- 平流層互聯網利用近 20 公里高空的 HAPS 平台，直接為傳統行動電話提供低延遲連線。
- Zephyr（阿爾託大學高空平台系統）和 Sceye 的飛艇等項目旨在透過機動性強的飛行器和數週的自主飛行能力來克服 Loon 的不足。
- 這些解決方案旨在縮小偏遠地區的數位鴻溝，並在成本和容量方面與星鍊等衛星星座競爭。
所謂的平流層網路已不再是遙不可及的未來概念，而是電信業最熱門的領域之一。當全世界的目光都聚焦在星鏈（Starlink）和OneWeb等衛星星座上時，一些公司正大力推進利用能夠在近20公里高空盤旋的飛機和飛艇，將網路連接延伸至高層大氣。
這股新的科技浪潮有著非常明確的目標：連接全球2.200億仍無法或只能有限接取網路的人口，因為他們居住在農村地區、偏遠島嶼，或部署光纖電纜或基地台成本過高的地區。同時，它旨在透過提供延遲更低、更靈活、理論上維護成本更低的替代方案，與衛星互聯網競爭。
平流層網路究竟是什麼？
當我們談到平流層網路時，我們指的是使用高空平台（HAPS），也就是在平流層飛行的無人機、太陽能無人機或飛艇，通常在地球表面上方18到21公里之間。從這個位置，它們就像空中的基地台一樣，用數據和語音訊號覆蓋廣闊的區域。
與衛星相比，這些平台的主要區別在於它們離地球更近。這可以顯著降低訊號延遲，對於視訊通話、線上遊戲或緊急情況下的關鍵應用等需要快速回應的應用至關重要。此外，它們可以直接向普通手機發送訊號，無需在每個家庭安裝衛星天線或其他特殊設備。
根據專業雜誌《麻省理工科技評論》報道，這些高空平台（HAPS）在為偏遠和人口稀少的地區提供網路連接方面潛力巨大，在這些地區，建設地面基礎設施成本效益不高。我們指的是小島、山村、沙漠地區或森林，在這些地方架設信號塔或鋪設光纜在後勤和經濟方面都是真正的難題。
這一切都發生在這樣一個背景下：儘管目前已有近萬顆活躍的星鏈衛星和約650顆OneWeb衛星，但全球大部分地區的穩定網路覆蓋範圍仍然無法保證。換句話說，全球衛星網路的承諾仍有顯著的不足，而平流層網路正是為了彌補這一缺口而努力。
谷歌的氣球計畫 Loon 就是一個先例
在新一代平台出現之前，最著名的嘗試之一是GoogleX的Loon專案。該計畫於2011年啟動，其理念是在平流層創建一個高空氣球網絡，作為漂浮的電信網路。這些氣球被放置在高空，理論上應該停留在特定區域上空以提供網路服務。
理論上聽起來很棒，但實際上他們遇到了一個基本的物理問題：氣球完全依賴風向。雖然系統可以改變高度以利用不同方向的風，但要讓氣球長時間保持在所需位置卻非常困難。
這種不可預測性使得Google需要部署大量氣球以確保至少有一些氣球位於服務區域內，這導致成本大幅上升。隨著計畫的推進，人們逐漸意識到這種模式在經濟上不可行。經過多年的測試，Google最終在2021年關閉了Loon專案。
儘管遭遇了挫折，但利用平流層提供網路連線的想法並未就此消亡。同時，其他公司也一直在研發更易於控制的高空平台（HAPS），其設計與氣球截然不同：它們包括可機動的飛艇和由太陽能或氫能驅動的固定翼無人機。關鍵在於創造一個無需借助風力即可在某一點上空幾乎靜止不動的平台。
如今，像 Aalto HAPS 或 Sceye 這樣的公司聲稱已經解決了導致 Loon 沉沒的那個弱點，它們結合了更有效率的空氣動力學、智慧航空電子設備和推進系統，這些系統能夠「逆風而行」以補償陣風，並在實踐中將自身錨定在特定的服務區域上空。
這一系列新項目的關鍵賣點在於它們能夠像真正的漂浮天線一樣在空中停留數週甚至數月。我們不再談論簡單的原型機：一些平台已經打破了多項紀錄，這表明這項技術正在成熟。
最受關注的公司之一是阿爾託大學HAPS公司，它是歐洲航空航天巨頭空中巴士公司的衍生公司。其旗艦項目是Zephyr ，這是一款翼展約25公尺的超輕型太陽能無人機。該無人機不斷進行更長時間的試飛，並在2025年4月取得了驚人的里程碑：連續飛行67天，創下了HAPS領域的紀錄。
從技術角度來看，Zephyr的設計目標是在平流層飛行，並作為一座懸浮在高空的行動電話基地台。根據阿爾託大學HAPS首席技術官皮埃爾-安托萬·奧布爾（Pierre-Antoine Aubourg）介紹，其理念是將Zephyr整合到商業移動運營商的網絡中，使其實際上成為網絡中的另一個小區，只不過懸浮在近20公里的高空。
Zephyr衛星的首次重要商業試驗將在日本南部進行，由日本行動營運商NTT DOCOMO和衛星通訊公司Space Compass合作進行。日本的地理環境使其成為理想的試驗場：日本擁有約430個有人居住的島嶼，其中許多島嶼地處偏遠、山巒疊嶂，人口相對稀少，這大大增加了傳統基礎設施部署的難度。
在日本的這些試驗中，Zephyr 將直接向普通智慧型手機廣播高速 5G 連接，無需用戶進行任何特殊安裝。其頻率以及與網路的整合方式，將使地面用戶幾乎感覺不到從地面基地台到平流層平台的切換。
平流層飛艇與新型高空平台設計
除了像Zephyr這樣的固定翼無人機之外，該領域另一個備受關注的領域是平流層飛艇。 Sceye公司就專注於此，這家位於美國新墨西哥州的公司開發了一種大型系留氣球，長約65米，採用太陽能和氦氣驅動，並具備加壓功能。
Sceye創辦人兼執行長Mikkel Frandsen堅稱，憑藉飛艇可控的外形、先進的航空電子設備和新一代電池，他的公司實現了Loon未能實現的目標。這些電池為電動風扇供電，使飛艇能夠“逆風航行”，這意味著它可以抵消風向並保持在目標區域上空。
這種設計還有一個額外的優勢：飛艇的大面積表面可以整合太陽能電池板和大容量電池，有效載荷超過250公斤。這使得該平台能夠在晝夜循環中保持必要的能量，並在高度和位置上保持穩定，這對持續運作至關重要。
Sceye公司也將目光投向日本，計劃在日本進行首個高空連接預商業試驗。該公司已與日本電信巨頭軟銀集團達成合作，軟銀集團將高空定位系統（HAPS）視為提升其網路「更上一層樓」並覆蓋目前仍處於數位落差的農村或島嶼地區的途徑。
同時，其他主要參與者也在採取行動。總部位於倫敦的World Mobile公司收購了Stratospheric Platforms公司，並正在研發氫動力平流層無人機。根據其計劃，該無人機配備相控陣天線，能夠在約15.000平方公里的區域內，同時為約500.000萬用戶提供高達200Mbps的網速，這大致相當於500多個傳統手機訊號塔的覆蓋範圍。
與衛星互聯網和地面基礎設施相比的優勢
人們對平流層網路的興趣不僅僅在於看到飛艇和無人機在高空翱翔的壯觀景象。其主要動機在於經濟和營運層面：在目前網路連接尚不盈利的地區實現盈利，並更靈活地補充現有網路。
衛星互聯網，即使是像星鏈這樣先進的系統，也常常受到詬病，那就是當許多用戶集中在同一區域時，頻寬會被稀釋。由於衛星運行在近地軌道，它們的「覆蓋範圍」非常廣，就像手電筒的光束一樣：這對於用戶分散的區域來說很好，但當用戶密度增加時，就會出現問題。
有非常明顯的例子：在衝突地區，例如烏克蘭前線，據報道，當使用量激增時（例如，大量無人機和地面機器人同時連接），Starlink 的性能會從峰值 220 Mbps 驟降至 10 Mbps。在印尼這個地理環境在某些方面與日本相似的島國，有些使用者也反映，隨著訂閱量的增加，網路速度反而下降了。
弗蘭德森甚至指出，當使用者密度超過每平方公里約一個時，星鏈的最佳表現就開始下降，這種情況甚至可能發生在島嶼社區——這些社區雖然面積不大，但卻在小範圍內聚集了成百上千的人口。這項限制促使營運商為某些地區尋找替代方案。
另一方面，高空平台系統（HAPS）可以懸停在特定區域上空，並根據實際需求調整平台數量，而無需為單一國家或地區部署整個星座。正如奧布爾格總結的那樣，如果只需要覆蓋特定區域，一架平流層飛機就足夠了；如果需要更多容量，則會增加更多飛機，但方式更加精細。
成本、商業模式與市場潛力
這個故事的關鍵在於，這種網路連結方式的實際成本與其它替代方案相比究竟如何。目前，衛星互聯網對許多發展中國家的用戶來說仍然太昂貴。在非洲部分地區，Starlink 的月費起價約為 10 美元，但這些國家有數百萬人每天的生活費不到 2 美元，因此這項服務對他們來說根本不划算。
像Aalto HAPS和Sceye這樣的公司認為，與衛星和偏遠地區的地面基礎設施相比，他們的平台可以降低每個用戶的部署成本。由於只需更少的飛機就能覆蓋大片區域，而且無需安裝數千座塔架，因此初始投資和維護成本都得以降低，理論上，這應該會轉化為最終用戶更低的價格。
世界行動通訊公司（World Mobile）則給了非常具體的數字。據其平流層業務部門負責人理查德·迪金（Richard Deakin）稱，九座Stratomast平台足以向蘇格蘭5,5萬居民提供高速通訊服務，總成本約為每年40萬英鎊。換算成日常開支，相當於每人每月約60便士，遠低於目前英國Starlink的訂閱費用（每月約75英鎊）。
即便如此，產業分析師仍持謹慎態度。例如，Analysis Mason 等機構的研究預測，到 2033 年，高空平台系統(HAPS) 市場規模可能達到約 1.900 億美元，與衛星網路產業的預期規模（到 2030 年可能達到約 33.440 億美元）相比，這一數字較為保守。換句話說，衛星市場規模無疑會更大，但 HAPS 的目標是佔據非常具體且具有戰略意義的細分市場。
值得注意的是，高空平台系統（HAPS）技術並非全新概念。早在1990年代，人們就開始對其進行研究，幾乎與巨型衛星星座的開發同步進行。然而，太空發射成本的下降以及SpaceX等公司的龐大投資，使得平流層解決方案一度被擱置。如今，得益於材料、電池、太陽能板和控制系統的改進，高空平台系統正強勢回歸。
監管、安全以及網路存取以外的應用
要讓高空網路普及，光是擁有相關技術是不夠的；監管機構還需要認定其可行性與安全性。在這方面，美國聯邦航空管理局（FAA）已開始採取行動，發布了一份約50頁的文件，探討如何將大量高空平台系統（HAPS）整合到美國空域中。
監管機構的這種關注並非偶然。根據美國人口普查局美國社區調查的數據，美國仍有約8萬戶家庭未上網，約佔總人口的4,5%。對於高速行動平台（HMP）的支持者而言，與部署新的光纖網路或繼續擴展傳統行動基礎架構相比，這些平台可以提供更經濟、更靈活的解決方案。
除了網路存取外，平流層平台還有許多其他非常有前景的應用。各國政府和安全部隊可以利用它們進行邊境監視、海上或空中交通管制、偵察任務，以及在自然災害或武裝衝突等地面基礎設施可能被摧毀或無法使用的情況下進行緊急通訊。
在民防和環境領域，高空平台可作為觀測和遙感平台，用於早期偵測森林火災、氣象監測、排放監測和污染物洩漏控制。它們能夠長時間停留在同一區域上空，使其成為執行此類長期任務的理想工具。
他們也開始探索更具異國情調的商業可能性，例如平流層旅遊飛艇，可以將乘客送至“太空邊緣”，提供高空飛行體驗。這些平台還可以運輸科學或技術載荷，並作為新型感測器、相機或通訊系統的測試平台。
用於高空平台系統的NASSAT和連接解決方案
隨著飛機和飛艇的發展，專門的通訊解決方案也在不斷湧現，以使這些平台能夠與衛星和地面網路無縫整合。例如，NASSAT 正在研發先進的連接系統，該系統旨在沿著衛星/平流層/地球軸線運行，並在高空提供穩定的鏈路。
NASSAT的解決方案包括無移動部件的平面電子天線，具備電子波束控制、自動訊號擷取和動態極化切換功能。這些天線旨在支援不同HTS和VHTS衛星之間的快速切換，即使在嚴苛條件下也能保持低於約35毫秒的延遲。
在平流層到地面的傳輸段，這些方案結合了大規模MIMO和3D波束成形等技術，並可選擇在S波段等頻段運行，以提高抗干擾和應對惡劣大氣條件的能力。所有這些都依賴氣凝膠、聚醯亞胺薄膜（Kapton）、聚四氟乙烯（Teflon）和碳纖維等先進材料，以及能夠在外部溫度低至-70°C時將內部溫度維持在25°C左右的熱控系統。
除了純粹的技術層面，NASSAT強調，許多高空平台系統（HAPS）專案仍缺乏全面的通訊解決方案，因此，能夠提供從天線到與營運商網路和公共機構整合等完整解決方案的公司擁有巨大的市場機會。為此，NASSAT與政府機構、私人企業和航空航太聯盟均合作。
如果所有這些條件都能到位，高空互聯網有望成為衛星和地面網路的真正補充，尤其是在農村、島嶼或災區等部署傳統天線緩慢、昂貴或不切實際的地區。未來幾年在日本、印尼、蘇格蘭或非洲部分地區的發展，對於這些平台能否真正彌合數位落差並與星鍊等巨頭正面競爭至關重要。
