Het was de tweede dag van een drie dagen durende technische demonstratie in het David Taylor Model Basin in het Naval Surface Warfare Center in Bethesda, Maryland, waar aanwezigen zich hadden verzameld om in het donker te staan ​​kijken naar iets dat ze meestal niet konden zien.

Het was een lange afstand, free-space power beaming-systeem - de eerste in zijn soort. De aanwezigen die dag, 23 mei kon het systeem zelf zien - de twee 13 meter hoge torens, één een laserzender van twee kilowatt, de andere een ontvanger van speciaal ontworpen fotovoltaïsche cellen. Maar het belangrijkste deel, de laser die 400 watt vermogen uitstraalde over 325 meter, van de zender naar de ontvanger, met het blote oog onzichtbaar was.

Aan het ene uiteinde van de testfaciliteit - een van de grootste testfaciliteiten voor modelschepen ter wereld - zette de ontvanger de laserenergie om in gelijkstroom, die een omvormer in wisselstroom veranderde om lichten te laten werken, meerdere laptops, en een koffiezetapparaat dat de organisatoren gebruikten om koffie te zetten voor de aanwezigen, of "laser lattes."

Zoals meer dan één persoon daar had opgemerkt, het was niet bepaald een opwindende scène. Maar wanneer je honderden watts aan vermogen uitzendt met een laserstraal, is "spannend" niet waar je naar streeft. Je wilt dat het stil is, saai en, het belangrijkste, veilig. En zo was het.

"Power stralend, het concept, bestaat al tientallen jaren en er zijn laboratoriumdemonstraties geweest, maar dit is echt een primeur en een nieuwe technologie die wordt ingezet, " legde Tom Nugent uit, Chief Technology Officer van PowerLight Technologies, de hardwareleverancier voor het Power Transmitted Over Laser (PTROL)-project.

Het hoogtepunt van de tweede fase van het PTROL-project, de demonstratie was twee jaar in de maak voor PowerLight en Paul Jaffe, een elektronica-ingenieur bij het US Naval Research Laboratory. Tijdens een briefing die aan de demo voorafging, Jaffe had de demonstratie van die dag beschreven als historisch.

Vroege demonstraties van krachtstralen vonden plaats in 1975, de eerste in Waltham, Massachusetts in de laboratoria van Raytheon, en de tweede in het Goldstone Station van het NASA Deep Space Network in Californië. Dat waren de twee belangrijkste demonstraties in de geschiedenis, Jaffe vertelde zijn publiek.

"De derde die je over een paar minuten gaat zien, " hij zei.

Bij NRL, Jaffe doet al meer dan tien jaar ruimtegebaseerd onderzoek naar zonne-energie, gedeeltelijk gericht op het overbrengen van zonne-energie van de ruimte naar de aarde. Een van de grootste uitdagingen waarmee hij en anderen die aan het probleem werkten, werden geconfronteerd, zijn de enorme afmetingen die nodig zijn voor de zender en de ontvanger.

"Radiogolven hebben een vrij lange golflengte en om ze effectief te kunnen sturen... heb je een hele grote antenne nodig, ' legde hij uit. 'Maar naarmate de golflengte korter wordt, zoals bij infrarood licht, dat is wat we hier vandaag gebruiken, de zender en ontvanger kunnen veel zijn, veel kleiner."

De fotovoltaïsche energie van de ontvanger is vergelijkbaar met die van een typisch zonnepaneel, Jaffe zei, hoewel ze zijn ontworpen om gevoelig te zijn voor de enkele lichtkleur van de laser, in plaats van het brede spectrum van zonlicht. Ze zetten die specifieke golflengte om met een veel grotere efficiëntie dan een gewone fotovoltaïsche zonne-energie.

Staande naast een monitor met een live feed van een dure, zeer gespecialiseerde camera die de onzichtbare laserstraal vastlegde als een paars licht dat over de donkere uitgestrektheid van het bassin schoot, Jaffe noemde het power beaming-systeem een ​​opmerkelijke nieuwe mogelijkheid. Hij zei dat het allerlei verbazingwekkende mogelijkheden zou kunnen ontsluiten voor het ministerie van Defensie en de particuliere sector.

Stel je voor dat je het gebruikt om stroom te sturen naar afgelegen locaties, moeilijk bereikbare of ontbrekende infrastructuur, hij stelde voor. Een andere mogelijke toepassing van de technologie is het aandrijven van elektrische onbemande luchtvaartuigen (UAV's), wiens vliegtijd momenteel ernstig wordt beperkt door de levensduur van de batterij aan boord. De derde fase van het PTROL-project omvat het gebruik van power beaming om stroom naar een vliegende UAV te sturen.

"Als je een elektrische drone hebt die meer dan een uur kan vliegen, het gaat je aardig goed, Jaffe zei. "Als we een manier hadden om die drones en UAV's voor onbepaalde tijd te laten vliegen, dat zou zeer verstrekkende gevolgen hebben. Met powerstralen, we hebben een pad om dat te kunnen doen."

Ook aanwezig bij de demonstratie was Eric Follstad met Transformation and Concept Development bij U.S. Central Command. Hij vergeleek de voorgestelde UAV power beaming-capaciteit met het bijtanken in de lucht voor bemande vliegtuigen.

"Ik denk dat dit slechts een logische uitbreiding is van [dat] concept, "Zei Follstad. "Nu kunnen we een aantal van deze elektrische platforms waarmee we hebben gevlogen van grond tot lucht opladen."

Volgens Jaffe, power beaming zou ook de overdracht van energie van zonne-energie-verzamelende satellieten in de ruimte naar de grond mogelijk kunnen maken, waar het nodig is - of dat nu een vooruitstrevende uitvalsbasis is, een ontwikkelingsland, of een vluchtelingenkamp. (De stroom voor de demonstratie die dag kwam uit een stopcontact in het gebouw.)

"Als we het grenzeloze zonlicht in de ruimte konden vastleggen, waar het helderder is dan waar dan ook op aarde, [we zouden] het kunnen sturen naar plaatsen waar het tegenwoordig moeilijk en duur is om energie te krijgen, "zei hij. "Als we dat op een effectieve manier kunnen doen en voor energie kunnen doen wat GPS voor navigatie heeft gedaan, het zou echt revolutionair zijn."

Het meest opvallende aspect van de demonstratie, volgens Jaffe en Nugent waren echter de geïntegreerde veiligheidssystemen van de technologie. Niemand in de testfaciliteit droeg die dag een laserveiligheidsbril of een ander soort veiligheidsuitrusting, inclusief het personeel dat het systeem bedient. Om dat in perspectief te plaatsen, een typische laser van slechts 1/2 watt vereist een veiligheidsbril.

Bijna alle demonstraties van krachtstralen in het verleden hebben op zijn minst het risico van blootstelling aan gevaarlijke vermogensdichtheden met zich meegebracht, of het nu optische of radio- of microgolffrequenties zijn. De veiligheid van dit nieuwe systeem is gevalideerd door het Lead Naval Technical Laboratory for Laser Safety (LNTL-LS).

"Bij deze, de veiligheidssystemen maken het in feite onmogelijk dat iemand wordt blootgesteld aan gevaarlijke energieniveaus, ' zei Jaffe.

Een van de uitdagingen waarmee de ontwerpers te maken hebben gehad, zijn de effecten van sneeuw, regen en andere weersverschijnselen die de laserstraal verstoren. Maar de ontwerpers hebben ook veel nagedacht over het vooruitzicht van mensen of dieren die door de straal gaan en per ongeluk een "gezicht vol laser, " zoals Nugent het uitdrukte.

Om dergelijke ongelukken te voorkomen, het veiligheidssysteem is ontworpen om objecten te detecteren voordat ze de laserstraal bereiken, en zet het uit.

Bij de lange hoorn stond TJ Sayles, een senior technologieontwikkelaar die de productontwikkelingsinspanningen voor PowerLight Technologies leidt. Hij hield een lange stok vast, aan het uiteinde was een kartonnen schijf met een diameter van 15 millimeter bevestigd waarvan de ene kant wit was geverfd en de andere zwart was geverfd. Sayles noemde de schijf een 'vreemd object-analoog'.

Om het veiligheidssysteem voor de menigte te demonstreren, Sayles zou het uitschakelen door met de schijf voor de fotovoltaïsche cellen van de ontvanger te zwaaien. Elke keer dat hij dat deed, de laserstraal zou afsnijden, een feit dat aanwezigen konden bevestigen door de infrarood live-feed op de nabijgelegen monitor te bekijken.

"We detecteren vreemde voorwerpen als ze de straal naderen, en we schakelen de straal uit voordat ze erin kunnen, en we controleren of het pad van de straal vrij is voordat we hem weer aanzetten, " legde Sayles uit. "De routine voor automatisch herstarten duurt een paar seconden."

In de toekomst, PowerLight is van plan om het wattage dat de laserstraal kan uitzenden te verhogen, vergroot de afstand die het systeem kan verzenden, en de algehele efficiëntie van het systeem te verbeteren. Nugent zei dat hij wil dat het bedienen ervan zo simpel is als het omdraaien van een lichtschakelaar of het aansluiten van een verlengsnoer.

"Je hoeft geen paar dagen training te volgen om een ​​verlengsnoer aan te sluiten, ' zei Nugent. 'Dit is een draadloos verlengsnoer. Je hoeft dus geen hele opleiding te volgen om hem te bedienen."

Het systeem heeft steun en goedkeuringen gekregen van de marine, mariniers, Leger en Luchtmacht. Naar verwachting zal het in de nabije toekomst klaar zijn om de overstap naar het Ministerie van Defensie en commercieel gebruik te maken.