- Stratosfēras internets izmanto HAPS platformas gandrīz 20 km augstumā, lai nodrošinātu zema latentuma savienojumu tieši ar parastajiem mobilajiem tālruņiem.
- Tādi projekti kā Zephyr (Aalto HAPS) un Sceye dirižabļi cenšas pārvarēt Loon trūkumus ar manevrējamiem lidaparātiem un dažu nedēļu autonomiju.
- Šo risinājumu mērķis ir mazināt digitālo plaisu attālos apgabalos un konkurēt izmaksu un jaudas ziņā ar tādiem satelītu konstelācijām kā Starlink.
Tā sauktais stratosfēras internets vairs nav futūristisks koncepts un ir kļuvis par vienu no karstākajām jomām telekomunikāciju nozarē. Kamēr pasaule koncentrējas uz satelītu zvaigznājiem, piemēram, Starlink un OneWeb, uzņēmumu grupa veic spēcīgus centienus nodrošināt savienojamību ar augšējiem atmosfēras slāņiem, izmantojot lidmašīnas un dirižabļus, kas spēj pacelties gandrīz 20 kilometru augstumā virs zemes.
Šim jaunajam tehnoloģiskajam vilnim ir ļoti skaidrs mērķis: savienot 2.200 miljardus cilvēku , kuriem joprojām ir ļoti ierobežota vai vispār nav piekļuves internetam, jo viņi dzīvo lauku apvidos, attālās salās vai reģionos, kur optisko šķiedru kabeļu vai mobilo sakaru torņu izvietošana nav izmaksu ziņā efektīva. Un, to darot, tā mērķis ir konkurēt ar satelīta internetu, piedāvājot zemākas latentuma, elastīgāku un, uz papīra, lētāku alternatīvu uzturēšanai.
Kas īsti ir stratosfēras internets?
Runājot par stratosfēras internetu, mēs domājam augstkalnu platformu (HAPS) izmantošanu , proti, bezpilota lidaparātus, ar saules enerģiju darbināmus dronus vai gaisa kuģus, kas lido stratosfērā, parasti 18 līdz 21 kilometra augstumā virs Zemes virsmas. No šīs pozīcijas tie darbojas kā mobilo sakaru torņi debesīs , aptverot plašas teritorijas ar datu un balss signāliem.
Galvenā atšķirība salīdzinājumā ar satelītiem ir tā, ka šīs platformas atrodas daudz tuvāk Zemei . Tas ļauj samazināt signāla aizkavi (latentumu), kas ir ļoti svarīgi lietojumiem, kuriem nepieciešama ātra reaģēšana, piemēram, videozvaniem, tiešsaistes spēlēm vai kritiski svarīgām lietojumprogrammām ārkārtas situācijās. Turklāt tās var nosūtīt signālu tieši uz standarta mobilajiem tālruņiem , neizmantojot satelītantenas vai īpašu aprīkojumu katrā mājā.
Saskaņā ar specializēto žurnālu MIT Technology Review, šo HAPS (augstkalnu platformu) potenciāls ir milzīgs, lai nodrošinātu savienojamību attālos un reti apdzīvotos reģionos , kur iedzīvotāju skaits ir tik zems, ka sauszemes infrastruktūras izbūve nav rentabla. Mēs runājam par mazām salām, kalnu ciematiem, tuksneša apgabaliem vai mežiem, kur torņu uzstādīšana vai optisko šķiedru kabeļu ierīkošana ir īstas loģistikas un ekonomiskās galvassāpes.
Tas viss notiek kontekstā, kurā, neskatoties uz gandrīz 10 000 aktīvu Starlink satelītu un aptuveni 650 OneWeb satelītu esamību , joprojām nav garantēts stabils pārklājums plašās planētas teritorijās. Citiem vārdiem sakot, globālā satelītu interneta solījumam joprojām ir ievērojamas nepilnības, un tieši šeit stratosfēras internets plāno radīt spēcīgu ietekmi.
Loon precedents, Google balonu projekts
Pirms šīs jaunās platformu paaudzes viens no pazīstamākajiem mēģinājumiem bija Google X projekts Loon . Tas tika uzsākts 2011. gadā, un tā ideja bija izveidot augstkalnu balonu tīklu stratosfērā, kas darbotos kā peldošs telekomunikāciju tīkls. Baloni tika novietoti lielā augstumā un teorētiski bija paredzēti, lai paliktu virs noteiktām teritorijām, lai nodrošinātu interneta pakalpojumus.
Uz papīra tas izklausījās lieliski, bet praksē viņi saskārās ar elementāru fizikas problēmu: baloni bija pilnībā atkarīgi no vēja plūsmām . Lai gan sistēma varēja mainīt augstumu, lai izmantotu vējus no dažādiem virzieniem, bija ļoti grūti ilgstoši noturēt balonu tieši tur, kur tas bija nepieciešams.
Šī neparedzamība radīja nepieciešamību pēc milzīgas gaisa balonu flotes , lai nodrošinātu, ka vismaz daži no tiem atrodas apkalpošanas zonā, kas palielināja izmaksas. Projektam virzoties uz priekšu, kļuva skaidrs, ka modelis ir ekonomiski neizdevīgs . Pēc vairāku gadu testēšanas Google beidzot slēdza Loon 2021. gadā.
Neskatoties uz šo neveiksmi, ideja par stratosfēras izmantošanu savienojamības nodrošināšanai neizzuda. Tikmēr citi uzņēmumi jau kādu laiku strādāja pie vadāmākām HAPS (augstkalnu platformām), kuru dizains ļoti atšķīrās no baloniem: manevrējami dirižabļi un fiksētu spārnu droni, ko darbina saules enerģija vai ūdeņradis. Galvenais bija izveidot platformu, kas varētu gandrīz nekustīgi palikt virs noteikta punkta, nepaļaujoties uz vēju.
Mūsdienās tādi uzņēmumi kā Aalto HAPS vai Sceye apgalvo, ka ir atrisinājuši tieši to vājo punktu, kas nogrima Loon, apvienojot efektīvāku aerodinamiku , inteliģentu avioniku un dzinējsistēmas, kas spēj "vērsties pret vēju", lai kompensētu brāzmas, un praksē noenkuroties virs noteiktas apkalpošanas zonas.
Šī jaunā projektu viļņa galvenais pārdošanas arguments ir to spēja palikt gaisā nedēļām vai pat mēnešiem ilgi , darbojoties kā īstas peldošas antenas. Mēs vairs nerunājam par vienkāršiem prototipiem: dažas platformas ir pārspējušas ievērojamus rekordus, apliecinot, ka tehnoloģija nobriest.
Viens no visvairāk apspriestajiem nosaukumiem ir Aalto HAPS , Eiropas kosmosa giganta Airbus atvasināts uzņēmums. Tā vadošais projekts ir Zephyr , īpaši viegls, ar saules enerģiju darbināms drons ar aptuveni 25 metru spārnu platumu . Šis transportlīdzeklis ir uzkrājis arvien ilgākus testa lidojumus, sasniedzot ievērojamu atskaites punktu: 67 dienas pēc kārtas gaisā 2025. gada aprīlī, kas ir rekords HAPS nozarē.
No tehniskā viedokļa Zephyr ir paredzēts lidošanai stratosfērā un darbotos kā mobilo sakaru tornis, kas atrodas augstu virs zemes. Saskaņā ar Aalto HAPS galvenā tehnoloģiju direktora Pjēra Antuāna Oborga teikto, ideja ir to integrēt komerciālo mobilo sakaru operatoru tīklos, lai tas visos aspektos kļūtu par vēl vienu šūnu tīklā, kas tikai lido gandrīz 20 kilometru augstumā.
Pirmie nozīmīgie Zephyr komerciālie izmēģinājumi notiks Japānas dienvidos sadarbībā ar mobilo sakaru operatoru NTT DOCOMO un satelīttelekomunikāciju uzņēmumu Space Compass. Japānas ģeogrāfiskais novietojums ir padarījis to par ideālu testēšanas poligonu: tajā ir aptuveni 430 apdzīvotas salas , daudzas no tām kalnainas, attālas un ar relatīvi nelielu iedzīvotāju skaitu, kas ievērojami sarežģī tradicionālās infrastruktūras izvietošanu.
Šajos Japānas izmēģinājumos Zephyr pārraidīs ātrgaitas 5G savienojumu tieši uz standarta viedtālruņiem, neprasot lietotājam nekādu īpašu instalēšanu. Frekvence un veids, kā tā ir integrēta tīklā, padarīs pāreju no zemes šūnas uz stratosfēras platformu praktiski nemanāmu cilvēkam uz zemes.
Stratosfēras dirižabļi un jauni HAPS modeļi
Papildus fiksēto spārnu droniem, piemēram, Zephyr, vēl viena būtiska interese šajā nozarē ir stratosfēras dirižabļi . Šeit iesaistās Sceye, Ņūmeksikas (ASV) uzņēmums, kas ir izstrādājis lielu, aptuveni 65 metrus garu aerostatu, kas ir pakļauts spiedienam un ko darbina saules enerģija un hēlijs.
Sceye dibinātājs un izpilddirektors Mikels Frandsens apgalvo, ka viņa uzņēmums ir sasniedzis to, ko Loon nevarēja, pateicoties dirižabļa vadāmās formas , modernās avionikas un nākamās paaudzes akumulatoru apvienojumam. Šie akumulatori darbina elektrisko ventilatoru, kas ļauj dirižablim "stūrēt pretvēja virzienā", kas nozīmē, ka tas var neitralizēt vēja straumes un saglabāt savu pozīciju virs vēlamās zonas.
Šim dizainam ir papildu priekšrocība: dirižabļa lielā virsmas platība ļauj integrēt saules paneļus un lielas ietilpības akumulatorus , kā arī tā kravnesība pārsniedz 250 kilogramus. Tas ļauj platformai uzturēt nepieciešamo enerģiju visos diennakts ciklos un saglabāt stabilitāti gan augstumā, gan pozīcijā, kas ir ļoti svarīgi nepārtrauktai darbībai.
Sceye arī plāno Japānu, lai veiktu pirmos stratosfēras savienojamības pirmskomerciālos izmēģinājumus. Uzņēmums ir sadarbojies ar SoftBank, vienu no Japānas telekomunikāciju gigantiem, kas uzskata HAPS par veidu, kā pacelt savus tīklus "nākamajā līmenī" un aptvert lauku vai salu apgabalus, kas pašlaik atrodas digitālajā neziņā.
Tikmēr citi nozīmīgi spēlētāji veic pasākumus. Londonā bāzētā kompānija World Mobile ir iegādājusies Stratospheric Platforms un strādā pie ar ūdeņradi darbināma stratosfēras bezpilota lidaparāta, kas aprīkots ar fāzētu antenu un saskaņā ar plāniem spēj nodrošināt līdz pat 200 Mb/s ātrumu aptuveni 500 000 vienlaicīgiem lietotājiem aptuveni 15 000 km² platībā, kas aptuveni atbilst vairāk nekā 500 tradicionālo mobilo sakaru torņu pārklājumam.
Priekšrocības salīdzinājumā ar satelīta internetu un sauszemes infrastruktūru
Interese par stratosfēras internetu nav tikai par dirižabļu un dronu vērošanu augstu debesīs. Galvenā motivācija ir ekonomiska un operatīva: padarīt savienojamību rentablu apgabalos, kur tā pašlaik nav pieejama, un elastīgāk papildināt esošos tīklus.
Viens no biežākajiem satelīta interneta, pat tādu progresīvu sistēmu kā Starlink, kritikas punktiem ir tāds, ka joslas platums samazinās, ja daudzi lietotāji ir koncentrēti vienā apgabalā. Tā kā satelīti atrodas zemā Zemes orbītā, to "pārklājuma konuss" ir ļoti plašs, līdzīgs lukturīša staram: lieliski piemērots apgabaliem ar izkliedētiem lietotājiem, bet problemātiski, ja klientu blīvums palielinās.
Ir ļoti skaidri piemēri: konfliktu zonās, piemēram, Ukrainas kaujas laukā, ziņots, ka Starlink veiktspēja samazinās no maksimālā ātruma 220 Mb/s līdz pat 10 Mb/s, kad lietošanas apjoms pieaug , piemēram, vienlaikus pievienojoties daudziem droniem un zemes robotiem. Indonēzijā, salu valstī ar ģeogrāfiju, kas dažos aspektos ir līdzīga Japānai, daži lietotāji arī ir ziņojuši par ātruma samazināšanos, palielinoties abonementu skaitam.
Frandsens pat apgalvo, ka Starlink optimālā veiktspēja sāk ciest, kad blīvums pārsniedz aptuveni vienu lietotāju uz kvadrātkilometru , kas var notikt pat salu kopienās, kuras, lai arī nav milzīgas, nelielā teritorijā koncentrē simtiem vai tūkstošiem cilvēku. Šis ierobežojums liek operatoriem meklēt alternatīvas noteiktiem reģioniem.
Savukārt HAPS var pārvietoties virs konkrēta reģiona un pielāgot platformu skaitu atbilstoši faktiskajam pieprasījumam, bez nepieciešamības izvietot veselas zvaigznājus vienai valstij vai apgabalam. Kā rezumē Auborgs, ja pārklājums ir nepieciešams konkrētā apgabalā, pietiek ar vienu stratosfēras lidaparātu; ja nepieciešama lielāka jauda, tiek pievienoti vairāk lidaparātu, bet daudz detalizētākā veidā.
Izmaksas, biznesa modeļi un tirgus potenciāls
Šajā stāstā galvenais jautājums ir par to, cik šāda veida savienojums faktiski maksās, salīdzinot ar alternatīvām. Pašlaik satelīta internets daudziem lietotājiem jaunattīstības valstīs joprojām ir pārāk dārgs . Starlink tarifi dažās Āfrikas daļās sākas no aptuveni 10 USD mēnesī, taču miljoniem cilvēku šajās valstīs iztiek ar knapi 2 USD dienā, tāpēc šis pakalpojums viņiem vienkārši nav rentabls.
Uzņēmumi, piemēram, Aalto HAPS un Sceye, apgalvo, ka to platformas var samazināt izvietošanas izmaksas uz vienu lietotāju, salīdzinot ar satelītiem un uz zemes bāzētu infrastruktūru attālos apgabalos. Aptverot lielus reģionus ar mazāku gaisa kuģu skaitu un bez nepieciešamības uzstādīt tūkstošiem torņu, tiek samazinātas gan sākotnējās investīcijas, gan uzturēšanas izmaksas, kas teorētiski nozīmētu zemākas cenas gala lietotājam.
Savukārt World Mobile ir norādījis ļoti konkrētus skaitļus. Pēc uzņēmuma stratosfēras nodaļas vadītāja Ričarda Dīkina teiktā, deviņas Stratomast platformas būtu pietiekamas , lai nodrošinātu ātrgaitas pakalpojumus Skotijas 5,5 miljoniem iedzīvotāju, un kopējās izmaksas būtu aptuveni 40 miljoni mārciņu gadā. Ikdienas izteiksmē tas būtu līdzvērtīgi aptuveni 60 pensiem uz vienu cilvēku mēnesī , kas ir krietni mazāk nekā pašreizējās Starlink abonēšanas maksas Apvienotajā Karalistē, kas ir aptuveni 75 mārciņas mēnesī.
Tomēr nozares analītiķi saglabā piesardzīgu nostāju. Pētījumi, piemēram, Analysis Mason veiktais, paredz, ka HAPS tirgus līdz 2033. gadam varētu sasniegt aptuveni 1.900 miljardus ASV dolāru , kas ir pieticīgs skaitlis, salīdzinot ar aplēsēm satelīta interneta nozarei, kas līdz 2030. gadam varētu sasniegt aptuveni 33.440 miljardus ASV dolāru. Citiem vārdiem sakot, satelīta tirgus paredzami būs daudz lielāks, taču HAPS mērķis ir iekarot ļoti specifiskas un stratēģiskas nišas.
Ir vērts atcerēties, ka HAPS tehnoloģija pēc savas būtības nav jauns koncepts . Tā tiek pētīta kopš 20. gs. deviņdesmitajiem gadiem, gandrīz paralēli ar mega satelītu zvaigznāju attīstību. Tomēr kosmosa palaišanas izmaksu kritums un tādu uzņēmumu kā SpaceX milzīgās investīcijas nozīmēja, ka stratosfēras risinājumi uz laiku tika atstāti otrajā plānā. Tagad tie piedzīvo spēcīgu atgriežšanos, pateicoties uzlabojumiem materiālos, akumulatoros, saules paneļos un vadības sistēmās.
Regulējums, drošība un lietojumprogrammas ārpus piekļuves internetam
Lai stratosfēras internets kļūtu par ikdienišķu parādību, ar tehnoloģijas gatavību vien nepietiek; regulatoriem tā ir jāatzīst par dzīvotspējīgu un drošu. Šajā sakarā ASV Federālā aviācijas pārvalde (FAA) ir sākusi rīkoties, publicējot aptuveni 50 lappušu garu dokumentu, kurā aplūkots, kā ASV gaisa telpā integrēt ievērojamu skaitu HAPS platformu.
Šī regulējošā interese nav nejauša. Saskaņā ar Tautas skaitīšanas biroja veiktās Amerikas Kopienas apsekojuma datiem Amerikas Savienotajās Valstīs joprojām ir aptuveni 8 miljoni mājsaimniecību , kas ir aptuveni 4,5% iedzīvotāju, kurām nav interneta pieslēguma. Ātrdarbīgu mobilo platformu (HAPS) atbalstītājiem šīs platformas var piedāvāt lētāku un elastīgāku risinājumu nekā jaunu optisko šķiedru tīklu izvēršana vai tradicionālās mobilās infrastruktūras paplašināšana.
Papildus piekļuvei internetam stratosfēras platformām ir arī virkne citu ļoti daudzsološu pielietojumu . Valdības un drošības spēki tās var izmantot robežuzraudzībai, jūras vai gaisa satiksmes kontrolei, izlūkošanas misijām un ārkārtas saziņai dabas katastrofu vai bruņotu konfliktu gadījumā, kad uz zemes bāzētā infrastruktūra var tikt iznīcināta vai kļūt nelietojama.
Civilās aizsardzības un vides jomā HAPS kalpo kā novērošanas un tālizpētes platformas : meža ugunsgrēku agrīnai atklāšanai, laika apstākļu uzraudzībai, emisiju uzraudzībai un piesārņotāju noplūžu kontrolei. To spēja ilgstoši atrasties vienā un tajā pašā reģionā padara tās par ideālu instrumentu šāda veida ilgstošiem uzdevumiem.
Viņi arī sāk izpētīt eksotiskākas komerciālas iespējas, piemēram, stratosfēras tūristu dirižabļus, kas nogādātu pasažierus uz "kosmosa malu" un piedāvātu lidojuma pieredzi augstkalnā. Šīs pašas platformas varētu pārvadāt zinātniskas vai tehnoloģiskas kravas un kalpot par jaunu sensoru, kameru vai sakaru sistēmu izmēģinājumu poligoniem.
NASSAT un savienojamības risinājumi HAPS
Līdztekus lidmašīnu un dirižabļu attīstībai tiek izstrādāti īpaši sakaru risinājumi , lai šīs platformas varētu nemanāmi integrēties ar satelītu un zemes tīkliem. Viens piemērs ir NASSAT, kas strādā pie modernām savienojamības sistēmām, kas paredzētas darbībai pa satelīta/stratosfēras/Zemes asi un nodrošina stabilus savienojumus lielos augstumos.
NASSAT risinājumi ietver plakanas elektroniskās antenas bez kustīgām daļām , kas aprīkotas ar elektronisko stara stūrēšanu, automātisku signāla uztveršanu un dinamisko polarizācijas pārslēgšanu. Šīs antenas ir paredzētas, lai atbalstītu ātru pārslēgšanos starp dažādiem HTS un VHTS satelītiem, saglabājot latentumu, kas ir mazāks par aptuveni 35 milisekundēm, pat sarežģītos apstākļos.
Stratosfēras līdz zemes līmeņa segmentā šie priekšlikumi apvieno tādas tehnoloģijas kā masveida MIMO un 3D staru kūļa formēšanu ar iespēju darboties tādās joslās kā S josla, lai uzlabotu izturību pret traucējumiem un nelabvēlīgiem atmosfēras apstākļiem. Tas viss balstās uz tādiem progresīviem materiāliem kā aerogels, kaptons, teflons un oglekļa šķiedra, kā arī termiskās kontroles sistēmām, kas spēj uzturēt iekšējo temperatūru aptuveni 25 °C, kad ārējā temperatūra sasniedz -70 °C.
Papildus tīri tehniskajiem aspektiem NASSAT uzsver, ka daudziem HAPS projektiem joprojām trūkst visaptverošu sakaru risinājumu un ka pastāv ievērojamas iespējas uzņēmumiem, kas var piedāvāt pilnīgus pakotnes, sākot no antenas līdz integrācijai ar operatoru tīkliem un valsts iestādēm. Šī iemesla dēļ tā sadarbojas gan ar valdības iestādēm, gan privātiem uzņēmumiem un kosmosa konsorcijiem.
Ja visas šīs daļas nostāsies savās vietās, stratosfēras internets ir labā pozīcijā, lai kļūtu par patiesu satelītu un sauszemes tīklu papildinājumu , īpaši lauku, salu vai katastrofu skartajos apgabalos, kur tradicionālo antenu izvietošana ir lēna, dārga vai nepraktiska. Tas, kas notiks turpmākajos gados Japānā, Indonēzijā, Skotijā vai Āfrikas daļās, būs izšķiroši svarīgi, lai noteiktu, cik lielā mērā šīs platformas varēs izpildīt savu solījumu patiesi pārvarēt digitālo plaisu un konkurēt tieši ar tādiem milžiem kā Starlink.
