Дистанционное энергоснабжение беспилотных летательных аппаратов

1.

Дистанционное энергоснабжение
беспилотных летательных аппаратов
Power In Space
Капранов Виталий Владимирович

2.

Беспилотные летательные
аппараты

3.

Мировой рынок БПЛА
$100-200
млрд
Быстрорастущий
рынок
$70
млрд
$25
млрд
$5 млрд
2015 2020
2025
2035

4.

Ключевые перспективные приложения
Мониторинг
протяженной
инфраструктуры
Охрана периметров
объектов энергетики
Доставка грузов
Мониторинг в
сельском хозяйстве
Мониторинг
в строительстве

5. Проблема – недостаточное время полёта (40 минут)

Используемые способы
увеличения времени полета
Большинство используемых способов
увеличения времени полета не позволяют
радикально изменить продолжительность
полета. Снять ограничение по времени
полета можно с помощью двух способов напрямую передавая энергию по
оптоволокну или проводу. Однако, провод,
который тянется к беспилотнику с Земли,
приводит к значительным ограничениям в
использовании БПЛА. Поэтому мы
предлагаем новую концепцию.
В
Водородные
источники
В
Дрон на
волокне
П
Дрон на
проводе
С
Солнечные
батареи
А
Новый тип
аккумуляторов
M
Механические
части

6.

Наше решение – Дистанционное энергоснабжение
с помощью лазерного излучения
1 км
500 Вт
Непрерывное
поддержание
беспилотника в
воздухе 24 часа в
сутки
Беспроводная передача 300-500 Вт
электрической энергии лазерным
лучом на беспилотник на
расстояние 1-2 км

7.

Как работает
Технология беспроводной передачи энергии
Готовые
макеты
Лазер
Диодные и
волоконные
лазеры
с длинами волн
в диапазоне
0,8-1,1 мкм
с мощностью
до 150 Вт
Система
формирования
и наведения
пучка
Внеосевая
трехканальная
система
формирования
пучка на основе
схемы
ЛомоносоваГершеля с
апертурой 130
мм для создания
узких мощных
лазерных пучков
Приемник
излучения
Многоэлементные
приемники
лазерного
излучения на
основе
фотоэлектрических
преобразователей
(специальная
солнечная батарея,
разработанная для
лазерного
излучения)
Полезная
нагрузка
Батарея на
основе LiPo
или LiFe
аккумуляторов
с большими
токами
зарядаразряда

8.

Демонстрационный эксперимент
Демонстрационный эксперимент
по передаче энергии на расстояние 1,5 км
1,5 км
Октябрь 2016
Система
формирования и
наведения пучка
Измерительная
система
Приёмник

9. Выставочный стенд для демонстрации дистанционного энергоснабжения беспилотного летательного аппарата

К небольшому беспилотному
аппарату вместо аккумулятора
прикреплен приемник лазерного
излучения. Пучок лазерного
излучения светит из тумбы вверх и
попадает на этот приемник,
который преобразует излучение в
электричество
При увеличении мощности лазера до 20 Вт беспиотник
взлетает и находится в воздухе любое время только за счет
энергии передаваемой без проводов лазерным излучением
Планируется за счет привлеченных инвестиций масштабировать это решение для
зарядки аккумуляторов промышленных БПЛА

10. Выставки 2017

Инновационный
центр «Сколково»
Startup Bazaar 2017
июнь 2017
Аэродром «Алферьево»
Конференция «Аэронет-2017»
июнь 2017
г. Жуковский
Международный
авиационно-космический салон
«МАКС-2017», июль 2017

11. Планируемый опытный образец

Характеристики
Дистанция
1-2 км
Передаваемая мощность
Время полета
Масса БПЛА
300-500 Вт
24 часа в сутки
от 1 до 5 кг

12.

Планируемый опытный образец /
преимущества использования
обеспечение непрерывности полета БПЛА
мобильность системы
безопасность обеспечения полетов БПЛА
позволяет создать разветвленную инфраструктуру
быстрая зарядка БПЛА
исключает участие человека в процессе зарядки
исключен риск кражи БПЛА и его груза
предусмотрена погодная защита
малые габаритные размеры

13.

Благодарю за внимание!
Power In Space
Капранов Виталий Владимирович
8-917-527-65-06
[email protected]
www.powerin.space
Дистанционное энергоснабжение
беспилотных летательных аппаратов

14. Команда проекта

Вячеслав
Тугаенко
Антон
Данил
Вячеслав Виталий Виталий Иван
Разуваев
Губзанский Дерепко Капранов Мацак Овчинников
Гранты на разработки и исследования были выданы
Минобрнауки

15. СМИ о нашем проекте

Программа "Наука" от 16 сентября 2017 года
Новости культуры. Эфир от 02.06.2017 (10:00)
Вести от 7.10.2016 в 22:30
Вести от 7.10.2016 в 19:10
Разрывая шаблоны
от 7.06.2017
Российские ученые зарядили мобильный с 1,5
километров
Журнал «Популярная Механика» №12 (170) Декабрь 2016
Ученые зарядили мобильный телефон
лазером с расстояния в полтора
километра
DEC 28, 2015 Energy to-go:
Lasers will refuel active
drones and satellites
7 октября 2016 Российские ученые
провели эксперимент по беспроводной
передаче энергии на расстояние
25 ноября 2015 Разработчик поделился
деталями своего проекта
7 октября 2016 В РКК «Энергия» испытана
лазерная установка

16.

Ссылки на видео
Программа Наука от 16 сентября 2017 на Россия 24
https://www.youtube.com/watch?v=-MDrt6z97Fk
Тестовые полеты в лаборатории перед выставкой
https://youtu.be/huu0rpYNcAk
https://youtu.be/wWMb3zNysQs
https://youtu.be/NhzAKfJ-Ib4
На международном авиационно-космическом салоне «МАКС-2017»
https://youtu.be/xepekm3EwUY

17. Научные публикации / конференции

Все статьи команды
30
4
12
17
10
Патенты
Основные конференции
6
Photonics West, San Francisco, USA, 2017
13 статей
20 докладов на конференциях
19 тезисов докладов
2 патента
15 наград
1 членство в научном обществе
Istina.ru/profile/kenpark
European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
Amsterdam, The Netherlands, 2017 + Hamburg, Germany, 2015 +
Amsterdam, The Netherlands , 2014 + Paris, France, 2013 + Frankfurt,
Germany, 2012 + Hamburg, Germany, 2011
World of Photonics Congress, Munich, Germany, 2015
International Astronautical Congress
Beijing, China, 2013 + Naples, Italy, 2012

18. Проект инфраструктурного решения

Системы дистанционного энергоснабжения БПЛА могут располагаться на
вышках сотовой связи и заряжать пролетающие мимо БПЛА по
фиксированному тарифу. Это обеспечит возможность непрерывной
мониторинга большой территории или перевозки/доставки небольших грузов
ПОКРЫТИЕ 1000км2
ТРЕБУЕТ ВСЕГО 20 СТАНЦИЙ
Дополнительный слайд №1

19. Сравнение стоимости часа полета разных способов зарядки / смены аккумуляторов

Условия: год работы; DJI inspire2 (25 мин. время полета, время заряда 90 мин, 2 мин для взлета/посадки, 1
мин для замены батареи); средняя цена работы низкого качества в Европе - 10$ / час; средняя цена
электричества в Европе — 0.2$ / кВт.
Время работы
Стоимость
1 час работы
Контактная зарядная
станция
Смена батарей
Лазер, без проводов
~365*5 ч
365*20 ч
365*24 ч
Станция (30000$),
электричество
(365*24*0.3*0.2) = 30525$
~16.7$
Компания
Дополнительный слайд №2
4 батареи (4*150$), 4 зарядки
(4*50$), 365*24 ч работы низкого
качества для 1ого человека
(365*24*10$), электричество
(365*24*0.2*0.2) = 88400$
Лазер (70000$), оптика
(5000$), приемник (1000$),
наведение (5000$),
обслуживание (4000$),
электричество (365*24*3*0.2)
= 90025$
~12,5$
~10.3$
Большинство сервисных
компаний
Power In Space

20.

Оценка характеристик БПЛА на использовании
дистанцонного энергоснабжения
Рама – 400, масса без навесного оборудования – 750 грамм
1 – без подзарядки
2 – навесное оборудование – 400 гр
с потреблением тока 1 А
3 – аккум 3s, 4000 мАч, 110 гр
Передача энергии идет в
ближнем ИК спектре, на
оптических приборах
необходимы фильтры
Время полета до 15 мин
Висение – 150 Вт
Макс. режим – 600 Вт
Дальность – 2 км
Скорость – 40 км/ч
1 – подзарядка, приемник 50 гр
2 – навесное оборудование – 1000 гр
с потреблением тока 2 А
+ фильтр 10 гр
3 – аккум 3s, 2000 мАч , 60 гр
1 – подзарядка, приемник 50 гр
2 – навесное оборудование – 400 гр
с потреблением тока 1 А
+ фильтр 10 гр
3 – аккум 3s, 2000, 60 гр
Время полета не ограничено
Висение – 300 Вт
Макс. режим – 500 Вт
Дальность – 1 км + 0.5 км
Макс. скорость 25 км/ч
Время полета не ограничено
Висение – 150 Вт
Макс. режим – 500 Вт
Дальность – 1 км + 1 км
Макс. скорость 37 км/ч
Дополнительный слайд №3
1 – подзарядка, приемник 50 гр
2 – навесное оборудование – 700 гр
с потреблением тока 1 А
+ фильтр 1 гр
3 – аккум 3s, 2000 мАч, 60 гр
Время полета не ограничено
Висение – 220 Вт
Макс. режим – 500 Вт
Дальность – 1 км + 0.7 км
Макс. скорость 32 км/ч

21.

Приоритетные отрасли для внедрения
решений на базе дронов
J’son & Partners Consulting выделяет в
отчете следующие сферы применения
дронов:
- Сельское хозяйство;
- Экстренные службы (пожарные,
полиция, скорая помощь);
- Энергетика и добыча полезных
ископаемых;
- Строительство и девелопмент;
- Геодезия (картография);
- Страхование;
- Транспортировка и доставка;
- Государственные и муниципальные
службы;
- СМИ и медиа;
- Природоохранные организации;
- Наука и образование;
- Связь;
- Фото и видеосъемка;
- Спорт и развлечения.
http://json.tv/ict_telecom_analytics_view/mirovoy-rynok-bespilotnyhletatelnyh-apparatov-dronov-i-perspektivy-v-rossii-20161121111941
Дополнительный слайд №4