- Stratosfääri internet kasutab peaaegu 20 km kõrgusel asuvaid HAPS-platvorme, et pakkuda madala latentsusega ühendust otse tavapäraste mobiiltelefonidega.
- Sellised projektid nagu Zephyr (Aalto HAPS) ja Sceye õhulaevad püüavad Looni puudusi ületada manööverdusvõimeliste õhusõidukite ja nädalate pikkuse autonoomiaga.
- Nende lahenduste eesmärk on vähendada digitaalset lõhet äärealadel ning konkureerida kulude ja mahutavuse poolest selliste satelliitkonstellatsioonidega nagu Starlink.
Nn stratosfääri internet on lakanud olemast futuristlik kontseptsioon ja sellest on saanud üks telekommunikatsioonitööstuse kuumimaid valdkondi. Samal ajal kui maailm keskendub satelliidikonstellatsioonidele nagu Starlink ja OneWeb, teeb ettevõtete grupp jõulisi pingutusi, et tuua ühenduvus atmosfääri ülemisse kihti, kasutades õhusõidukeid ja õhulaevu, mis on võimelised hõljuma peaaegu 20 kilomeetri kõrgusel maapinnast.
Sellel uuel tehnoloogilisel lainel on väga selge eesmärk: ühendada 2.200 miljardit inimest , kellel on endiselt väga piiratud või puudub internetiühendus, kuna nad elavad maapiirkondades, kaugetel saartel või piirkondades, kus fiiberoptiliste kaablite või tugijaamade rajamine pole kulutõhus. Ja seda tehes püüab see konkureerida satelliitinternetiga, pakkudes väiksema latentsusega, paindlikumat ja paberil odavamat alternatiivi hooldamiseks.
Mis täpselt on stratosfääri internet?
Stratosfääri internetist rääkides peame silmas kõrgmäestikuplatvormide (HAPS) kasutamist , st mehitamata õhusõidukeid, päikeseenergial töötavaid droone või õhulaevu, mis lendavad stratosfääris, tavaliselt 18–21 kilomeetri kõrgusel Maa pinnast. Sellest positsioonist toimivad nad nagu taevas olevad mobiilimastid , mis katavad ulatuslikke alasid andme- ja kõnesignaalidega.
Peamine erinevus satelliitidega võrreldes on see, et need platvormid asuvad Maale palju lähemal . See võimaldab vähendada signaali viivitust (latentsust), mis on ülioluline kiiret reageerimist nõudvate rakenduste jaoks, näiteks videokõnede, võrgumängude või kriitiliste rakenduste jaoks hädaolukordades. Lisaks saavad nad signaali saata otse tavalistele mobiiltelefonidele , ilma et igas kodus oleks vaja satelliitantenne või spetsiaalseid seadmeid.
Spetsialiseeritud ajakirja MIT Technology Review andmetel on nende HAPS-ide (kõrgmäestikuplatvormide) potentsiaal tohutu, et tuua ühenduvus kaugetesse ja hõredalt asustatud piirkondadesse , kus rahvaarv on nii madal, et maapealse infrastruktuuri ehitamine pole kulutõhus. Me räägime väikesaartest, mägiküladest, kõrbealadest või metsadest, kus tornide püstitamine või fiiberoptilise kaabli paigaldamine on tõeline logistiline ja majanduslik peavalu.
Kõik see leiab aset kontekstis, kus vaatamata ligi 10 000 aktiivse Starlinki satelliidi ja umbes 650 OneWebi satelliidi olemasolule ei ole planeedi suurtes piirkondades ikka veel garanteeritud tugev leviala. Teisisõnu, globaalse satelliitinterneti potentsiaalis on endiselt märkimisväärseid lünki ja just seal püüab stratosfääri internet avaldada tugevat mõju.
Looni, Google'i õhupalliprojekti pretsedendi, puhul
Enne seda uue põlvkonna platvorme oli üks tuntumaid katsetusi Google X-i projekt Loon . See käivitati 2011. aastal ja selle idee oli luua stratosfääri kõrgmäestiku õhupallide võrgustik, mis toimiks ujuva telekommunikatsioonivõrguna. Õhupallid paigutati suurtele kõrgustele ja pidid teoreetiliselt jääma kindlate piirkondade kohale, et pakkuda internetiteenust.
Paberil kõlas see suurepäraselt, aga praktikas põrkasid nad kokku ühe füüsika põhiprobleemiga: õhupallid sõltusid täielikult tuulevooludest . Kuigi süsteem suutis muuta kõrgust, et ära kasutada eri suundadest puhuvaid tuuli, oli õhupalli pikka aega täpselt seal hoida väga raske.
See ettearvamatus tingis vajaduse tohutu õhupallide laevastiku järele, et tagada vähemalt mõne õhupalli viibimine teeninduspiirkonnas, mis suurendas kulusid. Projekti edenedes selgus, et mudel oli majanduslikult ebaotstarbekas . Pärast aastaid kestnud testimist sulges Google Looni lõpuks 2021. aastal.
Vaatamata sellele tagasilöögile ei surnud idee stratosfääri rakendamisest ühenduvuse tagamiseks. Samal ajal olid teised ettevõtted juba mõnda aega töötanud paremini juhitavate HAPS-ide (kõrgmäestikuplatvormide ) kallal, mille konstruktsioonid erinesid õhupallidest väga: manööverdatavad õhulaevad ja päikeseenergia või vesinikuga töötavad fikseeritud tiibadega droonid. Võtmeks oli luua platvorm, mis suudaks tuulest sõltumata püsida peaaegu paigal teatud punkti kohal.
Tänapäeval väidavad ettevõtted nagu Aalto HAPS või Sceye, et on lahendanud just selle nõrga koha, mis Looni uputas, kombineerides tõhusama aerodünaamika , intelligentse avioonika ja jõusüsteemid, mis on võimelised "tuulele vastu osutama", et kompenseerida tuuleiile, ja ankurdama end praktikas kindla teeninduspiirkonna kohale.
Selle uue laine projektide peamine müügiargument on nende võime püsida õhus nädalaid või isegi kuid , toimides tõeliste hõljuvate antennidena. Me ei räägi enam lihtsatest prototüüpidest: mõned platvormid on purustanud olulisi rekordeid, mis näitab, et tehnoloogia on küpsemas eas.
Üks enim kõneainet pakkuv ettevõte on Aalto HAPS , mis on Euroopa lennundusgigandi Airbusi kõrvalettevõte. Selle lipulaevprojekt on Zephyr , ülikerge päikeseenergial töötav droon, mille tiibade siruulatus on umbes 25 meetrit . See sõiduk on kogunud üha pikemaid katselende, saavutades märkimisväärse verstaposti: 67 järjestikust päeva õhus 2025. aasta aprillis, mis on HAPS-sektori rekord.
Tehnilisest küljest on Zephyr loodud stratosfääris lendama ja toimima kõrgel maapinnast rippuva mobiiltelefonimastina . Aalto HAPSi tehnoloogiadirektori Pierre-Antoine Aubourgi sõnul on idee integreerida see kommertsmobiilsideoperaatorite võrkudesse, nii et sellest saaks sisuliselt järjekordne võrgu rakk, mis hõljub peaaegu 20 kilomeetri kõrgusel.
Zephyri esimesed olulised kommertskatsetused toimuvad Lõuna-Jaapanis koostöös mobiilsideoperaatori NTT DOCOMO ja satelliitsideettevõtte Space Compassiga. Jaapani geograafia on muutnud selle ideaalseks katsepolügooniks: seal on umbes 430 asustatud saart , millest paljud on mägised, kauged ja suhteliselt väikese rahvaarvuga, mis raskendab oluliselt traditsioonilise infrastruktuuri kasutuselevõttu.
Nendes Jaapani katsetustes edastab Zephyr kiiret 5G-ühendust otse tavalistele nutitelefonidele, ilma et kasutajalt oleks vaja spetsiaalset installimist. Sagedus ja viis, kuidas see võrku integreeritakse, muudavad ülemineku maapealselt tugijaamalt stratosfääri platvormile maapinnal viibijale praktiliselt märkamatuks.
Stratosfääri õhulaevad ja uued HAPS-i disainid
Lisaks fikseeritud tiibadega droonidele nagu Zephyr on selles sektoris veel üks oluline huvipakkuv valdkond stratosfääri õhulaevad . Siin tuleb mängu Sceye, New Mexicos (USA) asuv ettevõte, mis on välja töötanud suure, umbes 65 meetri pikkuse, survestatud ja päikeseenergial ning heeliumil töötava aerostaadi.
Sceye asutaja ja tegevjuht Mikkel Frandsen väidab, et tema ettevõte on saavutanud selle, mida Loon ei suutnud, tänu õhulaeva juhitavale kujule , täiustatud avioonikale ja järgmise põlvkonna akude kombinatsioonile. Need akud toidavad elektrilist ventilaatorit, mis võimaldab õhulaeval "tuult vastu juhtida", mis tähendab, et see suudab tuulevooludele vastu astuda ja säilitada oma positsiooni soovitud ala kohal.
See disain pakub lisaväärtust: õhulaeva suur pindala võimaldab integreerida päikesepaneele ja suure mahutavusega akusid ning kandevõimet üle 250 kilogrammi. See võimaldab platvormil säilitada vajalikku energiat kogu päeva ja öö tsükli vältel ning jääda stabiilseks nii kõrgusel kui ka asukohas, mis on pideva töö tagamiseks ülioluline.
Sceye sihib ka Jaapanit oma esimeste stratosfääri ühenduvuse kommertskasutusele eelnevate katsetuste jaoks. Ettevõte on sõlminud partnerluse SoftBankiga, mis on üks Jaapani telekommunikatsioonigigante, kes näeb HAPS-is võimalust viia oma võrgud "järgmisele tasemele" ja katta maapiirkondi või saari, mis praegu on digitaalses ebakindluses.
Samal ajal teevad teised suured tegijad samme. Londonis asuv World Mobile on omandanud Stratospheric Platformsi ja töötab vesinikkütusel töötava stratosfääri drooni kallal, mis on varustatud faasitud massiivantenniga ja mis ettevõtte plaanide kohaselt suudab pakkuda kuni 200 Mbps sidet umbes 500 000 samaaegsele kasutajale umbes 15 000 km² suurusel alal, mis on ligikaudu võrdne enam kui 500 traditsioonilise mobiilimasti levialaga.
Eelised satelliit-interneti ja maapealse infrastruktuuri ees
Huvi stratosfääri interneti vastu ei seisne ainult õhulaevade ja droonide nägemises kõrgel taevas. Peamine motivatsioon on majanduslik ja operatiivne: muuta ühenduvus kasumlikuks piirkondades, kus see praegu pole võimalik, ja täiendada olemasolevaid võrke paindlikumalt.
Üks satelliidipõhise interneti, isegi selliste täiustatud süsteemide nagu Starlink, levinud kriitikapunkte on see, et ribalaius väheneb, kui paljud kasutajad on koondunud samasse piirkonda. Kuna satelliidid asuvad Maa madalal orbiidil, on nende "kattekoonus" väga lai, nagu taskulambi valgusvihk: suurepärane hajutatud kasutajatega piirkondade jaoks, kuid problemaatiline, kui klientide tihedus suureneb.
On väga selgeid näiteid: konfliktitsoonides, näiteks Ukraina lahinguväljal, on Starlinki jõudlus langenud tippkiiruselt 220 Mbps kuni 10 Mbps-ni, kui kasutus on järsult suurenenud , näiteks kui samaaegselt on ühendatud palju droone ja maapealseid roboteid. Indoneesias, saareriigis, mille geograafia sarnaneb mõnes mõttes Jaapaniga, on mõned kasutajad samuti teatanud kiiruse langusest, kuna nende tellimuste arv suurenes.
Frandsen läheb isegi nii kaugele, et väidab, et Starlinki optimaalne jõudlus hakkab kannatama, kui tihedus ületab umbes ühe kasutaja ruutkilomeetri kohta , mis võib juhtuda isegi saarekogukondades, mis pole küll tohutud, kuid koondavad väikesele alale sadu või tuhandeid inimesi. See piirang sunnib operaatoreid otsima alternatiive teatud piirkondade jaoks.
HAPS seevastu suudab hõljuda konkreetse piirkonna kohal ja kohandada platvormide arvu vastavalt tegelikule nõudlusele, ilma et oleks vaja paigutada terveid konstellatsioone ühe riigi või piirkonna jaoks. Nagu Aubourg kokku võtab, piisab ühest stratosfääri õhusõidukist, kui on vaja katvust konkreetses piirkonnas; kui on vaja suuremat võimsust, lisatakse rohkem õhusõidukeid, kuid palju detailsemal viisil.
Kulud, ärimudelid ja turupotentsiaal
Selle loo põhipunkt on see, kui palju seda tüüpi ühendus tegelikult alternatiividega võrreldes maksma läheb. Praegu on satelliitinternet paljude arengumaade kasutajate jaoks endiselt liiga kallis. Starlinki hinnad algavad mõnes Aafrika osas umbes 10 dollarist kuus, kuid miljonid inimesed nendes riikides elavad vaevalt 2 dollariga päevas, seega pole teenus neile lihtsalt kulutõhus.
Ettevõtted nagu Aalto HAPS ja Sceye väidavad, et nende platvormid võivad vähendada juurutamiskulusid kasutaja kohta võrreldes satelliitide ja maapealse infrastruktuuriga kaugemates piirkondades. Kattes suuri piirkondi vähemate õhusõidukitega ja ilma tuhandete tornide paigaldamise vajaduseta, vähenevad nii algsed investeeringu- kui ka hoolduskulud, mis teoreetiliselt peaks lõppkasutaja jaoks tähendama madalamaid hindu.
World Mobile on omalt poolt esitanud väga konkreetsed arvud. Ettevõtte stratosfääri divisjoni juhi Richard Deakini sõnul piisaks üheksast Stratomasti platvormist , et pakkuda Šotimaa 5,5 miljonile elanikule kiiret internetiühendust kogumaksumusega umbes 40 miljonit naela aastas. Igapäevases arvestuses oleks see umbes 60 penni inimese kohta kuus , mis on tunduvalt madalam kui praegused Starlinki tellimistasud Ühendkuningriigis, mis on umbes 75 naela kuus.
Sellegipoolest jäävad valdkonna analüütikud ettevaatlikuks. Uuringud, näiteks Analysis Masoni oma, ennustavad, et HAPS-i turg võib 2033. aastaks ulatuda umbes 1.900 miljardi dollarini, mis on tagasihoidlik arv võrreldes satelliitinterneti tööstuse hinnangutega, mis võivad 2030. aastaks ulatuda umbes 33.440 miljardi dollarini. Teisisõnu, satelliiditurg on eeldatavasti palju suurem, kuid HAPS püüab haarata väga spetsiifilisi ja strateegilisi nišše.
Tasub meeles pidada, et HAPS-tehnoloogia pole kontseptsioon uus . Seda on uuritud alates 1990. aastatest, peaaegu paralleelselt satelliitide megakonstellatsioonide arendamisega. Kosmosesse saatmise kulude langus ja selliste ettevõtete nagu SpaceX suured investeeringud tähendasid aga, et stratosfääri lahendused jäeti mõneks ajaks tagaplaanile. Nüüd teevad need tänu materjalide, akude, päikesepaneelide ja juhtimissüsteemide täiustustele jõulise tagasituleku.
Regulatsioon, turvalisus ja rakendused peale internetiühenduse
Selleks, et stratosfääri internet muutuks tavaliseks, ei piisa ainult tehnoloogia valmimisest; regulaatorid peavad seda pidama elujõuliseks ja ohutuks. Sellega seoses on USA Föderaalne Lennuamet (FAA) hakanud meetmeid võtma, avaldades umbes 50-leheküljelise dokumendi, milles uuritakse, kuidas integreerida märkimisväärne arv HAPS-platvorme USA õhuruumi.
See regulatiivne huvi ei ole juhuslik. Ameerika Ühendriikides on endiselt umbes 8 miljonit internetiühenduseta leibkonda ehk umbes 4,5% elanikkonnast, selgub rahvaloendusbüroo Ameerika kogukonnauuringu andmetest. Kiirete mobiilplatvormide (HAPS) pooldajate jaoks võivad need platvormid pakkuda odavamat ja paindlikumat lahendust kui uute kiudoptiliste võrkude juurutamine või traditsioonilise mobiilside infrastruktuuri laiendamise jätkamine.
Lisaks internetiühendusele on stratosfääri platvormidel veel mitmeid väga paljulubavaid rakendusi . Valitsused ja julgeolekujõud saavad neid kasutada piirivalveks, mere- või õhuliikluse juhtimiseks, luuremissioonideks ja hädaolukordade sidepidamiseks loodusõnnetuste või relvastatud konfliktide korral, kus maapealne infrastruktuur võib hävida või muutuda kasutuskõlbmatuks.
Kodanikukaitse ja keskkonna valdkonnas toimivad HAPS-id vaatlus- ja kaugseireplatvormidena : metsatulekahjude varajaseks avastamiseks, ilmastiku jälgimiseks, heitkoguste jälgimiseks ja saasteainete lekke kontrollimiseks. Nende võime püsida samas piirkonnas pikemat aega muudab need ideaalseks tööriistaks seda tüüpi pikaajaliste ülesannete jaoks.
Samuti on nad hakanud uurima eksootilisemaid ärivõimalusi, näiteks stratosfääri turismiõhulaevu, mis viiksid reisijaid "kosmose äärele" ja pakuksid kõrgmäestiku lennukogemusi. Need samad platvormid võiksid transportida teaduslikke või tehnoloogilisi kasulikke laste ning olla uute andurite, kaamerate või sidesüsteemide katsealusteks.
NASSAT ja HAPS-i ühenduvuslahendused
Lisaks õhusõidukite ja õhulaevade arendamisele luuakse spetsiifilisi sidelahendusi , mis võimaldavad neil platvormidel sujuvalt satelliit- ja maapealsete võrkudega integreeruda. Üks näide on NASSAT, mis töötab täiustatud ühenduvussüsteemide kallal, mis on loodud toimima satelliidi/stratosfäär/Maa teljel ja pakkuma tugevaid ühendusi suurtel kõrgustel.
NASSATi lahenduste hulka kuuluvad lamedad elektroonilised antennid ilma liikuvate osadeta , millel on elektrooniline kiire suunamine, automaatne signaali hankimine ja dünaamiline polarisatsiooni lülitamine. Need antennid on loodud toetama kiiret ümberlülitumist erinevate HTS- ja VHTS-satelliitide vahel, säilitades latentsusaja alla umbes 35 millisekundi isegi keerulistes tingimustes.
Stratosfäärist maapinnani ulatuvate seadmete segmendis ühendavad need ettepanekud selliseid tehnoloogiaid nagu massiivne MIMO ja 3D-kiirguse moodustamine võimalusega töötada sellistes sagedusalades nagu S-sagedusala, et parandada vastupidavust häirete ja ebasoodsate atmosfääritingimuste suhtes. Kõik see tugineb täiustatud materjalidele nagu aerogeel, kapton, teflon ja süsinikkiud, samuti termilistele juhtimissüsteemidele, mis suudavad hoida sisetemperatuuri umbes 25 °C juures, kui välistemperatuur langeb -70 °C-ni.
Lisaks puhttehnilistele aspektidele rõhutab NASSAT, et paljudel HAPS-projektidel puuduvad endiselt terviklikud sidelahendused ning et ettevõtetel, kes suudavad pakkuda terviklikke pakette alates antennist kuni operaatorvõrkude ja avalike asutustega integreerimiseni, on märkimisväärne potentsiaal. Sel põhjusel teeb ta koostööd nii valitsusasutuste kui ka eraettevõtete ja lennunduskonsortsiumidega.
Kui kõik need tükid paika loksuvad, on stratosfääri internet heas positsioonis, et saada tõeliseks täienduseks satelliit- ja maapealsetele võrkudele , eriti maapiirkondades, saartel või katastroofipiirkondades, kus traditsiooniliste antennide paigaldamine on aeglane, kulukas või ebapraktiline. See, mis juhtub lähiaastatel Jaapanis, Indoneesias, Šotimaal või Aafrika osades, on ülioluline selle määramisel, mil määral need platvormid suudavad täita oma lubadust ületada digitaalne lõhe ja konkureerida otse selliste hiiglastega nagu Starlink.
