中國民航大學航空工程學院研究團隊近期在《物質與光》（Matter & Light）期刊發(fā)表研究成果，提出一種基于定向激光束的無人機空中無線充電方案。該方案通過在無人機機翼下方布置專用能量接收裝置，將地面發(fā)射的綠色激光轉化為電能，實現(xiàn)飛行器在飛行過程中的持續(xù)補能。目前實驗室環(huán)境下，該系統(tǒng)的光電轉換效率已達到38.49%，刷新了同類技術條件下的能效紀錄。

核心材料與熱管理設計

該技術路線的核心在于一套名為PLC-TE的雙模能量轉換器件。與傳統(tǒng)光伏組件不同，該器件針對高能激光光譜進行了優(yōu)化匹配。其工作機理分為兩層：表層采用鈣鈦礦材料，負責直接捕獲激光光子并將其轉化為直流電；底層集成熱電轉換模塊，利用激光照射面與背側散熱面的溫差進行二次發(fā)電。溫差越大，熱電端輸出的補充電量越高。然而，高功率激光照射不可避免地引發(fā)劇烈溫升。測試數(shù)據(jù)顯示，未加干預時接收器表面溫度可迅速攀升至80至90攝氏度，導致鈣鈦礦層性能衰減并威脅結構安全。為此，研發(fā)團隊在器件內部嵌入了特種納米晶體隔熱層，通過調控晶格振動有效延緩熱量向核心電路傳導，從而維持器件在長期高負荷工況下的穩(wěn)定性。

產業(yè)鏈位置與商業(yè)化門檻

從產業(yè)鏈分工來看，該方案橫跨新材料研發(fā)、精密光學制造與無人機系統(tǒng)集成三大板塊。上游核心依賴鈣鈦礦薄膜沉積工藝、熱電半導體制冷片良率控制以及耐高溫復合基板的量產能力；中游側重于接收模組的輕量化結構設計，需兼顧空氣動力學阻力與機翼載荷分布；下游則直接面向長航時無人機整機制造商與低空運營服務商。目前該項目仍停留在實驗室原理樣機階段，距離實際裝機飛行尚有明確的技術爬坡期。研發(fā)團隊下一步計劃開展戶外實機掛載測試，重點驗證系統(tǒng)在真實風場環(huán)境下的結構強度與抗干擾能力，同時開發(fā)針對高速移動目標的激光束實時捕獲與穩(wěn)定跟蹤機制。這一過程將直接決定后續(xù)產品能否滿足工業(yè)級交付標準。

該技術若完成工程化轉化，將對現(xiàn)有無人機續(xù)航瓶頸形成結構性替代。在應急救援領域，面對地震、洪澇或森林火災等時間敏感型災害，搭載該系統(tǒng)的無人機可脫離起降點限制，連續(xù)數(shù)日滯空執(zhí)行偵察引導、夜間照明及應急通信中繼任務。在商業(yè)物流環(huán)節(jié)，依托建筑物頂部或鐵塔部署的分布式激光基站，可大幅延伸無人配送半徑，適用于偏遠地區(qū)血液制品、急救藥品等高時效物資投送。此外，中東及北非地區(qū)廣袤的荒漠地帶與漫長的陸地邊界，催生了對長航時無人機的剛性需求，激光供能無人機集群能夠構建不間斷的低空監(jiān)視網(wǎng)絡，降低傳統(tǒng)燃油補給或高頻次電池更換帶來的運維成本。

對于國內光電供應鏈與無人機渠道商而言，產業(yè)化進程需重點關注三項工程化指標。其一為動態(tài)光束對準精度，無人機在三維空間機動時，接收窗口需與地面發(fā)射源保持亞毫米級對齊，這對高速振鏡電機與視覺伺服算法提出了極高要求；其二為激光安全合規(guī)性，民用場景應用必須通過嚴格的輻射限值認證，防止高能光束對周邊人員、野生動物及航空電子設備產生意外影響；其三為基站網(wǎng)絡的經(jīng)濟性測算，高密度部署激光發(fā)射終端的初期資本開支較高，需結合具體航線頻次與電池替換成本進行全生命周期核算。建議上游光學元件供應商提前儲備高損傷閾值鍍膜技術與快速調焦模組，整機集成商則應在飛控底層架構中預留能量路由協(xié)議，以便未來無縫兼容此類新型補能生態(tài)。

全球無人機產業(yè)正從單一電池驅動向混合能源與無線補能方向演進。中國企業(yè)在激光二極管陣列、熱界面材料及輕量化復合材料方面已具備規(guī)模化制造能力，若能率先打通“地面基站-空中接收-飛控調度”的完整技術鏈條，將在下一代低空經(jīng)濟基礎設施標準制定中占據(jù)主動。短期內，該技術的商業(yè)化節(jié)奏仍取決于外場測試數(shù)據(jù)與民航空管部門的適航審批進度，相關供應鏈企業(yè)宜以模塊化預研為主，密切關注動態(tài)追蹤算法與熱管理方案的迭代方向，把握海外長航時無人機市場的潛在配套訂單窗口。