- Stratosferos internetas naudoja beveik 20 km aukštyje esančias HAPS platformas, kad užtikrintų mažo delsos ryšį tiesiogiai su įprastais mobiliaisiais telefonais.
- Tokie projektai kaip „Zephyr“ (Aalto HAPS) ir „Sceye“ dirižabliai siekia įveikti „Loon“ trūkumus, pasitelkiant manevringus orlaivius ir kelių savaičių autonomiją.
- Šiais sprendimais siekiama sumažinti skaitmeninę atskirtį atokiose vietovėse ir konkuruoti kaina bei pajėgumais su tokiomis palydovų žvaigždynais kaip „Starlink“.
Vadinamasis stratosferos internetas nebėra futuristinė koncepcija ir tapo viena karščiausių telekomunikacijų pramonės sričių. Kol pasaulis daugiausia dėmesio skiria palydovų žvaigždynams, tokiems kaip „Starlink“ ir „OneWeb“, įmonių grupė deda dideles pastangas, kad būtų užtikrintas ryšys su viršutine atmosfera, naudojant orlaivius ir dirižablius, galinčius sklandyti beveik 20 kilometrų aukštyje virš žemės.
Ši nauja technologinė banga turi labai aiškų tikslą: prijungti 2.200 milijardo žmonių , kurie vis dar turi labai ribotą arba visai neturi prieigos prie interneto, nes gyvena kaimo vietovėse, atokiose salose ar regionuose, kur šviesolaidinių kabelių ar mobiliojo ryšio bokštų įrengimas nėra ekonomiškai naudingas. Taip siekiama konkuruoti su palydoviniu internetu, siūlant mažesnio delsos laiko, lankstesnę ir, teoriškai, pigesnę priežiūros alternatyvą.
Kas tiksliai yra stratosferinis internetas?
Kalbėdami apie stratosferos internetą, turime omenyje didelio aukščio platformų (HAPS) , t. y. bepiločių orlaivių, saulės energija varomų dronų ar dirižablių, kurie skraido stratosferoje, paprastai 18–21 kilometro aukštyje virš Žemės paviršiaus, naudojimą. Iš šios padėties jie veikia kaip mobiliojo ryšio bokštai danguje , aprėpdami didžiules teritorijas duomenų ir balso signalais.
Pagrindinis skirtumas, palyginti su palydovais, yra tas, kad šios platformos yra daug arčiau Žemės . Tai leidžia sumažinti signalo vėlavimą (latenciją), o tai labai svarbu tiems atvejams, kuriems reikalingas greitas reagavimas, pavyzdžiui, vaizdo skambučiams, internetiniams žaidimams ar kritinėms programoms avarinėse situacijose. Be to, jos gali siųsti signalą tiesiai į standartinius mobiliuosius telefonus , nereikalaujant palydovinių antenų ar specialios įrangos kiekvienuose namuose.
Specializuotame žurnale „MIT Technology Review“ teigiama, kad šių HAPS (aukšto aukščio platformų) potencialas yra milžiniškas užtikrinant ryšį su atokiais ir retai apgyvendintais regionais , kuriuose gyventojų skaičius yra toks mažas, kad antžeminės infrastruktūros kūrimas nėra ekonomiškai efektyvus. Kalbame apie mažas salas, kalnų kaimelius, dykumų vietoves ar miškus, kur bokštų statymas ar šviesolaidinio kabelio tiesimas yra tikras logistinis ir ekonominis galvos skausmas.
Visa tai vyksta aplinkoje, kurioje, nepaisant beveik 10 000 aktyvių „Starlink“ palydovų ir apie 650 „OneWeb“ palydovų , tvirta aprėptis vis dar negarantuojama didelėse planetos teritorijose. Kitaip tariant, pasaulinio palydovinio interneto perspektyvos vis dar turi didelių spragų, ir būtent čia stratosferos internetas siekia padaryti didelę įtaką.
„Loon“ – „Google“ balionų projekto – precedentas
Prieš šią naujos kartos platformas vienas žinomiausių bandymų buvo „Loon“ – „Google X“ projektas . 2011 m. paleistas projektas siekė sukurti stratosferoje aukštikalnių oro balionų tinklą, kuris veiktų kaip plūduriuojantis telekomunikacijų tinklas. Balionai buvo išdėstyti dideliame aukštyje ir teoriškai turėjo likti virš konkrečių zonų, kad būtų teikiamos interneto paslaugos.
Teoriškai tai skambėjo puikiai, bet praktiškai jie susidūrė su pagrindine fizikos problema: balionai buvo visiškai priklausomi nuo vėjo srovių . Nors sistema galėjo keisti aukštį, kad pasinaudotų skirtingų krypčių vėjais, buvo labai sunku ilgą laiką išlaikyti balioną tiksliai ten, kur jo reikia.
Dėl šio nenuspėjamumo reikėjo didžiulio oro balionų parko , kad būtų užtikrinta, jog bent keli iš jų būtų aptarnavimo zonoje, o tai padidino išlaidas. Projektui tęsiantis, tapo aišku, kad modelis yra ekonomiškai neperspektyvus . Po daugelio metų bandymų „Google“ galiausiai uždarė „Loon“ 2021 m.
Nepaisant šio nesėkmės, stratosferos panaudojimo ryšiui užtikrinti idėja neišnyko. Tuo tarpu kitos kompanijos jau kurį laiką dirbo su labiau valdomomis HAPS (aukšto aukščio platformomis), kurių dizainas labai skyrėsi nuo balionų: manevringi dirižabliai ir fiksuoto sparno dronai, varomi saulės energija arba vandeniliu. Svarbiausia buvo sukurti platformą, kuri galėtų beveik nejudėti virš tam tikro taško, nepasikliaudama vėju.
Šiandien tokios kompanijos kaip „Aalto HAPS“ ar „Sceye“ teigia išsprendusios būtent tą silpnąją vietą, kuri nuskandino „Loon“, derindamos efektyvesnę aerodinamiką , išmaniąją avioniką ir varymo sistemas, galinčias „nukreipti laivą prieš vėją“, kad kompensuotų gūsius, ir praktiškai įsitvirtinti virš konkrečios aptarnavimo zonos.
Pagrindinis šios naujos projektų bangos privalumas yra jų gebėjimas išlikti ore savaites ar net mėnesius , veikiant kaip tikros plūduriuojančios antenos. Mes nebekalbame apie paprastus prototipus: kai kurios platformos sumušė reikšmingus rekordus, o tai rodo, kad technologija bręsta.
Vienas labiausiai aptariamų vardų yra „Aalto HAPS“ – Europos aviacijos ir kosmoso milžinės „Airbus“ dukterinė įmonė. Jos pagrindinis projektas yra „Zephyr“ – itin lengvas, saulės energija varomas dronas, kurio sparnų mojis yra apie 25 metrus . Ši transporto priemonė kaupia vis ilgesnius bandomuosius skrydžius ir pasiekė reikšmingą etapą: 67 dienas iš eilės ore 2025 m. balandžio mėn. – tai rekordas HAPS sektoriuje.
Techniniu požiūriu „Zephyr“ yra sukurtas skristi stratosferoje ir veikti kaip aukštai virš žemės pakabintas mobiliojo ryšio bokštas . Pasak „Aalto HAPS“ vyriausiojo technologijų vadovo Pierre'o-Antoine'o Aubourgo, idėja yra integruoti jį į komercinius mobiliojo ryšio operatorių tinklus, kad jis iš esmės taptų dar viena tinklo ląstele, tik sklandančia beveik 20 kilometrų aukštyje.
Pirmieji reikšmingi komerciniai „Zephyr“ bandymai vyks pietų Japonijoje , bendradarbiaujant su mobiliojo ryšio operatoriumi NTT DOCOMO ir palydovinio ryšio bendrove „Space Compass“. Japonijos geografija pavertė ją idealia bandymų vieta: joje yra apie 430 gyvenamų salų , daugelis jų kalnuotos, atokios ir su santykinai mažu gyventojų skaičiumi, o tai labai apsunkina tradicinės infrastruktūros diegimą.
Šiuose Japonijos bandymuose „Zephyr“ transliuos didelės spartos 5G ryšį tiesiai į standartinius išmaniuosius telefonus, nereikalaujant jokio specialaus vartotojo diegimo. Dažnis ir integravimo į tinklą būdas leis perėjimui iš antžeminės ląstelės į stratosferos platformą praktiškai nepastebėti žmogui, esančiam ant žemės.
Stratosferos dirižabliai ir nauji HAPS modeliai
Be fiksuoto sparno dronų, tokių kaip „Zephyr“, kita svarbi šio sektoriaus sritis yra stratosferos dirižabliai . Čia į pagalbą ateina „Sceye“ – Naujojoje Meksikoje (JAV) įsikūrusi bendrovė, sukūrusi didelį, maždaug 65 metrų ilgio, slėginį ir saulės energija bei heliu varomą aerostatą.
„Sceye“ įkūrėjas ir generalinis direktorius Mikkelis Frandsenas teigia, kad jo įmonei pavyko pasiekti tai, ko „Loon“ nepavyko, nes dirižablis pasižymi valdoma forma , pažangia avionika ir naujos kartos baterijomis. Šios baterijos maitina elektrinį ventiliatorių, kuris leidžia dirižabliui „suktis prieš vėją“, o tai reiškia, kad jis gali neutralizuoti vėjo sroves ir išlaikyti savo padėtį virš norimos srities.
Ši konstrukcija suteikia papildomą pranašumą: didelis dirižablio paviršiaus plotas leidžia integruoti saulės baterijas ir didelės talpos baterijas , taip pat gali pasiekti daugiau nei 250 kilogramų naudingąją apkrovą. Tai leidžia platformai išlaikyti reikiamą energiją per visą dienos ir nakties ciklą ir išlikti stabiliai tiek aukštyje, tiek padėtyje, o tai yra labai svarbu nepertraukiamam darbui.
„Sceye“ taip pat žvalgosi į Japoniją, kur atliks pirmuosius ikikomercinius stratosferos ryšio bandymus. Bendrovė bendradarbiauja su „SoftBank“, viena iš Japonijos telekomunikacijų gigantų, kuri HAPS mato kaip būdą pakelti savo tinklus „į kitą lygį“ ir aprėpti kaimo ar salų vietoves, kurios šiuo metu tebėra skaitmeninėje nežinioje.
Tuo tarpu kiti dideli žaidėjai imasi veiksmų. Londone įsikūrusi „World Mobile“ įsigijo „Stratospheric Platforms“ ir kuria vandeniliu varomą stratosferos bepilotį orlaivį su faziniu gardeliu, kuris, pagal bendrovės planus, gali perduoti iki 200 Mbps ryšį maždaug 500 000 vienu metu veikiančių vartotojų maždaug 15 000 km² plote, o tai maždaug atitinka daugiau nei 500 tradicinių mobiliojo ryšio bokštų aprėptį.
Privalumai, palyginti su palydoviniu internetu ir antžemine infrastruktūra
Susidomėjimas stratosferos internetu nėra vien tik dėl įspūdingo dirižablių ir dronų stebėjimo aukštai danguje. Pagrindinė motyvacija yra ekonominė ir praktinė: padaryti ryšį pelningą tose srityse, kur jo šiuo metu nėra, ir lanksčiau papildyti esamus tinklus.
Vienas iš dažniausių palydovinio interneto, net ir tokių pažangių sistemų kaip „Starlink“, kritikos punktų yra tas, kad pralaidumas sumažėja, kai toje pačioje vietoje susitelkia daug vartotojų. Kadangi palydovai skrieja žemojoje Žemės orbitoje, jų „aprėpties kūgis“ yra labai platus, kaip žibintuvėlio spindulys: puikiai tinka vietovėms, kuriose vartotojai išsibarstę, tačiau kyla problemų, kai padidėja klientų tankumas.
Yra labai aiškių pavyzdžių: konfliktų zonose, pavyzdžiui, Ukrainos mūšio lauke, pranešama, kad „Starlink“ našumas sumažėja nuo didžiausio 220 Mbps greičio iki vos 10 Mbps, kai padidėja naudojimas , pavyzdžiui, kai vienu metu prijungta daug dronų ir antžeminių robotų. Indonezijoje, salų valstybėje, kurios geografija tam tikrais atžvilgiais panaši į Japoniją, kai kurie vartotojai taip pat pranešė apie greičio sumažėjimą padidėjus jų prenumeratų skaičiui.
Frandsenas netgi teigia, kad optimalus „Starlink“ veikimas pradeda blogėti, kai tankumas viršija maždaug vieną vartotoją kvadratiniame kilometre , o tai gali nutikti net ir salų bendruomenėse, kurios, nors ir nėra didžiulės, mažoje teritorijoje sutelkia šimtus ar tūkstančius žmonių. Šis apribojimas verčia operatorius ieškoti alternatyvų tam tikriems regionams.
Kita vertus, HAPS gali kyboti virš konkretaus regiono ir koreguoti platformų skaičių pagal faktinę paklausą, nereikalaujant dislokuoti ištisų žvaigždynų vienai šaliai ar regionui. Kaip apibendrina Aubourg, jei reikia aprėpties konkrečioje srityje, pakanka vieno stratosferinio orlaivio; jei reikia didesnio pajėgumo, pridedama daugiau orlaivių, bet daug detaliau.
Sąnaudos, verslo modeliai ir rinkos potencialas
Svarbiausias šios istorijos aspektas – kiek iš tikrųjų kainuos tokio tipo ryšys, palyginti su alternatyvomis. Šiuo metu palydovinis internetas daugeliui besivystančių šalių vartotojų išlieka pernelyg brangus. „Starlink“ įkainiai kai kuriose Afrikos dalyse prasideda nuo maždaug 10 USD per mėnesį, tačiau milijonai žmonių šiose šalyse gyvena vos už 2 USD per dieną, todėl ši paslauga jiems tiesiog nėra ekonomiškai naudinga.
Tokios įmonės kaip „Aalto HAPS“ ir „Sceye“ teigia, kad jų platformos gali sumažinti diegimo išlaidas vienam vartotojui, palyginti su palydovais ir antžemine infrastruktūra atokiose vietovėse. Aprėpiant didelius regionus su mažiau orlaivių ir nereikalaujant įrengti tūkstančių bokštų, sumažėja tiek pradinės investicijos, tiek priežiūros išlaidos, o tai teoriškai turėtų reikšti mažesnes kainas galutiniam vartotojui.
Savo ruožtu „World Mobile“ pateikė labai konkrečius skaičius. Pasak Richardo Deakino, bendrovės stratosferos padalinio vadovo, devynių „Stratomast“ platformų pakaktų , kad 5,5 mln. Škotijos gyventojų būtų galima teikti didelės spartos ryšio paslaugas, o bendros išlaidos siektų maždaug 40 mln. svarų sterlingų per metus. Kasdien tai kainuotų apie 60 pensų vienam asmeniui per mėnesį , o tai gerokai mažiau nei dabartiniai „Starlink“ prenumeratos mokesčiai JK, kurie siekia apie 75 svarus sterlingų per mėnesį.
Nepaisant to, pramonės analitikai laikosi atsargios pozicijos. Tokie tyrimai kaip „Analysis Mason“ prognozuoja, kad HAPS rinka iki 2033 m. gali pasiekti apie 1.900 mlrd. JAV dolerių – tai kuklus skaičius, palyginti su palydovinio interneto pramonės, kuri iki 2030 m. gali pasiekti apie 33.440 mlrd. JAV dolerių, skaičiavimais. Kitaip tariant, palydovų rinka numatoma daug didesnė, tačiau HAPS siekia užimti labai specifines ir strategines nišas.
Verta prisiminti, kad HAPS technologija nėra nauja koncepcija . Ji buvo tiriama nuo 1990-ųjų, beveik lygiagrečiai su palydovų megažvaigždynų kūrimu. Tačiau kosminių paleidimų kainos kritimas ir didžiulės tokių bendrovių kaip „SpaceX“ investicijos reiškė, kad stratosferos sprendimai kurį laiką buvo nustumti į antrą planą. Dabar jie vėl sugrįžta dėl patobulėjusių medžiagų, baterijų, saulės baterijų ir valdymo sistemų.
Reguliavimas, saugumas ir programos, ne tik prieiga prie interneto
Kad stratosferinis internetas taptų įprastu reiškiniu, nepakanka vien turėti technologiją; reguliavimo institucijos turi ją pripažinti perspektyvia ir saugia. Šiuo atžvilgiu JAV federalinė aviacijos administracija (FAA) pradėjo imtis veiksmų, paskelbdama maždaug 50 puslapių dokumentą, kuriame nagrinėjama, kaip integruoti nemažą skaičių HAPS platformų į JAV oro erdvę.
Šis reguliavimo institucijų susidomėjimas nėra atsitiktinis. Jungtinėse Valstijose vis dar yra apie 8 milijonai namų ūkių , neprisijungusių prie interneto, t. y. apie 4,5 % gyventojų, rodo Amerikos gyventojų surašymo biuro atliktos bendruomenės apklausos duomenys. Didelės spartos mobiliųjų platformų (HAPS) šalininkams šios platformos gali pasiūlyti pigesnį ir lankstesnį sprendimą nei naujų šviesolaidinių tinklų diegimas ar tradicinės mobiliosios infrastruktūros plėtra.
Be interneto prieigos, stratosferos platformos turi ir kitų labai perspektyvių pritaikymo būdų . Vyriausybės ir saugumo pajėgos gali jas naudoti sienų stebėjimui, jūrų ar oro eismo kontrolei, žvalgybos misijoms ir avariniam ryšiui stichinių nelaimių ar ginkluotų konfliktų atveju, kai antžeminė infrastruktūra gali būti sunaikinta arba tapusi netinkama naudoti.
Civilinės saugos ir aplinkos srityje HAPS atlieka stebėjimo ir nuotolinio stebėjimo platformų funkciją : ankstyvam miškų gaisrų aptikimui, orų stebėjimui, išmetamųjų teršalų kiekio stebėjimui ir teršalų išsiliejimo kontrolei. Dėl gebėjimo ilgą laiką išlikti tame pačiame regione, jos yra ideali priemonė tokio tipo ilgalaikėms užduotims.
Jie taip pat pradeda tyrinėti egzotiškesnes komercines galimybes, pavyzdžiui, stratosferinius turistinius dirižablius , kurie keleivius nugabentų į „kosmoso pakraštį“ ir pasiūlytų skrydžio dideliame aukštyje patirtį. Tos pačios platformos galėtų gabenti mokslinius ar technologinius krovinius ir tarnauti kaip naujų jutiklių, kamerų ar ryšių sistemų bandymų poligonai.
NASSAT ir ryšio sprendimai HAPS
Kartu su orlaivių ir dirižablių plėtra kuriami specialūs ryšio sprendimai , leidžiantys šioms platformoms sklandžiai integruotis su palydoviniais ir antžeminiais tinklais. Vienas pavyzdys – NASSAT, kuri kuria pažangias ryšio sistemas, skirtas veikti palei Palydovo / Stratosferos / Žemės ašį ir užtikrinti tvirtus ryšius dideliame aukštyje.
NASSAT sprendimai apima plokščias elektronines antenas be judančių dalių , pasižyminčias elektroniniu spindulio valdymu, automatiniu signalo priėmimu ir dinaminiu poliarizacijos perjungimu. Šios antenos sukurtos taip, kad palaikytų greitą perjungimą tarp skirtingų HTS ir VHTS palydovų, išlaikant mažesnį nei maždaug 35 milisekundžių delsą net ir sudėtingomis sąlygomis.
Stratosferos ir žemės lygio segmente šie pasiūlymai derina tokias technologijas kaip masyvus MIMO ir 3D spindulių formavimas su galimybe veikti tokiose juostose kaip S juosta, siekiant pagerinti atsparumą trukdžiams ir nepalankioms atmosferos sąlygoms. Visa tai remiasi pažangiomis medžiagomis, tokiomis kaip aerogelis, kaptonas, teflonas ir anglies pluoštas, taip pat terminio valdymo sistemomis, galinčiomis palaikyti apie 25 °C vidinę temperatūrą, kai išorinė temperatūra pasiekia -70 °C.
Be grynai techninių aspektų, NASSAT pabrėžia, kad daugeliui HAPS projektų vis dar trūksta išsamių ryšio sprendimų ir kad yra didelė galimybė įmonėms, galinčioms pasiūlyti išsamius paketus – nuo antenos iki integracijos su operatorių tinklais ir viešosiomis agentūromis. Dėl šios priežasties ji bendradarbiauja tiek su vyriausybinėmis įstaigomis, tiek su privačiomis įmonėmis ir aviacijos ir kosmoso konsorciumais.
Jei visos šios dalys stos į savo vietas, stratosferinis internetas bus gerai pasirengęs tapti tikru palydovinių ir antžeminių tinklų papildymu , ypač kaimo, salų ar nelaimių nuniokotose vietovėse, kur tradicinių antenų diegimas yra lėtas, brangus arba nepraktiškas. Tai, kas ateinančiais metais nutiks Japonijoje, Indonezijoje, Škotijoje ar kai kuriose Afrikos dalyse, bus labai svarbu nustatant, kiek šios platformos galės ištesėti savo pažadą iš tikrųjų panaikinti skaitmeninę atskirtį ir konkuruoti akis į akį su tokiais milžinais kaip „Starlink“.
