(14) Обзор энергетических технологий для необитаемых подводных аппаратов

4.4. Технология сбора энергии окружающей среды

Технология сбора энергии окружающей среды направлена на использование тепловой, световой и механической энергии океана для осуществления парадигмального сдвига от «переносимой энергии» к «пополнению in situ». Хотя теоретически она обеспечивает бесконечную автономность, прерывистость энерговыделения и чрезвычайно низкая удельная мощность ограничивают её возможность использования в качестве основного источника движения [16,38].

Тепловые двигатели плавучести на основе фазопереходных материалов могут извлекать энергию из перепадов температур (около 24,2 кДж за цикл), однако строгие модели энергетического баланса выявляют жёсткие критические условия: глубина погружения должна превышать 900 м, а скорость должна строго контролироваться [39,40,41]. Это означает, что для сбора энергии аппарат должен быть привязан к определённым медленным глубоководным профилям, теряя тем самым способность выполнять быстрые манёвренные миссии [42,43,44].

Для сбора солнечной энергии ранние конструкции типа «летающее крыло» увеличивали площадь приёма света, но серьёзно ухудшали гидродинамическую форму, увеличивая сопротивление движению [45].

Развитие гибкой электроники предлагает смягчающее решение этого противоречия; гибкие аморфные кремниевые элементы, способные к конформной интеграции с обтекаемыми прочными корпусами и обладающие лучшей спектральной характеристикой под водой, стали новым направлением развития [46]. Однако, ограниченные пространственно-временной случайностью солнечного света и волн, такие технологии больше подходят в качестве вспомогательных источников энергии для распределённых сенсорных сетей или источников питания «подводных стыковочных станций», а не как основное питание для АНПА.

Технология сбора энергии окружающей среды - это не просто дополнение к энергии, но и инновация в режимах эксплуатации. Её преимущество заключается в теоретической «бесконечной автономности» и возможности пополнения in situ, полностью освобождая от поддержки материнского судна. Однако, ограниченные пространственно-временной неоднородностью морской среды, её узкие места заключаются в прерывистости энерговыделения и чрезвычайно низкой удельной мощности (обычно только ваттного уровня), а длительное развёртывание сталкивается с серьёзными проблемами биообрастания.

Будущее направление развития - не замена основного источника питания, а роль самоподдерживающегося источника энергии для распределённых сенсорных сетей или подводных базовых станций резидента, который способен обеспечивать долгосрочное электроснабжение маломощных узлов за счёт взаимодополнения различных видов энергии (например, ОТЭС + солнечная) [17,47]. (..)