарядки – посредством не индукции, а лазерного луча, радиус действия которого измеряется десятками километров.

В теории, лазер подходит для передачи электроэнергии, генерируемой на наземных станциях, орбитальным аппаратам. Схема подразумевает отправку лазерного луча с земли и его улавливание специальными фотоэлектрическими преобразователями, трансформирующими свет в электричество.

До недавних пор, у специалистов не получалось создать преобразователи, сочетающие миниатюрность, невысокую цену и эффективность.

Технический прорыв

Ученые представили миниатюрный фотоэлектрический преобразователь, изготовленный из арсенида галлия, комбинации этого редкоземельного металла с мышьяком.

Конструкция достаточно проста. Основа – слой в форме трапеции, толщина которого составляет всего 45 микрометров. Состоит он из алюминия, мышьяка и галлия, выполняет функции волновода, пропускает лазерный луч, однако, заставляет его преломляться по определенному алгоритму.

Слой неоднороден, доля алюминия в нем постепенно уменьшается от точки входа луча к выходу. Именно неоднородность способствует достижению необходимого преломления, помогает корректировать вектор луча. За счет преломления, световой поток перенаправляется на основной компонент преобразователя, элемент из арсенида галлия, на котором происходит трансформация световых частиц в электричество.

Специалисты не остановились на достигнутом, провели ряд тестов, направленных на уменьшение габаритов преобразователя без вреда для эффективности. В ходе испытаний, было подготовлено несколько фотопреобразователей, различных по длине. Габариты самого компактного устройства составили 80 микрометров, крупного – 750. Было установлено, что по эффективности они сопоставимы, среднее значение составило 45 процентов. Длина меньше 80 микрометров сказывается на эффективности, она не выходит за 30 процентов.

Эта особенность объясняется физическими явлениями и закономерностями. В коротких преобразователях не удается достичь выраженного преломления лучей, они “пролетают” мимо активной зоны.