Mỹ phát triển công nghệ sạc pin bằng tia laser trên không cho máy bay không người lái K1000ULE

Công nghệ truyền điện không dây bằng quang năng đang mở ra bước ngoặt mới cho các phương tiện bay không người lái (UAV). Công ty PowerLight Technologies vừa tiếp nhận thêm nguồn vốn đầu tư từ Cục Năng lượng tác chiến - Đổi mới (OE-I) thuộc Bộ Chiến tranh Mỹ nhằm hoàn thiện hệ thống Aerial ReCharge (ARC). Dự án nằm trong khuôn khổ chương trình Power Transmitted Over Laser to UAS (PTROL-UAS), hướng tới khả năng tiếp năng lượng trực tiếp cho UAV ngay trong lúc đang bay.

Giải quyết hạn chế về thời gian hoạt động của drone

Các dòng máy bay không người lái chạy bằng động cơ điện hiện nay thường gặp rào cản lớn về thời gian duy trì hoạt động trên không, vốn chỉ giới hạn trong vài giờ. Quy trình thu hồi, thay thế nguồn pin và triển khai bay lại tại thực địa không chỉ làm gián đoạn nhiệm vụ giám sát mà còn khiến kíp điều khiển đối mặt nguy cơ bị lộ vị trí chiến thuật.

Hệ thống ARC được phát triển để xử lý trực tiếp điểm nghẽn kỹ thuật này. Khi dung lượng pin giảm xuống ngưỡng quy định, UAV sẽ chủ động điều hướng về phía nguồn phát năng lượng dưới mặt đất để tiếp nhận điện tích, sau đó lập tức quay lại quỹ đạo tác chiến mà không phải hạ cánh.

Theo ông Chris DePuma, Trưởng danh mục Combat Power của OE-I, việc sạc năng lượng tự động giữa không trung giúp tối đa hóa thời gian thực thi nhiệm vụ, kéo dài sức bền của phương tiện và giảm thiểu rủi ro cho nhân sự tại các khu vực tác chiến phức tạp.

Cấu tạo và nguyên lý vận hành của hệ thống ARC

Hệ thống ARC vận hành dựa trên cơ chế ghép nối giữa hai thành phần chính: đài phát laser mặt đất và bộ thu năng lượng tích hợp trên khung vỏ UAV. Bộ phát đặt trên mặt đất có kết cấu cơ động, vận hành tự động để quét, khóa và bám sát quỹ đạo di chuyển của máy bay, từ đó phát chùm tia laser hội tụ chuẩn xác vào cảm biến thu.

Bộ phát laser sạc pin của PowerLight. Ảnh: PowerLight

Bộ thu gắn trên drone có trọng lượng chỉ khoảng 6 pound (tương đương 2,7 kg). Thiết bị này chứa các module chuyển đổi quang điện, nhận chùm laser và chuyển thành dòng điện để nạp thẳng vào hệ thống pin dự trữ. Chùm laser di chuyển với vận tốc ánh sáng, truyền dẫn khoảng cách xa và không phát ra tín hiệu tần số vô tuyến (RF), hạn chế nguy cơ bị phát hiện bởi các thiết bị trinh sát điện tử của đối phương.

Kết quả thử nghiệm thực tế trên UAV K1000ULE

Nhằm kiểm chứng độ ổn định, PowerLight Technologies đã tích hợp hệ thống thu quang điện lên dòng drone cánh bằng K1000ULE do Kraus Hamdani Aerospace phát triển. Đây là mẫu máy bay không người lái tầm xa đã được AFCENT phê chuẩn đưa vào khai thác và từng phục vụ cho các lực lượng Hải quân, Lục quân Mỹ.

Minh họa mẫu drone sạc bằng laser của Kraus Hamdani Aerospace

Đợt bay nghiệm thu diễn ra tại bãi thử Poinsett Electronic Combat Range thuộc căn cứ không quân Shaw, bang South Carolina, dưới sự điều phối của Phòng thí nghiệm chiến đấu thuộc AFCENT (AFCENT Battle Lab) cùng sự tài trợ từ Bộ Tư lệnh Trung tâm Mỹ (CENTCOM) và OE-I.

Trong quá trình vận hành, hệ thống ARC đã duy trì việc bám mục tiêu ở độ cao 5.000 feet (khoảng 1.524 m) và truyền thành công công suất điện gần 1 kW tới drone. Đài phát laser thiết lập một vùng sạc ổn định có bán kính 300 m, cho phép máy bay nạp pin ngay cả khi đang lượn vòng hoặc giữ vị trí trên không.

Định hướng triển khai trên chiến trường

Trước đó, vào tháng 12/2025, PowerLight Technologies đã hoàn thành giai đoạn thử nghiệm các hệ thống con của tổ hợp phát laser. Hiện tại, đội ngũ kỹ thuật của hãng tiếp tục phối hợp với các sĩ quan hoạch định tác chiến thuộc AFCENT tại căn cứ Shaw để xây dựng quy chuẩn vận hành chuẩn xác trước khi chuyển sang giai đoạn thực địa.

Giám đốc Công nghệ của Kraus Hamdani Aerospace, ông Stefan Kraus, nhận định giải pháp tích hợp ARC mang lại khả năng duy trì hoạt động liên tục gần như không giới hạn cho K1000ULE. Về mặt kỹ thuật, việc truyền dẫn năng lượng thông qua chùm tia định hướng còn có tiềm năng mở rộng sang các môi trường khắc nghiệt khác, bao gồm cả các thiết bị hoạt động ngoài không gian.