Около трети населения мира, около 3 миллиардов человек, не имеют доступа к Интернету или имеют плохое соединение из-за ограничений инфраструктуры, экономического неравенства и географической изоляции.

Современные спутники и наземные сети оставляют пробелы в связи там, где из-за географического положения установка традиционного наземного коммуникационного оборудования была бы слишком дорогой.

Высотные платформы станций — телекоммуникационное оборудование, размещенное высоко в воздухе, на беспилотных воздушных шарах, дирижаблях, планерах и самолетах — могли бы повысить социальное и экономическое равенство, заполнив пробелы в интернет-подключении в наземном и спутниковом покрытии. Это могло бы позволить большему количеству людей полноценно участвовать в цифровой эпохе.

Один из нас, Мохамед-Слим Алуини, инженер-электрик , который внес свой вклад в эксперимент, показавший возможность обеспечения высокой скорости передачи данных и повсеместного покрытия 5G из стратосферы . Стратосфера — это второй самый нижний слой атмосферы, расположенный на высоте от 4 до 30 миль над Землей. Коммерческие самолеты обычно летают в нижней части стратосферы. В ходе эксперимента измерялись сигналы между платформами и пользователями на земле в трех сценариях: человек, находящийся на одном месте, человек, управляющий автомобилем, и человек, управляющий лодкой.

Мои коллеги измерили, насколько силен сигнал по отношению к уровням помех и фонового шума. Это один из показателей надежности сети. Результаты показали, что станции платформы могут поддерживать приложения с высокой скоростью передачи данных, такие как потоковая передача видео с разрешением 4K, и могут покрывать в 15–20 раз большую площадь, чем стандартные наземные вышки.

Ранние попытки Facebook и Google развернуть коммерческие платформы станций не увенчались успехом. Но недавние инвестиции , технологические усовершенствования и интерес со стороны традиционных авиационных компаний и специализированных аэрокосмических стартапов могут изменить уравнение.

Целью является глобальная связанность, причина, которая принесла идее платформенной станции признание в отчете Всемирного экономического форума 2024 Top 10 Emerging Technologies . Международная отраслевая инициатива HAPS Alliance , в которую входят академические партнеры, также стремится к достижению этой цели.

Быстро, экономически эффективно, гибко

Станции на платформе будут работать быстрее, экономически эффективнее и гибче, чем системы на базе спутников.

Поскольку они держат коммуникационное оборудование ближе к Земле, чем спутники, станции могли бы предлагать более сильные сигналы с большей пропускной способностью. Это позволило бы обеспечить достаточно быструю связь в реальном времени для связи со стандартными смартфонами , возможности высокого разрешения для задач визуализации и большую чувствительность для приложений зондирования. Они передают данные через оптику свободного пространства или световые лучи и крупномасштабные системы антенных решеток, которые могут быстро отправлять большие объемы данных.

Спутники могут быть уязвимы для прослушивания или глушения, когда их орбиты проходят над странами-соперниками. Но станции-платформы остаются в воздушном пространстве одной страны, что снижает этот риск.

Высотные платформы также проще в установке, чем спутники, запуск и обслуживание которых требуют больших затрат. А нормативные требования и процедуры соответствия, необходимые для обеспечения мест в стратосфере, вероятно, будут проще, чем сложные международные законы, регулирующие спутниковые орбиты. Платформенные станции также легче модернизировать, поэтому улучшения можно будет внедрять быстрее.

Кроме того, платформенные станции потенциально меньше загрязняют окружающую среду, чем спутниковые мегасозвездия, поскольку спутники сгорают при входе в атмосферу и могут выбрасывать в атмосферу вредные металлы, в то время как платформенные станции могут работать на экологически чистых источниках энергии, таких как солнечная энергия и зеленый водород.

Основными задачами практических платформенных станций являются увеличение времени, в течение которого они могут находиться в воздухе в течение нескольких месяцев подряд, увеличение количества экологически чистой бортовой энергии и повышение надежности, особенно во время автоматического взлета и посадки в нижних турбулентных слоях атмосферы.

За пределами спутников

Станции на платформе могут играть решающую роль в чрезвычайных и гуманитарных ситуациях, поддерживая усилия по оказанию помощи в случаях, когда наземные сети повреждены или вышли из строя.

Станции также могут подключать устройства и датчики Интернета вещей (IoT) в удаленных местах для лучшего мониторинга окружающей среды и управления ресурсами.

В сельском хозяйстве станции могли бы использовать технологии визуализации и зондирования, чтобы помочь фермерам контролировать здоровье урожая, состояние почвы и водные ресурсы.

Их возможности получения изображений с высоким разрешением могут также использоваться в навигационной и картографической деятельности, имеющей решающее значение для картографии, городского планирования и реагирования на стихийные бедствия.

Станции также могли бы выполнять двойную функцию, устанавливая на них приборы для мониторинга атмосферы, изучения климата и дистанционного зондирования особенностей поверхности Земли, растительности и океанов.

От воздушных шаров до самолетов

Платформенные станции могут базироваться на различных типах самолетов .

Воздушные шары обеспечивают стабильную, длительную работу на больших высотах и ​​могут быть привязанными или свободно парящими. Воздушные корабли, также известные как дирижабли или дирижабли, используют газы легче воздуха и больше и маневреннее воздушных шаров. Они особенно хорошо подходят для наблюдения, связи и исследований.

Планеры и самолеты с двигателем можно контролировать точнее, чем воздушные шары, которые чувствительны к изменениям скорости ветра. Кроме того, самолеты с двигателем, в том числе беспилотники и самолеты с фиксированным крылом, могут обеспечивать электроэнергией коммуникационное оборудование, датчики и камеры.

Мощность следующего поколения

Станции на платформе могли бы использовать разнообразные источники энергии, включая все более легкие и эффективные солнечные элементы, батареи с высокой плотностью энергии , экологически чистые водородные двигатели внутреннего сгорания , экологически чистые водородные топливные элементы , которые в настоящее время находятся на стадии испытаний, и, в конечном итоге, лазерное питание от наземных или космических солнечных станций .

Эволюция конструкций легких самолетов в сочетании с достижениями в области высокоэффективных двигателей и винтов позволяет самолетам летать дольше и перевозить более тяжелые грузы. Эти передовые легкие самолеты могут привести к созданию платформ-станций, способных маневрировать в стратосфере в течение длительных периодов времени.

Между тем, усовершенствования моделей стратосферной погоды и атмосферных моделей облегчают прогнозирование и моделирование условий, в которых будут работать платформенные станции.

Преодоление глобального цифрового неравенства

Коммерческое развертывание платформенных станций, по крайней мере для пост-катастрофических или чрезвычайных ситуаций, может быть реализовано к концу десятилетия. Например, консорциум в Японии, стране с удаленными горными и островными общинами, выделил 100 миллионов долларов США на работающие на солнечной энергии, высокогорные платформенные станции.

Станции-платформы могут преодолеть цифровой разрыв, увеличивая доступ к критически важным услугам, таким как образование и здравоохранение, предоставляя новые экономические возможности и улучшая реагирование на чрезвычайные ситуации и мониторинг окружающей среды. Поскольку достижения в области технологий продолжают стимулировать их эволюцию, станции-платформы должны сыграть решающую роль в более инклюзивном и устойчивом цифровом будущем.