平流层互联网：高空平台如何与卫星竞争

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所谓的平流层互联网已不再是遥不可及的未来概念，而是电信行业最热门的领域之一。当全世界的目光都聚焦在星链（Starlink）和OneWeb等卫星星座上时，一些公司正大力推进利用能够在近20公里高空盘旋的飞机和飞艇，将网络连接延伸至高层大气。

这股新的技术浪潮有着非常明确的目标：连接全球2.200亿仍然无法或只能有限接入互联网的人口，因为他们居住在农村地区、偏远岛屿，或者部署光纤电缆或基站成本过高的地区。同时，它旨在通过提供延迟更低、更灵活、理论上维护成本更低的替代方案，与卫星互联网展开竞争。

平流层互联网究竟是什么？

当我们谈到平流层互联网时，我们指的是使用高空平台（HAPS），也就是在平流层飞行的无人机、太阳能无人机或飞艇，通常在地球表面上方18到21公里之间。从这个位置，它们就像空中的基站一样，用数据和语音信号覆盖广阔的区域。

与卫星相比，这些平台的主要区别在于它们距离地球更近。这可以显著降低信号延迟，对于视频通话、在线游戏或紧急情况下的关键应用等需要快速响应的应用至关重要。此外，它们可以直接向普通手机发送信号，无需在每个家庭安装卫星天线或其他特殊设备。

据专业杂志《麻省理工科技评论》报道，这些高空平台（HAPS）在为偏远和人口稀少的地区提供网络连接方面潜力巨大，在这些地区，建设地面基础设施成本效益不高。我们指的是小岛、山村、沙漠地区或森林，在这些地方架设信号塔或铺设光缆在后勤和经济方面都是真正的难题。

所有这一切都发生在这样一个背景下：尽管目前已有近万颗活跃的星链卫星和约650颗OneWeb卫星，但全球大部分地区的稳定网络覆盖仍然无法得到保证。换句话说，全球卫星互联网的承诺仍然存在显著的不足，而平流层互联网正是为了弥补这一缺口而努力。

谷歌的气球项目 Loon 就是一个先例

在新一代平台出现之前，最著名的尝试之一是谷歌X的Loon项目。该项目于2011年启动，其理念是在平流层创建一个高空气球网络，作为漂浮的电信网络。这些气球被放置在高空，理论上应该停留在特定区域上空以提供互联网服务。

理论上听起来很棒，但实际上他们遇到了一个基本的物理问题：气球完全依赖于风向。虽然系统可以改变高度以利用不同方向的风，但要让气球长时间保持在所需位置却非常困难。

这种不可预测性使得谷歌需要部署大量气球以确保至少有一些气球位于服务区域内，这导致成本大幅上升。随着项目的推进，人们逐渐意识到这种模式在经济上不可行。经过多年的测试，谷歌最终于2021年关闭了Loon项目。

尽管遭遇了挫折，但利用平流层提供网络连接的想法并未就此消亡。与此同时，其他公司也一直在研发更易于控制的高空平台（HAPS），其设计与气球截然不同：它们包括可机动的飞艇和由太阳能或氢能驱动的固定翼无人机。关键在于创造一种无需借助风力即可在某一点上空几乎静止不动的平台。

如今，像 Aalto HAPS 或 Sceye 这样的公司声称已经解决了导致 Loon 沉没的那个弱点，它们结合了更高效的空气动力学、智能航空电子设备和推进系统，这些系统能够“逆风而行”以补偿阵风，并在实践中将自身锚定在特定的服务区域上空。

能够飞行数周的平流层飞行器

这一系列新项目的关键卖点在于它们能够像真正的漂浮天线一样在空中停留数周甚至数月。我们不再谈论简单的原型机：一些平台已经打破了多项纪录，这表明这项技术正在走向成熟。

最受关注的公司之一是阿尔托大学HAPS公司，它是欧洲航空航天巨头空中客车公司的衍生公司。其旗舰项目是Zephyr ，这是一款翼展约25米的超轻型太阳能无人机。该无人机不断进行更长时间的试飞，并于2025年4月取得了一项惊人的里程碑：连续飞行67天，创下了HAPS领域的纪录。

从技术角度来看，Zephyr的设计目标是在平流层飞行，并作为一座悬浮在高空的移动电话基站。据阿尔托大学HAPS首席技术官皮埃尔-安托万·奥布尔（Pierre-Antoine Aubourg）介绍，其理念是将Zephyr整合到商业移动运营商的网络中，使其实际上成为网络中的另一个小区，只不过悬浮在近20公里的高空。

Zephyr卫星的首次重要商业试验将在日本南部进行，由日本移动运营商NTT DOCOMO和卫星通信公司Space Compass合作开展。日本的地理环境使其成为理想的试验场：日本拥有约430个有人居住的岛屿，其中许多岛屿地处偏远、山峦叠嶂，人口相对稀少，这极大地增加了传统基础设施部署的难度。

在日本的这些试验中，Zephyr 将直接向普通智能手机广播高速 5G 连接，无需用户进行任何特殊安装。其频率以及与网络的集成方式，将使地面用户几乎感觉不到从地面基站到平流层平台的切换。

平流层飞艇和新型高空平台设计

除了像Zephyr这样的固定翼无人机之外，该领域另一个备受关注的领域是平流层飞艇。Sceye公司就专注于此，这家位于美国新墨西哥州的公司开发了一种大型系留气球，长约65米，采用太阳能和氦气驱动，并具备加压功能。

Sceye创始人兼首席执行官Mikkel Frandsen坚称，凭借飞艇可控的外形、先进的航空电子设备和新一代电池，他的公司实现了Loon未能实现的目标。这些电池为电动风扇供电，使飞艇能够“逆风航行”，这意味着它可以抵消风向并保持在目标区域上空。

这种设计还有一个额外的优势：飞艇的大面积表面可以集成太阳能电池板和大容量电池，有效载荷超过250公斤。这使得该平台能够在昼夜循环中保持必要的能量，并在高度和位置上保持稳定，这对持续运行至关重要。

Sceye公司还将目光投向日本，计划在日本进行其首个高空连接预商业试验。该公司已与日本电信巨头软银集团达成合作，软银集团将高空定位系统（HAPS）视为提升其网络“更上一层楼”并覆盖目前仍处于数字鸿沟的农村或岛屿地区的途径。

与此同时，其他主要参与者也在采取行动。总部位于伦敦的World Mobile公司收购了Stratospheric Platforms公司，并正在研发一种氢动力平流层无人机。根据其计划，该无人机配备相控阵天线，能够在约15.000平方公里的区域内，同时为约500.000万用户提供高达200Mbps的网速，这大致相当于500多个传统手机信号塔的覆盖范围。

与卫星互联网和地面基础设施相比的优势

人们对平流层互联网的兴趣不仅仅在于看到飞艇和无人机在高空翱翔的壮观景象。其主要动机在于经济和运营层面：在目前网络连接尚不盈利的地区实现盈利，并更灵活地补充现有网络。

卫星互联网，即使是像星链这样先进的系统，也常常受到诟病，那就是当许多用户集中在同一区域时，带宽会被稀释。由于卫星运行在近地轨道，它们的“覆盖范围”非常广，就像手电筒的光束一样：这对于用户分散的区域来说很好，但当用户密度增加时，就会出现问题。

有非常明显的例子：在冲突地区，例如乌克兰前线，据报道，当使用量激增时（例如，大量无人机和地面机器人同时连接），Starlink 的性能会从峰值 220 Mbps 骤降至 10 Mbps。在印度尼西亚这个地理环境在某些方面与日本相似的岛国，一些用户也反映，随着订阅量的增加，网速反而下降了。

弗兰德森甚至指出，当用户密度超过每平方公里约一个时，星链的最佳性能就开始下降，这种情况甚至可能发生在岛屿社区——这些社区虽然面积不大，但却在小范围内聚集了成百上千的人口。这一限制促使运营商为某些地区寻找替代方案。

另一方面，高空平台系统（HAPS）可以悬停在特定区域上空，并根据实际需求调整平台数量，而无需为单个国家或地区部署整个星座。正如奥布尔格总结的那样，如果只需要覆盖特定区域，一架平流层飞机就足够了；如果需要更多容量，则会增加更多飞机，但方式更加精细。

成本、商业模式和市场潜力

这个故事的关键在于，这种网络连接方式的实际成本与其它替代方案相比究竟如何。目前，卫星互联网对许多发展中国家的用户来说仍然过于昂贵。在非洲部分地区，Starlink 的月费起价约为 10 美元，但这些国家有数百万人每天的生活费不足 2 美元，因此这项服务对他们来说根本不划算。

像Aalto HAPS和Sceye这样的公司认为，与卫星和偏远地区的地面基础设施相比，他们的平台可以降低每个用户的部署成本。由于只需更少的飞机就能覆盖大片区域，而且无需安装数千座塔架，因此初始投资和维护成本都得以降低，理论上，这应该会转化为最终用户更低的价格。

世界移动通信公司（World Mobile）则给出了非常具体的数字。据其平流层业务部门负责人理查德·迪金（Richard Deakin）称，九座Stratomast平台足以向苏格兰5,5万居民提供高速通信服务，总成本约为每年40万英镑。换算成日常开支，这相当于每人每月约60便士，远低于目前英国Starlink的订阅费用（每月约75英镑）。

即便如此，行业分析师仍持谨慎态度。例如，Analysis Mason 等机构的研究预测，到 2033 年，高空平台系统(HAPS) 市场规模可能达到约 1.900 亿美元，与卫星互联网行业的预期规模（到 2030 年可能达到约 33.440 亿美元）相比，这一数字较为保守。换句话说，卫星市场规模无疑会更大，但 HAPS 的目标是占据非常具体且具有战略意义的细分市场。

值得注意的是，高空平台系统（HAPS）技术并非全新概念。早在20世纪90年代，人们就开始对其进行研究，几乎与巨型卫星星座的开发同步进行。然而，太空发射成本的下降以及SpaceX等公司的巨额投资，使得平流层解决方案一度被搁置。如今，得益于材料、电池、太阳能电池板和控制系统的改进，高空平台系统正强势回归。

监管、安全以及互联网接入以外的应用

要使高空互联网普及，仅仅拥有相关技术是不够的；监管机构还需要认定其可行性和安全性。在这方面，美国联邦航空管理局（FAA）已开始采取行动，发布了一份约50页的文件，探讨如何将大量高空平台系统（HAPS）整合到美国空域中。

监管机构的这种关注并非偶然。根据美国人口普查局美国社区调查的数据，美国仍有约8万户家庭未接入互联网，约占总人口的4,5%。对于高速移动平台（HMP）的支持者而言，与部署新的光纤网络或继续扩展传统移动基础设施相比，这些平台可以提供更经济、更灵活的解决方案。

除了互联网接入外，平流层平台还有许多其他非常有前景的应用。各国政府和安全部队可以利用它们进行边境监视、海上或空中交通管制、侦察任务，以及在自然灾害或武装冲突等地面基础设施可能被摧毁或无法使用的情况下进行紧急通信。

在民防和环境领域，高空平台可用作观测和遥感平台，用于早期探测森林火灾、气象监测、排放监测和污染物泄漏控制。它们能够长时间停留在同一区域上空，使其成为执行此类长期任务的理想工具。

他们也开始探索更具异国情调的商业可能性，例如平流层旅游飞艇，可以将乘客送至“太空边缘”，提供高空飞行体验。这些平台还可以运输科学或技术载荷，并作为新型传感器、相机或通信系统的测试平台。

用于高空平台系统的NASSAT和连接解决方​​案

随着飞机和飞艇的发展，专门的通信解决方案也在不断涌现，以使这些平台能够与卫星和地面网络无缝集成。例如，NASSAT 正在研发先进的连接系统，该系统旨在沿卫星/平流层/地球轴线运行，并在高空提供稳定的链路。

NASSAT的解决方案包括无移动部件的平面电子天线，具备电子波束控制、自动信号捕获和动态极化切换功能。这些天线旨在支持不同HTS和VHTS卫星之间的快速切换，即使在严苛条件下也能保持低于约35毫秒的延迟。

在平流层到地面的传输段，这些方案结合了大规模MIMO和3D波束成形等技术，并可选择在S波段等频段运行，以提高抗干扰和应对恶劣大气条件的能力。所有这些都依赖于气凝胶、聚酰亚胺薄膜（Kapton）、聚四氟乙烯（Teflon）和碳纤维等先进材料，以及能够在外部温度低至-70°C时将内部温度维持在25°C左右的热控系统。

除了纯粹的技术层面，NASSAT强调，许多高空平台系统（HAPS）项目仍然缺乏全面的通信解决方案，因此，能够提供从天线到与运营商网络和公共机构集成等完整解决方案的公司拥有巨大的市场机遇。为此，NASSAT与政府机构、私营企业和航空航天联盟均开展合作。

如果所有这些条件都能到位，高空互联网有望成为卫星和地面网络的真正补充，尤其是在农村、岛屿或灾区等部署传统天线缓慢、昂贵或不切实际的地区。未来几年在日本、印度尼西亚、苏格兰或非洲部分地区的发展，对于这些平台能否真正弥合数字鸿沟并与星链等巨头正面竞争至关重要。