自從電被發(fā)明并廣泛推向生產(chǎn)生活應(yīng)用以來，如何尋找一種高效的輸電方式，盡可能降低長距離傳輸時候的損耗，是電力部門和研究者關(guān)注的焦點之一。我國特高壓傳輸技術(shù)在世界范圍內(nèi)較為領(lǐng)先，然而傳輸過程中仍有2％－7％（根據(jù)距離不等而異）的損耗率，這是一筆不容忽視的損失。

能量的無線傳輸思想，最先由塞爾維亞科學(xué)家尼古拉特斯拉（Nikola Tesla）于100年前提出，而激光有能力攜帶極高的能量，方向十分單一，理論上可以符合長距離傳輸?shù)男枨蟆＞拖裉柟饪梢詾殡娐钒宄潆?，激光作為一種遠(yuǎn)距離傳輸手段不僅輸出功率大，而且可以隨時隨地進(jìn)行，不受充電線的約束，具有無可比擬的優(yōu)勢。

1992年，美國ABB公司率先開展了激光供能技術(shù)的相關(guān)研究，實現(xiàn)了高壓線路的電路監(jiān)測，并逐漸取代傳統(tǒng)的CT取點電流互感器。而美國國防部和美國國家航空航天局也意識到，如果能讓衛(wèi)星和無人機(jī)通過激光供能，可以實現(xiàn)更長時間的續(xù)航執(zhí)行更多任務(wù)，換言之，激光在軍事和航天中有著空前的可能性，因此一些列激光衛(wèi)星功能的相關(guān)技術(shù)研究就此開展。

1997年，日本N．Kawashima等人開展了利用激光能量傳輸給月球火山底探測的機(jī)器人（ROVER）供能的實驗。由于火山內(nèi)部沒有太陽光照，只能在火山口接收太陽光轉(zhuǎn)換成激光，傳輸?shù)交鹕降撞拷oRover供能。該傳輸系統(tǒng)激光器輸出功率為60W，傳輸距離為1000m，成功驅(qū)動10W機(jī)器人運行，光電轉(zhuǎn)換效率約為20％。

2005年，美國國家航空航天局馬歇爾空間飛行中心取得突破，首次用功率為500 W、波長為940nm 的激光器對15m外的微型飛行器提供6W的電能，讓飛行器運作了15min。2013年，美國海軍實驗室成功用2kW 的激光器給40m外的無人機(jī)遠(yuǎn)程供電。

一套完整的激光能量傳輸系統(tǒng)主要由三個模塊構(gòu)成，即激光發(fā)射模塊、激光傳輸模塊和激光－電能轉(zhuǎn)換模塊。其中激光器和光伏電池的效率，是整個激光能量系統(tǒng)的核心，如何讓激光能量經(jīng)過電—光—電的轉(zhuǎn)換，盡可能減少大氣衰減、光電轉(zhuǎn)換衰減，是這一系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)。我國國防科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、武漢大學(xué)、山東航天電子技術(shù)研究所等科研院所也開展了相關(guān)研究，以砷化鎵、單晶硅等光伏電池實現(xiàn)了不同波長、距離的激光供電。

近年，日本、俄羅斯等國也正在關(guān)注激光輸電的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用。

俄羅斯重點關(guān)注激光輸電在航天方面的應(yīng)用。2021年，俄羅斯“能源”火箭航天公司計劃利用激光進(jìn)行無線輸電實驗，為未來太空能源傳輸提供可行性測試。該太空實驗代號“鵜鶘“，指的是航天器之間利用激光進(jìn)行輸電，這項實驗已經(jīng)被列入國際空間站俄羅斯部分的長期科學(xué)實驗計劃。目前光電轉(zhuǎn)換器效率已經(jīng)達(dá)到60％，因此，利用激光從一個航天器向另外一個航天器傳遞電能將非常有效。俄羅斯科學(xué)家對激光無線輸電技術(shù)用于太空軌道上的衛(wèi)星充電持樂觀態(tài)度。

日本則主要將視野投向其生活應(yīng)用。東京工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)正致力于研發(fā)民用化的“光無線充電”技術(shù)。利用電能發(fā)射激光，受到激光照射的物體再通過發(fā)電板將光能轉(zhuǎn)化為電能，這樣一來，不僅可以省去手機(jī)、家電配置充電線的麻煩，還可解決新能源汽車行駛途中需要定期停下來尋找充電樁充電的難題。

激光輸電技術(shù)有著許多優(yōu)勢，也有著一些有待解決的問題。比如，現(xiàn)在用于輸電的特高壓線路不易接觸到人體，而特高功率的激光依托空氣傳播，容易受到各種反射影響，一旦照射到人體可能帶來嚴(yán)重危險。再比如，如何保證激光在不同的氣候條件下傳輸效率穩(wěn)定可靠、減少衰減，同時準(zhǔn)確地傳輸?shù)叫枰脑O(shè)備接受器上，也有待跟蹤和聚焦技術(shù)上的突破?？傊?，激光輸電技術(shù)代表著未來的供能發(fā)展方向，有著廣闊的應(yīng)用空間。

審核編輯：黃飛