Era il secondo giorno di una dimostrazione tecnologica di tre giorni al David Taylor Model Basin presso il Naval Surface Warfare Center di Bethesda, Maryland, dove i partecipanti si erano riuniti per stare in piedi al buio a guardare qualcosa che per lo più non potevano vedere.

Era un lungo raggio, sistema di trasmissione di energia nello spazio libero, il primo del suo genere. I partecipanti quel giorno, 23 maggio poteva vedere il sistema stesso:le due torri alte 13 piedi, un trasmettitore laser da due kilowatt, l'altro un ricevitore di fotovoltaico appositamente progettato. Ma la parte importante, il laser che irradiava 400 watt di potenza su 325 metri, dal trasmettitore al ricevitore, era invisibile ad occhio nudo.

A un'estremità della struttura di prova, una delle più grandi strutture di prova per modellini di navi nel mondo, il ricevitore stava convertendo l'energia laser in corrente continua, che un inverter stava trasformando in corrente alternata per far funzionare le luci, diversi computer portatili, e una caffettiera che gli organizzatori stavano usando per preparare il caffè per i partecipanti, o "latte laser".

Come più di una persona aveva notato, non era esattamente una scena eccitante. Ma quando stai trasmettendo centinaia di watt di potenza con un raggio laser "eccitante" non è ciò a cui stai mirando. lo vuoi tranquillo, noioso e, più importante, sicuro. E così è stato.

"Potere raggiante, il concetto, esiste da decenni e ci sono state dimostrazioni di laboratorio, ma questa è davvero una prima e una nuova tecnologia che viene messa in campo, " ha spiegato Tom Nugent, chief technology officer di PowerLight Technologies, il fornitore di hardware per il progetto Power Transmitted Over Laser (PTROL).

Il culmine della seconda fase del progetto PTOL, la dimostrazione è durata due anni per PowerLight e Paul Jaffe, un ingegnere elettronico con il Naval Research Laboratory degli Stati Uniti. Durante un briefing che ha preceduto la demo, Jaffe aveva descritto la manifestazione di quel giorno come storica.

Le prime dimostrazioni di raggi di potenza ebbero luogo nel 1975, il primo a Waltham, Massachusetts nei laboratori di Raytheon, e il secondo alla Goldstone Station della Nasa Deep Space Network in California. Quelle furono le due più importanti manifestazioni di questo tipo nella storia, Jaffe ha detto al suo pubblico.

"Il terzo che vedrai tra pochi minuti, " Egli ha detto.

A NRL, Jaffe conduce ricerche sull'energia solare nello spazio da oltre un decennio, concentrandosi in parte sulla trasmissione dell'energia solare dallo spazio alla Terra. Una delle maggiori sfide che lui e altri che hanno lavorato al problema hanno dovuto affrontare sono le enormi dimensioni richieste per il trasmettitore e il ricevitore.

"Le onde radio hanno una lunghezza d'onda abbastanza lunga e per dirigerle efficacemente... è necessaria un'antenna davvero grande, " ha spiegato. "Ma come la lunghezza d'onda si accorcia, come per la luce infrarossa, che è quello che usiamo qui oggi, il trasmettitore e il ricevitore possono essere molto, più piccolo."

I fotovoltaici del ricevitore sono simili a quelli di un tipico pannello solare, Jaffe ha detto, sebbene siano progettati per essere sensibili al singolo colore della luce del laser, piuttosto che l'ampio spettro della luce solare. Convertono quella particolare lunghezza d'onda con un'efficienza molto maggiore di quella che farebbe un normale solare fotovoltaico.

In piedi accanto a un monitor che mostra un feed in diretta da un costoso, fotocamera altamente specializzata che ha catturato il raggio laser invisibile come una luce viola che spara attraverso la distesa oscura del bacino, Jaffe ha definito il sistema di trasmissione di potenza una nuova straordinaria capacità. Ha detto che potrebbe sbloccare tutti i tipi di incredibili possibilità per il Dipartimento della Difesa e il settore privato.

Immagina di usarlo per inviare energia a posizioni remote, difficili da raggiungere o prive di infrastrutture, Lui suggerì. Un'altra potenziale applicazione della tecnologia sarebbe l'alimentazione di veicoli aerei senza pilota elettrici (UAV), il cui tempo di volo è attualmente fortemente limitato dalla durata della batteria a bordo. La terza fase del progetto PTROL comporterà l'utilizzo di raggi di potenza per inviare energia a un UAV volante.

"Se hai un drone elettrico che può volare più di un'ora, stai andando abbastanza bene, " disse Jaffe. "Se avessimo un modo per mantenere quei droni e UAV in volo a tempo indeterminato, che avrebbe implicazioni davvero di vasta portata. Con il raggio di potenza, abbiamo un percorso per essere in grado di farlo."

Alla dimostrazione era presente anche Eric Follstad con Transformation and Concept Development presso il Comando Centrale degli Stati Uniti. Ha confrontato la capacità di trasmissione di potenza UAV proposta con il rifornimento aria-aria per gli aerei con equipaggio.

"Penso che questa sia solo un'estensione logica di [quel] concetto, " ha detto Follstad. "Ora possiamo fare la ricarica terra-aria di alcune di queste piattaforme elettriche che abbiamo volato".

Secondo Jaffe, la trasmissione di energia potrebbe anche rendere possibile la trasmissione di energia da satelliti che raccolgono energia solare nello spazio a terra, ovunque sia necessario, che si tratti di una base operativa avanzata, un paese in via di sviluppo, o un campo profughi. (Il potere per la dimostrazione quel giorno proveniva da una presa elettrica nell'edificio.)

"Se potessimo catturare la luce solare sconfinata nello spazio, dove è più luminoso che ovunque sulla Terra, [potremmo] inviarlo in luoghi in cui oggi è difficile e costoso portare energia, " ha detto. "Se possiamo farlo in modo efficace e fare per l'energia ciò che il GPS ha fatto per la navigazione, sarebbe davvero rivoluzionario."

L'aspetto più notevole della manifestazione, tuttavia, secondo Jaffe e Nugent, erano i sistemi di sicurezza integrati della tecnologia. Nessuno nella struttura di prova quel giorno indossava occhiali di sicurezza laser o qualsiasi altro tipo di equipaggiamento di sicurezza, compreso il personale che gestisce il sistema. Per metterlo in prospettiva, un tipico laser di appena 1/2 watt richiede occhiali protettivi.

Quasi tutte le dimostrazioni di raggi di potenza in passato hanno comportato almeno il rischio di esposizione a densità di potenza pericolose, se frequenze ottiche o radio o microonde. La sicurezza di questo nuovo sistema è stata convalidata dal Lead Naval Technical Laboratory for Laser Safety (LNTL-LS).

"In questo, i sistemi di sicurezza rendono effettivamente impossibile per chiunque essere esposto a livelli pericolosi di energia, " disse Jaffe.

Tra le sfide che i progettisti hanno dovuto affrontare ci sono gli effetti della neve, pioggia e altri fenomeni atmosferici che interferiscono con il raggio laser. Ma i progettisti hanno anche riflettuto molto sulla prospettiva di esseri umani o animali che attraversano il raggio e ottengono inavvertitamente una "faccia piena di laser, ", come ha detto Nugent.

Per prevenire tali incidenti, il sistema di sicurezza è progettato per rilevare gli oggetti prima che raggiungano il raggio laser, e spegnilo.

In piedi accanto all'alto ricevitore c'era TJ Sayles, uno sviluppatore tecnologico senior che guida gli sforzi di sviluppo del prodotto per PowerLight Technologies. Aveva in mano una lunga canna, all'estremità del quale è stato apposto un disco di cartone del diametro di 15 millimetri con un lato dipinto di bianco e l'altro verniciato di nero. Sayles definì il disco un "analogo oggetto estraneo".

Per dimostrare il sistema di sicurezza per la folla, Sayles lo farebbe scattare agitando il disco davanti al fotovoltaico del ricevitore. Ogni volta che lo faceva, il raggio laser si interromperebbe, un fatto che i partecipanti hanno potuto confermare guardando il feed live a infrarossi sul monitor vicino.

"Stiamo rilevando oggetti estranei mentre si avvicinano al raggio, e stiamo spegnendo il raggio prima che possano entrarci, e stiamo controllando che il percorso del raggio sia libero prima di riaccenderlo, "Spiega Sayles. "La routine di riavvio automatico richiede alcuni secondi."

Nel futuro, PowerLight intende aumentare la potenza che il raggio laser può trasmettere, aumentare la distanza che il sistema può inviarlo, e migliorare l'efficienza complessiva del sistema. Nugent ha detto che vuole che il processo di funzionamento sia semplice come accendere un interruttore della luce o collegare una prolunga.

"Non è necessario passare un paio di giorni di allenamento per collegare una prolunga, " Nugent ha detto. "Questo è un cavo di prolunga wireless. Quindi non dovresti aver bisogno di un sacco di allenamento per farlo funzionare."

Il sistema ha ricevuto supporto e approvazioni dalla Marina Militare, Marines, Esercito e Aeronautica. Dovrebbe essere pronto per la transizione al Dipartimento della Difesa e per l'uso commerciale nel prossimo futuro.