Energia por laser no céu: a nova aposta da agência norte-americana para alimentar forças em movimento

Isto já não pertence apenas ao domínio da ficção científica.

A agência norte-americana de projetos de investigação avançada da defesa está a promover uma nova forma de levar eletricidade através do espaço aéreo, recorrendo a lasers de grande potência e a retransmissores aéreos. A ideia pode alterar a forma como as forças armadas deslocam energia, alimentam aeronaves não tripuladas e asseguram bases remotas, longe de colunas de abastecimento vulneráveis.

Como um laser se transforma numa linha eléctrica no céu

O projeto, apresentado como uma rede persistente de retransmissão óptica de energia sem fios, pretende criar um corredor energético invisível acima do campo de batalha. Em vez de transportar combustível em camiões-cisterna ou viaturas de abastecimento, a proposta passa por enviar potência pelo ar.

A mais recente chamada para propostas da agência, centrada na demonstração da matriz recetora de energia, foca-se numa peça crucial: o recetor. Este equipamento é colocado em terra ou numa aeronave e converte a luz do laser em eletricidade utilizável, através de células fotovoltaicas especialmente desenhadas para esse fim.

O objetivo é entregar cerca de 10 kW de potência elétrica ao longo de 200 km, com retransmissores a voar a cerca de 18 300 metros de altitude.

Na prática, uma estação terrestre aponta um laser para uma primeira aeronave, que funciona como retransmissor. Essa aeronave capta o feixe, reajusta-o e volta a enviá-lo para outro nó aéreo, repetindo-se o processo até que o feixe final chegue à matriz recetora no local onde a energia é necessária.

Porque é que as forças armadas querem energia por laser

As forças modernas dependem intensamente do combustível. Gasóleo para viaturas, querosene para aeronaves e gasolina para veículos ligeiros: as equipas de logística despendem um esforço enorme para fazer chegar esses abastecimentos à frente. E essas linhas de abastecimento continuam expostas a emboscadas, mísseis e aeronaves não tripuladas.

Ao transferirem parte do fornecimento energético para feixes de laser no céu, os comandantes poderiam reduzir o número de comboios de combustível em circulação, apoiar bases avançadas com pouca infraestrutura, manter aeronaves não tripuladas e aeronaves ligeiras operacionais longe dos aeródromos habituais e acrescentar redundância às redes elétricas em zonas contestadas.

Dez quilowatts não bastam para mover um carro de combate principal, mas são suficientes para unidades de radar, centros de comunicações, torres de sensores, equipamento de guerra eletrónica ou para recarregar enxames de aeronaves não tripuladas e baterias.

Num cenário operacional real, a grande vantagem não estará apenas na potência entregue, mas também na flexibilidade. Se uma unidade mudar de posição ou se uma linha terrestre ficar indisponível, a energia pode ser redirecionada sem ser necessário reconstruir infraestruturas pesadas no terreno. Isso abre espaço para bases mais leves e mais móveis, algo especialmente útil em operações dispersas.

De 50 kW emitidos a 10 kW recebidos

A transmissão de energia por laser não é uma solução sem perdas. Parte da energia desaparece no caminho. Alguns fotões dispersam-se na atmosfera, outros falham o alvo e outros ainda transformam-se em calor, em vez de eletricidade, no recetor.

As primeiras estimativas indicam que, para obter 10 kW no destino, o emissor poderá ter de gerar cerca de 50 kW ou mais, consoante a distância, o comprimento de onda e as condições atmosféricas. Essa diferença resulta de todas as fases em que a eficiência diminui: geração do laser, modelação do feixe, perdas no ar e conversão final de volta para corrente contínua.

Enviar potência por feixe é menos uma questão de eficiência perfeita e mais uma questão de vantagem estratégica: levar eletricidade para onde cabos e camiões não conseguem chegar em segurança.

Os retransmissores aéreos ajudam a reduzir parte dessas perdas. Ao serem colocados a 18 300 metros, acima da maior parte das nuvens e do pó, o sistema evita uma grande fatia da atmosfera inferior turbulenta, onde a dispersão é mais intensa.

Porque usar aeronaves como retransmissores de energia?

A camada de retransmissão é o núcleo do conceito. Em vez de um único feixe gigantesco a percorrer centenas de quilómetros, a agência quer uma cadeia de saltos mais curtos entre plataformas voadoras.

Cada aeronave retransmissora ou drone de elevada autonomia teria de receber um feixe vindo de baixo ou de outro retransmissor, focar e condicionar o feixe com óptica adaptativa, reenviar um feixe limpo e bem direcionado para o nó seguinte, e monitorizar o alinhamento e a segurança em tempo real.

Com três nós aéreos, como descreve o esquema do programa, cria-se uma malha sobre uma área ampla. Se um percurso ficar bloqueado pelo estado do tempo ou por uma limitação operacional, outro pode assumir a função. As mesmas aeronaves podem ainda transportar sensores ou equipamento de comunicações, transformando-se em meios polivalentes.

A sincronização entre plataformas será decisiva. Pequenas alterações de atitude, vibração ou turbulência podem degradar o feixe, pelo que os sistemas de seguimento terão de corrigir o alinhamento de forma contínua. Na prática, isto significa que cada nó aéreo terá de funcionar menos como um simples veículo e mais como parte de um circuito de precisão em movimento.

Principais desafios da energia por feixe

A energia por feixe existe há décadas em experiências de laboratório, mas levá-la para um ambiente militar real traz uma série de problemas técnicos.

Desafio	O que significa na prática
Perdas atmosféricas	Nevoeiro, pó e humidade dispersam ou absorvem partes do feixe, reduzindo a potência e a estabilidade.
Precisão de apontamento	Os sistemas têm de manter um feixe estreito fixado num recetor em movimento, ao longo de dezenas ou centenas de quilómetros.
Gestão térmica	Os lasers e os recetores geram calor e precisam de arrefecimento robusto sem infraestrutura volumosa.
Segurança e descoordenação	Os feixes têm de evitar aeronaves, satélites e alvos terrestres não intencionais.
Eficiência de conversão	As células fotovoltaicas especiais têm de transformar o máximo possível da luz em eletricidade.

A demonstração da matriz recetora concentra-se precisamente numa destas peças. O recetor precisa de uma superfície ativa ampla, ajustada ao comprimento de onda do laser, e de robustez suficiente para funcionar num campo de batalha ou na fuselagem de uma aeronave.

O recetor tem de comportar-se como um painel solar com esteroides: afinado para uma única cor de luz e capaz de suportar intensidades muito mais elevadas.

Segurança, apontamento e questões legais

Os lasers de alta energia levantam questões óbvias. Um feixe desalinhado pode danificar sensores ópticos ou atingir aeronaves se algo atravessar o seu trajeto. Mesmo sem intenção ofensiva, uma ligação de potência por laser interage com céus congestionados e com um número crescente de satélites.

Os operadores poderão precisar de:

• procedimentos de coordenação do espaço aéreo semelhantes aos usados em testes de mísseis
• cortes automáticos do feixe quando surgirem obstáculos no percurso
• zonas de exclusão para que os feixes nunca passem sobre áreas habitadas
• regras de empenhamento específicas para sistemas de transmissão de energia por feixe

As autoridades da aviação civil e as agências espaciais provavelmente também terão de intervir quando estes sistemas saírem dos ensaios classificados e passarem para uma utilização mais ampla, mesmo que ainda fora do contexto militar.

Da tecnologia de combate aos derivados civis

Embora o objetivo imediato seja militar, a tecnologia subjacente pode acabar por influenciar os sistemas energéticos civis. Estações científicas remotas, zonas de catástrofe e plataformas marítimas enfrentam problemas semelhantes: escassez de energia, logística complicada e cadeias de abastecimento frágeis.

Se o custo dos lasers de grande potência descer e os recetores se tornarem mais eficientes, um operador comercial pode imaginar o envio de dezenas de quilowatts para hospitais de emergência temporários isolados por cheias ou sismos, microrredes em ilhas onde instalar cabos submarinos é demasiado caro e centros autónomos de aeronaves não tripuladas que recarreguem aparelhos sem pistas ligadas à rede.

O mesmo conceito também se encaixa nas ambições de longo prazo da energia solar espacial, em que satélites recolhem luz solar e a enviam para a Terra. O trabalho da agência não se dirige diretamente a esse cenário, mas muitos dos desafios são comuns: controlo do feixe, recetores de alta eficiência e estruturas de segurança.

Energia por laser como parte da futura combinação energética

A energia por laser não vai substituir oleodutos, baterias ou redes elétricas tradicionais. Ela soma-se a um conjunto mais vasto de soluções. As baterias melhoram todos os anos, mas continuam a limitar a autonomia das aeronaves não tripuladas e dos veículos elétricos. O hidrogénio continua a levantar dificuldades de armazenamento e segurança. Os cabos permanecem vulneráveis em zonas hostis, sobretudo no mar.

Nesse enquadramento, uma ligação de potência flexível e sob pedido no céu pode funcionar como reserva. Pode complementar as renováveis em microrredes, alimentar estações remotas de radar quando o solar não chega ou manter redes críticas operacionais quando as linhas físicas são cortadas.

Esta mudança também obriga a pensar o risco de forma diferente. Qualquer dependência de uma cadeia de aeronaves e lasers de alta tecnologia cria as suas próprias fragilidades: bloqueio eletrónico, ataques informáticos aos sistemas de controlo ou impactos físicos nos retransmissores. Os planeadores militares terão de pesar esses riscos face à exposição atual dos comboios de combustível e das linhas fixas de energia.

Para os engenheiros, os próximos anos podem parecer uma simulação gigantesca a ganhar vida: mapear por onde os feixes passam, quanta potência chega, o que acontece quando o tempo muda ou quando uma aeronave altera a rota. Cada cenário acrescenta dados e cada teste ajuda a definir até onde a energia por feixe pode ir, para lá da meta inicial de 10 kW a 200 km.