光動無人機是一種由雷射無限送能的智慧型飛行器，是繼燃料系統和電動系統後, 第三大無人機動能系統。與燃料和電動系統相比,最大的優勢在於在全天時環境下實現遠距離、高效率的無人機能量補充，可對正在執行飛行任務的無人機進行能量補給, 提高工作效率並延長飛行時間。
基本介紹
- 中文名：光動無人機
- 外文名：Optics-driven Drone
- 所屬學科：臨地安防
定義,原理,套用,
定義
光動無人機 (Optics-driven Drone, ODD) 是指能夠利用雷射進行能量補充，進而實現無限雷射送能的智慧型無人飛行器。
原理
光動無人機在飛行過程中，位於地面的光電跟蹤轉台利用智慧型圖像處理技術，對無人機進行跟蹤，實現無人機大範圍目標捕獲以及高精度目標跟蹤；然後，雷射器將電能轉換為高功率雷射束，發射至自由空間中；最後，無人機的光電轉換模組，將雷射束的光能轉換為電能，實現遠程能量補充。
光動無人機的主要優勢在於：1、能夠實現遠距離能量補充，充電區域非常廣（公里級）；2、能量補充過程具有更高的隱蔽性，適用於特殊任務；3、雷射束的空間能量集中度非常高，因此無人機接收端的設備體積和重量都非常小，不會對其自身的載荷能力造成嚴重影響；4、地面站通常配備高功率半導體雷射器，具有非常強的可靠性以及電光轉換效率，可以部署在無人機，無人艇等移動載具上，生存能力更強，更靈活；5、無人機充電過程中，通常使用波長較短的近紅外雷射束，自身設備不會受到電磁干擾的影響，同時也不會對周圍其他的電磁設備產生干擾；6、能量投送功率可達千瓦級，可以套用在大型的固定翼無人機上。
光動無人機需要突破的關鍵技術包括：1.複雜背景下的無人機目標跟蹤，2.大氣湍流效應自適應補償，3.障礙物遮擋實時預測。
套用
光動無人機具備長時續航能力，因此能夠在各類複雜耗時的任務中發揮作用，在臨地安防中有重要套用價值。代表性的套用包括低空偽衛星、中繼通信網路建立、快遞運輸、電力巡檢、忠誠僚機、地外探索等。
低空偽衛星：目前常見的平流層飛行器主要有平流層飛艇以及高空太陽能無人機兩種。對平流層飛艇來說，其續航能力非常強，可以實現持續數個月的定點懸停或者低速機動飛行。然而，其缺點在於設計難度非常大，同時無法實現高速機動飛行。高空太陽能無人機通常使用太陽能進行電力供應，能夠在平流層實現數周甚至數月的自主飛行。此外，如果能使用高功率雷射束對平流層無人機進行能量補充，那么這種高空光動無人機就能夠實現全天時、全天候、高機動的自主飛行，同時可攜帶的任務載荷也會大大增加。
中繼通信網路建立：無人機具有高機動性、低成本、多功能等優勢，在“6G 空天地海一體化網路中”發揮著重要作用。例如: 在高密度通信用戶場景下，可以部署無人機作為臨時基站或者中繼來輔助無線通信，增加用戶容量；此外，對於一些非突發但臨時的套用場景，無人機通信也可以方便快捷地部署；最後，多架無人機組成的蜂群可以在不同的套用場景下構建穩定的通信網路，並且可以靈活的進行多次再部署。然而，通信網路通常對中繼平台的持續性以及穩定性要求非常高。具備無限續航能力的光動力無人機可以使得整個通信鏈路的維繫時間大大增加，提高通信網路的實用性以及可靠性。
快遞運輸：疫情期間，無人機已經廣泛用於核酸檢測樣本，保供等物資的配送中，其背後更誘人的套用前景正在大規模浮現。在物流運輸等領域，順豐等快遞公司的小型無人機已在多地開展常態化配送。當下，大型有人運輸機、大型支線無人機以及小型末端投送無人機組成了多級的航空物流運輸網路，能夠實現快件最短時間通達全國。在貨物配送過程中，無人機的電池電量將直接限制可攜帶的貨物重量以及貨物配送範圍。光動能無人機能夠利用飛行路徑上的地面雷射發射裝置進行中繼能量補充，繼而極大程度上提高續航範圍，增加可攜帶的貨物重量。在配送過程中，還可以實現自主躲避障礙物與路徑規劃，安全高效地完成快遞任務。
電力巡檢：傳統的電力巡檢過程面臨著工作人員勞動強度大、工作條件艱苦、勞動效率低等問題。無人機在電力行業的套用，極大的減少了電力巡檢人員的工作難度，大幅提高了工作效率。然而，電網設備通常部署在位置偏遠、地理條件惡劣的戶外環境中，並且設備數量繁多、空間跨度大、密集程度高。傳統動力的無人機在巡檢過程中需要不斷的進行“降落-起飛”過程以實現能量補充，極大的影響了巡檢效率，同時也增加了墜毀的風險。光動能無人機能夠實現能量的遠程補充，可以極大程度上提高無人機的電力巡檢範圍，保證飛行的安全性，同時賦予無人機一定的自主性。
忠誠僚機：“忠誠僚機”是一種新型的自主無人機編隊系統，可以利用無人機與有人作戰飛機之間的密集編隊以及高效協同來實現各類偵查以及防控壓制等任務。“忠誠僚機”不僅是有人作戰飛機周圍空域的智慧型態勢感知器，同時也是飛行員進行作戰決策的智慧型助手。2022 年 6 月，DARPA 發布了“機載能源井”（airborne energywells）信息徵詢書，向工業界尋求改裝加油機從而為無人機充電的可能性。可以看到，在未來的無人-有人編隊系統中，光動無人機有望成為重要的信息節點，通過大型的有人作戰飛機進行遠程雷射能量補充，極大程度上延長飛行時間及作戰半徑，充分發揮“忠誠僚機”系統的作戰優勢。
地外探索：地外探索過程中大氣稀薄，遮擋物稀疏，採用雷射作為動力源，是此類科考無人機最合適，最穩定的動力源。因此，突破光動無人機關鍵技術，開發穩定的光動地外無人機是我國在地外探索領域實現彎道超車有效途徑之一。當然，未來光動無人機將並不僅僅在地外科考領域有占極大地位，“光動無人機”的超長，超穩定續航也將在海洋探索等方面畫上濃墨重彩的一筆。
