การส่งพลังงานผ่านลำแสงเลเซอร์ อนาคตของพลังงานไร้สาย

            เทคโนโลยีล้ำยุคจาก DARPA กำลังเปลี่ยนวิธีการส่งพลังงานอย่างที่โลกไม่เคยเห็นมาก่อน ด้วยแนวคิดการส่งพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สายผ่านลำแสงเลเซอร์ (Laser Power Beaming) ซึ่งกำลังถูกพัฒนาเพื่อใช้งานจริงทั้งในภาคการทหาร การอวกาศ และในพื้นที่ห่างไกล

            หน่วยงานวิจัยของกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกาอย่าง DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ได้ให้การสนับสนุนงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีนี้มานานหลายปี โดยเฉพาะการส่งพลังงานไปยังอุปกรณ์บินไร้คนขับ (โดรน) ซึ่งจำเป็นต้องใช้พลังงานต่อเนื่องในระยะเวลานาน

            หลักการของ Laser Power Beaming คือการแปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นลำแสงเลเซอร์ แล้วส่งไปยังตัวรับปลายทาง เช่น โดรนหรือสถานีรับสัญญาณที่อยู่ห่างไกล จากนั้นแปลงลำแสงนั้นกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกครั้งเพื่อใช้งาน ซึ่งจะช่วยให้ลดการพึ่งพาแบตเตอรี่หรือสายไฟขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

            หนึ่งในโครงการที่น่าสนใจคือโครงการ SHARP (Sustained High Altitude Solar-Powered Platform) ของ DARPA ซึ่งเน้นการส่งพลังงานจากพื้นดินไปยังอากาศยานในชั้นบรรยากาศสูง เพื่อให้สามารถลอยตัวและทำภารกิจได้ต่อเนื่องหลายวันโดยไม่ต้องลงจอด

            นอกจากนี้ยังมีการร่วมมือกับบริษัท PowerLight Technologies (เดิมคือ LaserMotive) ซึ่งได้แสดงสาธิตการส่งพลังงานด้วยเลเซอร์ให้โดรนสามารถบินได้ต่อเนื่องมากกว่า 48 ชั่วโมง

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังมีข้อท้าทายที่ต้องแก้ไขหลายประการ เช่น ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ยังสูญเสียมาก, การควบคุมทิศทางลำแสงที่ต้องแม่นยำสูง, ความปลอดภัยจากเลเซอร์กำลังสูง และผลกระทบจากสภาพอากาศ เช่น ฝุ่น ควัน หรือเมฆที่อาจรบกวนลำแสง

            แนวโน้มในอนาคต เทคโนโลยีการส่งพลังงานผ่านเลเซอร์อาจถูกนำไปใช้ในภารกิจต่าง ๆ เช่น การชาร์จโดรนที่บินลาดตระเวน, การส่งพลังงานจากสถานีโซลาร์บนดาวเทียมลงมายังพื้นโลก หรือแม้แต่การให้พลังงานฉุกเฉินในพื้นที่ประสบภัยพิบัติ ด้วยศักยภาพในการส่งพลังงานแบบไร้สายไปยังจุดที่เข้าถึงยากและการสนับสนุนจากหน่วยงานวิจัยชั้นนำอย่าง DARPA เทคโนโลยี Laser Power Beaming อาจกลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพลังงานโลกในอนาคตได้อย่างแน่นอน

ข้อมูลทางเทคนิคของการส่งพลังงานด้วยเลเซอร์ (Laser Power Beaming)

1. กำลังไฟฟ้าที่สามารถส่งได้

ระบบส่งพลังงานด้วยเลเซอร์ในระดับที่สามารถใช้งานได้จริง ณ เวลานี้ อยู่ในช่วงกำลังตั้งแต่หลักสิบวัตต์ ไปจนถึงหลักหลายกิโลวัตต์ (kW) ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของภารกิจ

• PowerLight Technologies: เคยสาธิตการส่งพลังงานที่ระดับ 400 วัตต์ ไปยังโดรนขนาดเล็กในห้องทดลอง
• ในปี 2021 บริษัทฯ รายงานว่าสามารถส่งพลังงานระดับ 1 กิโลวัตต์ ได้อย่างเสถียรในระยะไกล
• DARPA SHARP Project: เป้าหมายในระยะยาวคือสามารถส่งพลังงานระดับ หลายกิโลวัตต์ (5-10 kW ขึ้นไป) ไปยังบอลลูนหรือ UAV ในชั้นบรรยากาศสูง

สำหรับการใช้งานในวงกว้าง เช่น ดาวเทียมส่งพลังงานมายังโลก อาจต้องการกำลังหลายร้อยถึงพันกิโลวัตต์ ซึ่งยังอยู่ในระยะของการวิจัยเชิงลึก

2. ระยะทางที่สามารถส่งได้

ระยะทางของการส่งพลังงานผ่านลำแสงเลเซอร์ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม อุปกรณ์เล็งเป้า และพลังงานเริ่มต้น

• ในการทดลองภาคพื้นดิน เลเซอร์สามารถส่งพลังงานได้ไกลถึง 1-5 กิโลเมตร อย่างมีประสิทธิภาพ
• PowerLight เคยสาธิตการยิงเลเซอร์ในระยะ 1 กิโลเมตร สู่โดรนกลางอากาศ พร้อมระบบติดตามอัตโนมัติ
• ในแนวคิดการส่งพลังงานจากอวกาศ เช่น จากดาวเทียมโซลาร์เซลล์ที่โคจรใน Low Earth Orbit (LEO) ลงสู่พื้นโลก จะต้องยิงเลเซอร์ผ่านระยะทางมากกว่า 500-1,000 กิโลเมตร ซึ่งต้องใช้เลเซอร์กำลังสูงและเทคโนโลยีโฟกัสขั้นสูง

3. ประสิทธิภาพของระบบ

การส่งพลังงานด้วยเลเซอร์มีการสูญเสียในหลายขั้นตอน เช่น การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นเลเซอร์, การกระจายของลำแสงระหว่างทาง และการแปลงแสงกลับมาเป็นไฟฟ้า

• เลเซอร์ไดโอดที่ทันสมัยสามารถแปลงไฟฟ้าเป็นแสงได้ที่ประสิทธิภาพประมาณ 50–60%
• แผงรับพลังงาน (PV cells) แบบ GaAs หรือ InGaAs มีประสิทธิภาพแปลงแสงกลับมาเป็นไฟฟ้าได้ที่ 40–50%
• เมื่อรวมทุกขั้นตอนแล้ว ระบบส่งพลังงานด้วยเลเซอร์มีประสิทธิภาพรวมประมาณ 20–30% ในสภาพแวดล้อมเปิด

4. ความปลอดภัย

เลเซอร์ที่ใช้ในระบบนี้มักอยู่ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด (เช่น 808nm หรือ 1550nm) เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายต่อสายตา แต่หากใช้พลังงานระดับกิโลวัตต์ ความปลอดภัยยังเป็นประเด็นสำคัญ

• จำเป็นต้องมีระบบเซ็นเซอร์เพื่อตรวจจับการบุกรุกของวัตถุหรือบุคคลเข้าสู่เส้นทางลำแสง
• เทคโนโลยี "beam shut-off" แบบเรียลไทม์กำลังถูกพัฒนาเพื่อป้องกันอุบัติเหตุ

สรุป

เทคโนโลยี Laser Power Beaming กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยในปัจจุบันสามารถส่งพลังงานได้ระดับ 1–10 กิโลวัตต์ ในระยะ 1–5 กิโลเมตร อย่างแม่นยำและปลอดภัย สำหรับอนาคตอันใกล้ เทคโนโลยีนี้อาจกลายเป็นรากฐานสำคัญของระบบพลังงานแบบไร้สาย โดยเฉพาะในการใช้งานทางทหาร อวกาศ และภัยพิบัติ