- Stratospheric internet wykorzystuje platformy HAPS na wysokości prawie 20 km, aby zapewnić łączność o niskim opóźnieniu bezpośrednio do tradycyjnych telefonów komórkowych.
- Projekty takie jak sterowce Zephyr (Aalto HAPS) i Sceye'a mają na celu przezwyciężenie niedostatków sterowców Loon poprzez zapewnienie zwrotności statku powietrznego i autonomii rzędu tygodni.
- Rozwiązania te mają na celu zmniejszenie wykluczenia cyfrowego na obszarach oddalonych oraz konkurowanie pod względem kosztów i przepustowości z konstelacjami satelitarnymi, takimi jak Starlink.
Tak zwany internet stratosferyczny przestał być futurystyczną koncepcją i stał się jednym z najgorętszych tematów w branży telekomunikacyjnej. Podczas gdy świat koncentruje się na konstelacjach satelitarnych, takich jak Starlink i OneWeb, grupa firm intensywnie pracuje nad zapewnieniem łączności z górną atmosferą za pomocą samolotów i sterowców zdolnych do unoszenia się na wysokości prawie 20 kilometrów nad ziemią.
Ta nowa fala technologiczna ma jasno określony cel: połączyć 2.200 miliarda ludzi , którzy wciąż mają bardzo ograniczony dostęp do internetu lub nie mają go wcale, ponieważ mieszkają na obszarach wiejskich, odległych wyspach lub w regionach, gdzie instalacja światłowodów lub masztów komórkowych jest nieopłacalna. W ten sposób ma ona konkurować z internetem satelitarnym, oferując alternatywę o niższych opóźnieniach, większej elastyczności i, teoretycznie, tańszej w utrzymaniu.
Czym właściwie jest stratosferyczny internet?
Mówiąc o internecie stratosferycznym, mamy na myśli wykorzystanie platform wysokościowych (HAPS) , czyli bezzałogowych statków powietrznych, dronów zasilanych energią słoneczną lub sterowców, które poruszają się w stratosferze, zazwyczaj na wysokości od 18 do 21 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Z tej pozycji działają one jak wieże komórkowe na niebie , pokrywając rozległe obszary sygnałami danych i głosu.
Główną różnicą w porównaniu z satelitami jest to, że platformy te znajdują się znacznie bliżej Ziemi . Pozwala to na zmniejszenie opóźnienia sygnału, co jest kluczowe w zastosowaniach wymagających szybkiej reakcji, takich jak rozmowy wideo, gry online czy krytyczne aplikacje w sytuacjach awaryjnych. Co więcej, mogą one przesyłać sygnał bezpośrednio do standardowych telefonów komórkowych , bez konieczności instalowania anten satelitarnych czy specjalistycznego sprzętu w każdym domu.
Według specjalistycznego magazynu MIT Technology Review, potencjał platform HAPS (High Altitude Platforms) jest ogromny, jeśli chodzi o zapewnienie łączności w odległych i słabo zaludnionych regionach , gdzie populacja jest tak niska, że budowa infrastruktury naziemnej jest nieopłacalna. Mowa tu o małych wyspach, górskich wioskach, obszarach pustynnych czy lasach, gdzie wznoszenie wież lub układanie światłowodów to prawdziwy problem logistyczny i ekonomiczny.
Wszystko to dzieje się w kontekście, w którym pomimo istnienia prawie 10 000 aktywnych satelitów Starlink i około 650 satelitów OneWeb , wciąż nie ma gwarancji solidnego zasięgu na dużych obszarach planety. Innymi słowy, obietnica globalnego internetu satelitarnego wciąż ma znaczące braki i właśnie w tym obszarze internet stratosferyczny ma szansę odegrać znaczącą rolę.
Precedens Loon, projektu balonowego Google’a
Przed pojawieniem się tej nowej generacji platform, jedną z najbardziej znanych prób był Loon, projekt Google X. Uruchomiony w 2011 roku, jego ideą było stworzenie sieci balonów wysokościowych w stratosferze, które miały działać jako pływająca sieć telekomunikacyjna. Balony były umieszczane na dużych wysokościach i teoretycznie miały utrzymywać się nad określonymi obszarami, aby zapewnić dostęp do internetu.
Na papierze brzmiało to świetnie, ale w praktyce napotkali podstawowy problem fizyczny: balony były całkowicie zależne od prądów wiatru . Chociaż system mógł zmieniać wysokość, aby wykorzystać wiatry z różnych kierunków, utrzymanie balonu dokładnie tam, gdzie był potrzebny, przez długi czas było bardzo trudne.
Ta nieprzewidywalność wymagała użycia ogromnej floty balonów w powietrzu, aby zapewnić, że przynajmniej część z nich znajdzie się w obszarze objętym usługą, co podniosło koszty. W miarę postępu projektu stało się jasne, że model ten jest nieopłacalny . Po latach testów Google ostatecznie zamknął Loon w 2021 roku.
Pomimo tego niepowodzenia, idea wykorzystania stratosfery do zapewnienia łączności nie umarła. Tymczasem inne firmy od pewnego czasu pracowały nad bardziej sterowalnymi platformami HAPS (High Altitude Platforms), których projekty znacznie różniły się od balonów: sterowalne sterowce i drony ze skrzydłami stałymi zasilane energią słoneczną lub wodorem. Kluczem było stworzenie platformy, która mogłaby pozostać niemal nieruchoma nad punktem, bez konieczności polegania na wietrze.
Dzisiaj firmy takie jak Aalto HAPS czy Sceye twierdzą, że rozwiązały właśnie ten słaby punkt, który doprowadził do zatonięcia Loon, łącząc wydajniejszą aerodynamikę , inteligentną awionikę i systemy napędowe zdolne do „skierowania się pod wiatr” w celu kompensacji podmuchów i zakotwiczenia się, w praktyce, nad konkretnym obszarem obsługi.
Kluczowym atutem tej nowej fali projektów jest ich zdolność do pozostawania w powietrzu przez tygodnie, a nawet miesiące , działając jak prawdziwe anteny pływające. Nie mówimy już o prostych prototypach: niektóre platformy pobiły znaczące rekordy, co dowodzi, że technologia dojrzewa.
Jedną z najgłośniejszych nazw jest Aalto HAPS , spółka spin-off europejskiego giganta lotnictwa i kosmonautyki Airbus. Jej flagowym projektem jest Zephyr , ultralekki dron zasilany energią słoneczną o rozpiętości skrzydeł około 25 metrów . Pojazd ten odbywa coraz dłuższe loty testowe, osiągając niezwykły kamień milowy: 67 kolejnych dni w powietrzu w kwietniu 2025 roku, co stanowi rekord w sektorze HAPS.
Z technicznego punktu widzenia Zephyr został zaprojektowany do lotu w stratosferze i pełnienia funkcji wieży telefonii komórkowej zawieszonej wysoko nad ziemią. Według Pierre-Antoine'a Aubourga, dyrektora ds. technologii w Aalto HAPS, ideą jest zintegrowanie go z sieciami komercyjnych operatorów komórkowych, tak aby stał się on, praktycznie rzecz biorąc, kolejną komórką w sieci, unoszącą się jedynie na wysokości prawie 20 kilometrów.
Pierwsze znaczące testy komercyjne Zephyra odbędą się w południowej Japonii , we współpracy z operatorem komórkowym NTT DOCOMO i firmą telekomunikacyjną Space Compass. Geografia Japonii czyni ją idealnym poligonem doświadczalnym: ma około 430 zamieszkanych wysp , z których wiele jest górzystych, odległych i stosunkowo słabo zaludnionych, co znacznie utrudnia wdrażanie tradycyjnej infrastruktury.
W japońskich testach Zephyr będzie transmitował szybką łączność 5G bezpośrednio do standardowych smartfonów, bez konieczności specjalnej instalacji ze strony użytkownika. Częstotliwość i sposób jej integracji z siecią sprawią, że przejście z naziemnej komórki na platformę stratosferyczną będzie praktycznie niezauważalne dla osoby na Ziemi.
Sterowce stratosferyczne i nowe projekty HAPS
Oprócz dronów ze skrzydłami stałymi, takich jak Zephyr, kolejnym obszarem zainteresowania w tym sektorze są sterowce stratosferyczne . Tu właśnie pojawia się Sceye, firma z siedzibą w Nowym Meksyku (USA), która opracowała duży aerostat o długości około 65 metrów, zasilany energią słoneczną i helem, zasilany sprężonym powietrzem.
Założyciel i dyrektor generalny Sceye, Mikkel Frandsen, twierdzi, że jego firma osiągnęła to, czego nie udało się Loon, dzięki połączeniu sterowalnego kształtu sterowca , zaawansowanej awioniki i akumulatorów nowej generacji. Akumulatory te zasilają wentylator elektryczny, który pozwala sterowcowi „sterować pod wiatr”, co oznacza, że może on przeciwdziałać prądom wiatru i utrzymywać pozycję nad pożądanym obszarem.
Ta konstrukcja oferuje dodatkową zaletę: duża powierzchnia sterowca pozwala na integrację paneli słonecznych i akumulatorów o dużej pojemności , a także na ładowność ponad 250 kilogramów. Dzięki temu platforma może utrzymać niezbędne zasoby energii w ciągu dnia i nocy oraz zachować stabilność zarówno na wysokości, jak i w położeniu, co jest kluczowe dla ciągłości działania.
Sceye ma również na oku Japonię, gdzie przeprowadzi swoje pierwsze przedkomercyjne testy łączności stratosferycznej. Firma nawiązała współpracę z SoftBank, jednym z japońskich gigantów telekomunikacyjnych, który postrzega HAPS jako sposób na przeniesienie swoich sieci „na wyższy poziom” i objęcie nimi obszarów wiejskich lub wyspiarskich, które obecnie pozostają w cyfrowym zawieszeniu.
Tymczasem inni znaczący gracze podejmują działania. Londyńska firma World Mobile przejęła firmę Stratospheric Platforms i pracuje nad bezzałogowym statkiem powietrznym (UAV) zasilanym wodorem, wyposażonym w antenę z fazowanym układem anten, która, zgodnie z planami firmy, będzie w stanie dostarczyć do 200 Mb/s do około 500 000 użytkowników jednocześnie na obszarze około 15 000 km², co mniej więcej odpowiada zasięgowi ponad 500 tradycyjnych masztów telefonii komórkowej.
Zalety w porównaniu z internetem satelitarnym i infrastrukturą naziemną
Zainteresowanie internetem stratosferycznym nie ogranicza się jedynie do widoku sterowców i dronów unoszących się wysoko na niebie. Główną motywacją są względy ekonomiczne i operacyjne: zapewnienie opłacalności łączności w obszarach, w których obecnie nie jest ona dostępna, oraz bardziej elastyczne uzupełnianie istniejących sieci.
Jednym z częstych zarzutów wobec internetu satelitarnego, nawet zaawansowanych systemów takich jak Starlink, jest to, że przepustowość ulega rozproszeniu, gdy wielu użytkowników jest skoncentrowanych w tym samym obszarze. Ponieważ satelity znajdują się na niskiej orbicie okołoziemskiej, ich „stożek zasięgu” jest bardzo szeroki, niczym snop światła latarki: idealny dla obszarów z rozproszonym ruchem użytkowników, ale problematyczny, gdy rośnie zagęszczenie użytkowników.
Istnieją bardzo wyraźne przykłady: w strefach konfliktów, takich jak front na Ukrainie, wydajność Starlinka spadała z maksymalnych prędkości 220 Mb/s do zaledwie 10 Mb/s w okresach gwałtownego wzrostu obciążenia , na przykład przy jednoczesnym połączeniu wielu dronów i robotów naziemnych. W Indonezji, państwie wyspiarskim o geografii zbliżonej pod pewnymi względami do Japonii, niektórzy użytkownicy również zgłaszali spadek prędkości wraz ze wzrostem liczby subskrypcji.
Frandsen posuwa się nawet do stwierdzenia, że optymalna wydajność Starlinka zaczyna spadać, gdy gęstość przekracza około jednego użytkownika na kilometr kwadratowy , co może się zdarzyć nawet w społecznościach wyspiarskich, które, choć nie są ogromne, skupiają setki lub tysiące osób na niewielkim obszarze. To ograniczenie skłania operatorów do poszukiwania alternatyw dla niektórych regionów.
Z drugiej strony, HAPS może unosić się nad określonym regionem i dostosowywać liczbę platform do rzeczywistego zapotrzebowania, bez konieczności rozmieszczania całych konstelacji dla jednego kraju lub obszaru. Jak podsumowuje Aubourg, jeśli zasięg jest potrzebny na określonym obszarze, wystarczy jeden samolot stratosferyczny; jeśli wymagana jest większa przepustowość, dodaje się więcej samolotów, ale w znacznie bardziej szczegółowy sposób.
Koszty, modele biznesowe i potencjał rynkowy
Kluczowym punktem tej historii jest to, ile ten rodzaj połączenia będzie faktycznie kosztował w porównaniu z alternatywami. Obecnie internet satelitarny pozostaje zaporowo drogi dla wielu użytkowników w krajach rozwijających się. Ceny Starlinka zaczynają się od około 10 dolarów miesięcznie w niektórych częściach Afryki, ale miliony ludzi w tych krajach żyją za zaledwie 2 dolary dziennie, więc usługa po prostu nie jest dla nich opłacalna.
Firmy takie jak Aalto HAPS i Sceye twierdzą, że ich platformy mogą obniżyć koszty wdrożenia na użytkownika w porównaniu z satelitami i infrastrukturą naziemną na odległych obszarach. Obejmując duże regiony mniejszą liczbą samolotów i bez konieczności instalowania tysięcy wież, obniżają się zarówno początkowe koszty inwestycji, jak i koszty utrzymania, co teoretycznie powinno przełożyć się na niższe ceny dla użytkownika końcowego.
Firma World Mobile z kolei przedstawiła bardzo konkretne liczby. Według Richarda Deakina, szefa działu stratosfery, dziewięć platform Stratomast wystarczyłoby do zapewnienia szybkiego łącza 5,5 milionom mieszkańców Szkocji, przy całkowitym koszcie około 40 milionów funtów rocznie. W przeliczeniu na dobową kwotę odpowiadałoby to około 60 pensom na osobę miesięcznie , znacznie poniżej obecnych opłat abonamentowych Starlink w Wielkiej Brytanii, które wynoszą około 75 funtów miesięcznie.
Mimo to analitycy branżowi zachowują ostrożność. Badania, takie jak te przeprowadzone przez Analysis Mason, prognozują, że rynek HAPS może osiągnąć wartość około 1.900 miliarda dolarów do 2033 roku, co stanowi skromną wartość w porównaniu z szacunkami dla branży internetu satelitarnego, która do 2030 roku może osiągnąć wartość około 33.440 miliarda dolarów. Innymi słowy, rynek satelitarny będzie prawdopodobnie znacznie większy, ale HAPS ma na celu zdobycie bardzo specyficznych i strategicznych nisz.
Warto pamiętać, że technologia HAPS nie jest nową koncepcją . Jest badana od lat 90. XX wieku, niemal równolegle z rozwojem megakonstelacji satelitów. Jednak spadek kosztów startów kosmicznych i ogromne inwestycje firm takich jak SpaceX sprawiły, że rozwiązania stratosferyczne na jakiś czas zeszły na dalszy plan. Teraz przeżywają one renesans dzięki ulepszeniom w zakresie materiałów, baterii, paneli słonecznych i systemów sterowania.
Regulacje, bezpieczeństwo i zastosowania wykraczające poza dostęp do Internetu
Aby internet stratosferyczny stał się powszechny, samo przygotowanie technologii nie wystarczy; organy regulacyjne muszą uznać ją za wykonalną i bezpieczną. W tym celu Federalna Administracja Lotnictwa USA (FAA) rozpoczęła działania, publikując około 50-stronicowy dokument, w którym analizuje możliwości integracji znacznej liczby platform HAPS z przestrzenią powietrzną USA.
Ten interes regulacyjny nie jest przypadkowy. W Stanach Zjednoczonych nadal około 8 milionów gospodarstw domowych nie ma dostępu do internetu , co stanowi około 4,5% populacji, według danych American Community Survey przeprowadzonych przez Census Bureau. Dla zwolenników szybkich platform mobilnych (HAPS) platformy te mogą oferować tańsze i bardziej elastyczne rozwiązanie niż wdrażanie nowych sieci światłowodowych lub dalsza rozbudowa tradycyjnej infrastruktury mobilnej.
Oprócz dostępu do internetu, platformy stratosferyczne mają szereg innych, bardzo obiecujących zastosowań . Rządy i siły bezpieczeństwa mogą wykorzystywać je do nadzoru granic, kontroli ruchu morskiego i lotniczego, misji rozpoznawczych oraz komunikacji alarmowej w przypadku klęsk żywiołowych lub konfliktów zbrojnych, gdzie infrastruktura naziemna może zostać zniszczona lub stać się bezużyteczna.
W dziedzinie ochrony ludności i środowiska, HAPS służą jako platformy obserwacyjne i teledetekcyjne : do wczesnego wykrywania pożarów lasów, monitorowania pogody, monitorowania emisji oraz kontroli wycieków zanieczyszczeń. Ich zdolność do pozostawania nad tym samym regionem przez dłuższy czas czyni je idealnym narzędziem do tego typu długotrwałych zadań.
Zaczynają również badać bardziej egzotyczne możliwości komercyjne, takie jak stratosferyczne sterowce turystyczne, które zabierałyby pasażerów na „kraniec kosmosu” i oferowałyby loty na dużych wysokościach. Te same platformy mogłyby transportować ładunki naukowe lub technologiczne oraz służyć jako poligony testowe dla nowych czujników, kamer czy systemów komunikacyjnych.
NASSAT i rozwiązania łączności dla HAPS
Równolegle z rozwojem samolotów i sterowców, opracowywane są specjalistyczne rozwiązania komunikacyjne , które umożliwiają tym platformom bezproblemową integrację z sieciami satelitarnymi i naziemnymi. Przykładem jest NASSAT, który pracuje nad zaawansowanymi systemami łączności zaprojektowanymi do działania wzdłuż osi satelita/stratosfera/ziemia i zapewnienia solidnych połączeń na dużych wysokościach.
Rozwiązania NASSAT obejmują płaskie anteny elektroniczne bez ruchomych części , wyposażone w elektroniczne sterowanie wiązką, automatyczną akwizycję sygnału i dynamiczne przełączanie polaryzacji. Anteny te zostały zaprojektowane z myślą o szybkim przełączaniu między różnymi satelitami HTS i VHTS, utrzymując opóźnienie poniżej około 35 milisekund, nawet w trudnych warunkach.
W segmencie stratosferycznym i naziemnym, propozycje te łączą technologie takie jak Massive MIMO i formowanie wiązki 3D , z możliwością pracy w pasmach takich jak pasmo S, co zwiększa odporność na zakłócenia i niekorzystne warunki atmosferyczne. Wszystko to opiera się na zaawansowanych materiałach, takich jak aerożel, kapton, teflon i włókno węglowe, a także systemach kontroli temperatury zdolnych do utrzymania temperatury wewnętrznej około 25°C, gdy temperatura zewnętrzna spada do -70°C.
Poza aspektami czysto technicznymi, NASSAT podkreśla, że w wielu projektach HAPS wciąż brakuje kompleksowych rozwiązań komunikacyjnych i że firmy oferujące kompletne pakiety, od anteny po integrację z sieciami operatorów i agencjami publicznymi, mają ogromne możliwości. Dlatego NASSAT współpracuje zarówno z jednostkami rządowymi, jak i firmami prywatnymi oraz konsorcjami lotniczymi.
Jeśli wszystkie te elementy się połączą, internet stratosferyczny będzie miał szansę stać się prawdziwym uzupełnieniem sieci satelitarnych i naziemnych , zwłaszcza na obszarach wiejskich, wyspiarskich lub dotkniętych katastrofami, gdzie rozmieszczenie tradycyjnych anten jest powolne, kosztowne lub niepraktyczne. To, co wydarzy się w nadchodzących latach w Japonii, Indonezji, Szkocji czy niektórych częściach Afryki, będzie kluczowe dla określenia, w jakim stopniu platformy te będą w stanie spełnić obietnicę rzeczywistego zniwelowania wykluczenia cyfrowego i konkurowania z gigantami takimi jak Starlink.
