文/纸不语
近期，美国PowerLight技术企业对外公布，其全新研发的无人机激光无线供电装置已完成全部研发与测试工作。该装置可在无人机飞行过程中通过激光束实现电能补充，此项技术攻关隶属于美军旨在拓展无人机滞空时长的专项计划。
从早期聚焦电池容量提升，到现阶段探索空中动态补能模式，续航能力不足始终是限制无人机应用场景拓展的核心瓶颈。当前，消费级无人机单次飞行时长普遍为20至40分钟，工业级机型续航时长多在1至2小时，难以满足电力巡检、物流投送、生态监测等场景的长时作业需求。
为攻克这一核心问题，该公司科研团队与企业持续开展技术研发，推动续航技术形成了从机身储能革新、地面补给升级到空中无线续能的演进路径，多技术协同发展为低空经济的稳健推进提供了动力支撑。
美国PowerLight技术公司完成一种新型无线电力系统的研发和测试。图源：中国航空报
结构储能革新：碳纤维“变身”电池提升30%续航
回溯无人机续航技术发展初期，提升电池能量密度与减轻机身重量是两大核心研发方向，但这两条传统技术路径很快遭遇发展瓶颈。
当前主流无人机普遍采用航空级碳纤维复合材料，该材料密度仅为钢材的四分之一，强度可达钢材的七倍，可有效降低机身自重。但配套的独立电池系统成为制约性能提升的关键因素，以设计载重5公斤的物流无人机为例，配套电池重量占比达3公斤，同时需额外加装0.5公斤配重维持飞行平衡，形成“续航提升与载重保障的矛盾关系”。部分企业为延长5公里飞行距离，需削减1公斤货物装载量，这种性能取舍成为行业普遍面临的困境。
针对传统技术的局限性，科研团队转向“结构储能一体化”技术研发，通过使无人机机身构件兼具储能功能，从根源上破解续航与载重的矛盾。据《现代快报》报道，南京航空航天大学研发的新型碳纤维结构超级电容器，成为该技术方向的重要突破，相关研究成果已刊发于行业期刊《Advanced Materials》。
新型碳纤维结构超级电容器让无人机“机身即电池”成为可能。图源：现代快报
该团队核心创新点在于整合碳纤维电极与环氧树脂基固体电解质，让无人机机翼、机身等承重部件兼具电能存储功能。研发过程中，该团队优化电解质配比，初期曾因配料比例偏差、实验室湿度影响，导致样品储能容量下降30%。最终采用一步高温混合水热法制备关键材料，按特定比例调配电解质，在稳定温湿度环境中完成器件制作。
该新型复合材料性能表现达到预期指标。其中，还原氧化石墨烯保障电子高效传输，钒氧化物提升电能存储容量，仅通过碳纤维表面的功能涂层，即可实现储能容量的数倍增长。这一材料具备三大核心特性：一是耐压性，当承受无人机机翼常规应力时，储能容量保持率达80%以上，且受压状态下内部结构致密性提升，电子传输效率同步提高；二是抗损性，经刀片划割、钻头钻孔等损伤测试后，仍可正常工作且无短路故障，可保障无人机应急迫降过程中的能量供应；三是可拓展性，储能器件支持串并联组合，可根据需求灵活调整输出电压与储能容量。
模拟测试数据显示，该技术可使载重5公斤、续航20公里的无人机，在配套电池重量从3公斤降至2公斤的同时，将有效载重提升至7公斤，续航里程延长至30公里，可提升单架无人机作业效率。该团队表示，这一技术未来可拓展应用于卫星太阳能电池板支架、飞机机舱内壁等部件；若能实现零下三十多摄氏度低温环境下80%以上的性能保持率，其应用范围将进一步扩大。
地面补给网络：磁吸充电机巢支撑无人机24小时作业
结构储能技术解决了无人机自身储能的核心问题，但在长时、大范围作业场景中，仍需外部补给保障持续运行。人工频繁更换电池不仅增加运营成本，还降低作业效率，制约无人机自动化水平提升。
在此背景下，以无人机机巢为核心的地面自动化补给系统逐步发展，通过自主起降、自动充电等技术，构建起自动化能量补给网络，成为破解续航瓶颈的重要技术支撑。
目前主流的无人机机巢主要分为两类：一类是由巡检车辆改装而成的移动式机巢，另一类是固定安装在杆塔顶部的固定式机巢。其中移动式机巢技术相对成熟，已在全国多个地区试点运行；固定式机巢则聚焦线路巡检等特定场景，正在持续突破技术难关。
无人机按照设定航线执行巡检任务。图源：长江日报
行业巡检长期面临依赖专业飞手、人工整理数据工作量大、突发情况响应滞后等痛点，地面机巢又存在覆盖范围有限的问题。为此，固定式机巢形成“机巢上塔”的研发方向，依托输电铁塔沿线分布特性，实现全线无人机自主巡视。
该方向集成多项技术创新：充电方案上，摒弃高精度、高成本的机械臂换电模式，采用磁吸接触充电，通过带弹簧的停机坪引导无人机滑入对接，30分钟即可完成充电，大幅简化流程；结构设计上，采用CD碟片式停机坪，安装于铁塔内部，使用时侧开、闲置时收回，规避撞塔风险与重心不稳问题；功能上集成数据基站，支持远程操控，无人机可自主完成巡视、返航充电、数据回传与隐患告警。
2022年底，武汉易巡科技有限公司研发的“智巡魔方”机巢在南方电网超高压柳州局500千伏沙柳线投入应用，成为国内首条实现无人机自主巡视的超高压输电线路。该机型已在福建、海南、河南、广西等多地电网巡线场景落地。
地面补给技术已在多领域落地应用。宇称时空推出的无人机专用自动充电设备，是集精准引导、高效电能传输、智能运维管理于一体的系统。无人机通过视觉导航或RTK技术实现自主降落，系统搭载的定位补偿技术可兼容厘米级降落偏差，保障与充电模块的精准对接。
依托磁共振耦合技术，该设备电能传输效率最高可达90%以上，与有线充电速度相当，且无外露金属触点，可规避雨淋、沙尘、金属氧化引发的短路及接触不良问题。该设备防护等级达IP67级，可在农田湿地、冰雪天气、盐雾腐蚀等复杂环境中稳定运行，支撑无人机7×24小时不间断作业。该技术应用场景广泛，电力巡检领域沿线布设充电桩可大幅压缩巡检周期，智慧农业领域能实现植保无人机“短时充电、长时作业”循环，安防巡逻领域可保障无人机低电量自动返航充电、持续值守。
据Research Nester统计，2025年全球无人机充电设施市场规模突破5.25亿美元，预计2035年将攀升至10.3亿美元以上，2026至2035年期间年复合增长率保持在7%以上。中国占据全球民用无人机市场约70%的份额，作为核心制造枢纽，在充电基础设施领域的持续投入进一步拓展了市场增长空间。
空中无线补能：激光供电测试实现千米外动态续能
地面机巢补给虽然提升了无人机作业连续性，但受部署范围限制，难以适配偏远区域、长距离飞行等场景。空中无线传能技术通过模拟有人机空中加油模式，实现无人机飞行状态下动态补能，有望摆脱对传统电池与地面充电设施的依赖，激光传能、射频传能等多条技术路线正从实验室原型迈向实测验证阶段。
美国PowerLight企业研发的激光无线供电装置取得重要突破，该技术依托“激光向无人机供电”项目推进，核心是高功率激光发射设备与轻量化机载接收终端，可向数英里外无人机输送千瓦级电能。
激光无线输电技术为无人机输电示意图。图源：中国国防报
经过测试，该发射设备具备精准追踪目标、机动部署等能力，供电有效高度覆盖1500米空域，系统搭载多重防护机制，可与现役无人机操控系统兼容。其紧凑型机载接收器重约2.72千克，能将激光转化为电能，还可回传遥测数据。目前该企业正与Kraus Hamdani Aerospace公司合作，推进系统与K1000 ULE长航时无人机的集成适配，筹备2026年初全系统集成飞行测试，目标实现受控环境下无限续航。
空中无线传能技术呈现多路线并行发展态势。2025年1月，美国GuRu公司推出模块化射频无线电力传输系统，通过24GHz频段传输电力，最远传输距离9米，最优条件下可支持无人机连续悬停96小时，但存在户外环境干扰导致性能衰减的短板。
国内科研团队同样成果显著，九峰山实验室2025年3月发布自主研发的氮化镓芯片与器件，完成全球首次8英寸硅基氮极性氮化镓晶圆制备，产品功率密度较传统材料提升2至3倍、成本降低30%以上，可支持无人机20米范围内动态无线补能，同期发布的100纳米硅基氮化镓商用PDK，为下游厂商提供设计支撑。
自适应无线传能技术是重要突破方向，西安电子科技大学与东南大学联合研发的相关技术，以双频超表面与卷积神经网络为核心，实现动态终端厘米级定位与跟踪式隔空输能。该技术构建的自适应无线传能网络，可同步完成目标感知定位、波束调控与能量传输，超表面采用双频共口径设计，利用二阶谐波实现3厘米分辨率近场定位，电磁超表面可实时调整电磁波参数，支持无人机运动状态下稳定非接触充电，理论上可拓展至多目标同步供电。
空中无线传能技术已历经长期研发积累，2005年美国NASA首次实现激光传能无人机持续飞行，后续日美机构陆续开展光纤、激光传能实验。国内北理工、山东航天电子等机构的激光传能实验验证了技术可行性，最高激光-电能转换效率达48%。未来随着技术迭代，空中无线传能有望实现多目标同步供电，拓展至多机集群应用，为物流配送、农业植保等领域提供新型补给方案，推动无人机续航向无限续航方向发展。
[引用]
① 美国PowerLight技术公司宣布完成激光为无人机充电测试将开始实机飞行.中国航空报.2025-12-30.
② 激光无线输电技术——让无人机告别“续航焦虑”.中国国防报.2025-12-18.
③ 无人机机身能当电池用？南航00后科研成果登国际顶刊.现代快报.2025-11-07.
④ 告别“续航焦虑”！宇称时空无人机自动充电桩，为低空经济插上无限翅膀.宇称时空.2025-11-27.
⑤ 为无人机配备“机巢”解决续航焦虑.长江日报.2024-04-15.
⑥ “边飞边充电”，无人机咋实现？.人民日报.2025-04-12.
⑦ 新技术为隔空充电提供更多可能.科技日报.2025-01-16.
⑧ 九峰山实验室发布全新“黑科技”.湖北日报.2025-03-26.
⑨ 初创公司 GuRu 为无人机推出空中无线充电技术，9 米距离内为悬停飞行器提供 96 小时续航.IT之家.2025-01-14.