挑战“无限续航”：美无人机尝试激光束空中充电

无人机在现代战场虽有关键地位，但受限于电池容量，经常必须频繁返航充电。近期，美国初创公司PowerLight Technologies与美国国防部合作，号称开发出一款通过“激光束”进行远距离无线充电的系统，能让无人机在空中直接获取电力，理论上将实现“无限续航（Infinite Flight）”，有望改变战场侦察与通讯的中继模式。

一、无人机激光充电

据科技媒体《Live Science》报道，这套系统运作原理类似太阳能发电，但更为高级。无人机机身需搭载一组重约6磅（2.7公斤）的专用接收器，能将地面发射站射出的高强度激光束转化为电能。不同于一般实验室的毫瓦级激光，PowerLight宣称其系统能维持“千瓦（kilowatts）”等级的电力传输，足以驱动军用级无人机持续运作。

为了确保激光能精准击中移动中的物体，该系统整合了一些追踪软件。PowerLight技术负责人纽金特（Tom Nugent）称，这是一套“智慧网状能源网络”，地面发射站能实时追踪无人机的速度与向量，精确将能量投射到接收器上。同时，这道光束也具备双向通讯功能，能实时交换电池数据与飞行指令，确保传输效率并防止能量浪费。

这项技术目前计划整合至Kraus Hamdani Aerospace开发的“K1000ULE”无人机上。K1000ULE是一款全电动、长滞空的无人机，专为美国海军与陆军的远程侦察任务设计。若能搭配激光充电技术，将能大幅延长其滞空时间，执行持续性的监视任务。

报道指出，无线激光输电并非全新概念，美国国防高级计划研究署（DARPA）此前曾成功演示在约8.6公里外传输800瓦电力。然而，将此技术应用于移动中的无人机仍具挑战性。PowerLight表示，目前已完成地面发射器与接收器的验证，预计于今年初进行实际飞行测试，若成功则将是无人机技术的重要里程碑。

二、困难挑战

PowerLight所开发的激光无线充电技术，虽在无人机远距离空中充电领域取得了部分进展，但该技术在走向大规模实用化过程中仍面临一系列严峻挑战。

一是大气传输损耗与环境敏感性。激光在大气中传播会受到吸收、散射和湍流扰动的影响。水汽、雨、雾、雪、沙尘甚至高温导致的空气密度变化，都会严重衰减激光能量。例如：在浓雾或中雨条件下，近红外激光（如1550 nm波段）的传输效率可能骤降50%以上；大气湍流会引起光束“闪烁”和偏移，导致接收端光伏阵列无法稳定捕获足够能量；这使得该系统在恶劣天气或高湿度地区几乎无法可靠运行，限制了其全天候作战或民用部署能力。

二是精准指向与动态跟踪难度极高。要将高能激光持续聚焦在高速飞行、姿态不断变化的无人机上（尤其是小型无人机），需要亚毫弧度级的指向精度和毫秒级响应的闭环跟踪系统。一旦目标剧烈机动、被遮挡或信标失效，光束极易脱靶，不仅中断充电，还可能因能量溢出造成安全隐患。此外，多无人机同时充电时，系统需快速切换或分束，技术复杂度呈指数上升。

三是光电转换效率有限，热管理压力大。尽管PowerLight使用高效光伏电池（据称在特定激光波长下转换效率可达50–60%），但整体“电→光→电”链路效率仍偏低，端到端总效率通常不足30%，远低于有线充电（>90%）。更严重的是，未被转换的激光能量会转化为废热，集中在小型无人机有限的机翼面积上。若散热设计不足，可能导致光伏板过热失效，甚至引燃机体材料，尤其在长时间充电场景下风险加剧。

四是安全与法规障碍突出。高功率激光（即使为不可见近红外波段）对人眼和航空器构成潜在威胁：1000瓦级激光可在数公里外造成永久性视网膜损伤；若光束意外照射民航飞机或卫星，可能违反国际航空与空间安全法规；因此，该系统必须配备多重冗余安全机制：如实时障碍物检测、自动断束、地理围栏、空域协调等，大幅增加系统复杂性和成本。目前全球尚无统一的激光无线供电安全标准，各国对高能激光在开放空域使用的审批极为严格，制约其商业化推广。

五是成本高昂，难以规模化。PowerLight的系统包含高功率光纤激光器、精密光学组件、高速跟踪平台、安全监控模块等，整套地面站造价可能达数十万至百万美元。相比之下，传统电池更换或有线充电基础设施成本极低；即使考虑“无限续航”带来的任务价值，其单位能量传输成本仍远高于其他方案。这使得该技术短期内仅适用于高价值军事或特种任务（如边境监视、灾害应急通信中继），难以进入消费级或商业物流无人机市场。

六是能量密度与平台适配限制。为接收激光，无人机需加装专用光伏接收器（PowerLight测试中使用2.7公斤接收模块），占用宝贵载荷和空间。对于小型或微型无人机，这种附加重量和面积显著削弱其机动性与任务灵活性。此外，激光只能从特定方向照射（通常为下方），限制了无人机的飞行姿态和任务剖面设计。

总的来说，PowerLight的激光无线充电技术代表了能源传输的前沿方向，具备“持续滞空”的革命性潜力。然而，其环境脆弱性、跟踪精度要求、热管理难题、安全风险、高成本及平台适配限制，共同构成了通往广泛应用的主要障碍。在可预见的未来，该技术更可能作为特定场景下的补充手段，而非通用能源解决方案。