Jesteś w wielkim (albo nawet i całkiem małym) mieście. Nie martwisz się o zasięg telefonu, bo przecież dla tylu ludzi na pewno operatorom opłacało się postawić tak dużo stacji bazowych, żeby wszyscy chętni mieli pełen transfer! Ale… co gdy jesteś w górach, środku lasu albo na pustyni? Może streaming w 4k nie jest wtedy dla Ciebie najwyższym priorytetem, niemniej zasięg by się przydał, a stacji bazowych darmo wypatrywać w polu… wtedy trzeba spojrzeć prosto w niebo – na HAPS! Co to takiego?
HAPS to skrót od High Altitude Platform Stations lub High Altitude Pseudo-Satellites. Niezależnie od subtelności językowych, chodzi o to, żeby mieć około 20 km nad ziemią autonomiczny statek powietrzny, który będzie transmitował sygnał. Nazwa „brakujące ogniwo pomiędzy satelitami a dronami” całkiem dobrze oddaje ideę pomysłu. Ale wejdźmy w szczegóły.
Po co to komu?
Na przedstawiony we wstępie scenariusz „wykluczenia z łączności”, czyli braku zasięgu telefonii komórkowej i dostępu do Internetu dla ludzi mieszkających poza obszarami miejskimi, można różnie patrzeć. Z jednej strony dostęp do Internetu staje się w XXI wieku tak ważny, że w niektórych, biednych obszarach dostęp do niego rośnie szybciej niż dostęp do czystej wody… ale z drugiej strony, może po to właśnie ci ludzie żyją na odludziu, żeby mieć święty spokój od tych technologicznych nowinek? Dlatego zostawmy te rozważania etyczne, a przejdźmy do czegoś niepodważalnego – w trakcie klęsk żywiołowych lub działań wojennych kwestia łączności jest KLUCZOWA. Dla koordynacji akcji ratunkowych przez władze, dla znajdywania zaginionych bliskich przez rodziny… Tylko co jeśli np. huragan dosłownie zmiótł nam z lądu stacje bazowe? W takiej sytuacji znalazło się w 2017 roku Puerto Rico, po przejściu huraganu Maria. Z pomocą przyszły… balony od Googla, a dokładniej od Alphabet Inc.
Projekt „Loon” to właśnie HAPS, realizowany za pomocą balonów stratosferycznych. Balony są olbrzymie, zajmują powierzchnię boiska piłkarskiego, napełniane są helem – i za sprawą prawa Archimedesa (aka. sile wyporu) unoszą się do góry. Takie rozmiary balonu pozwalają mu wznieść się na 20 km z ładunkiem ważącym kilkadziesiąt kilogramów – a ten ładunek to zestaw elektroniki, anten, spadochronu do powrotu na ziemię i oczywiście wielkich paneli słonecznych. W końcu cała idea opiera się na tym, żeby całość mogła przez długi czas (tu – dziesiątek dni, ale zaraz dojdziemy do lat) unosić się na zadanym pułapie i wykonywać swoje zadania. Jakie było zadanie w Puerto Rico?
Źródło: www. loon.com/technology
Po katastrofie zniszczona była infrastruktura naziemna, w tym stacje bazowe. Loon razem z T-Mobile i AT&T wypuścili w powietrze balony – zapewniając awaryjną łączność 200 000 ludzi! Chodziło zarówno o dostęp do telefonii i Internetu dla cywilów w najcięższej sytuacji, jak i dla służb, które również były odcięte od świata [4, 5]. Dużą zaletą balonów był fakt, że samo wypuszczenie ich nie wymagało praktycznie żadnej infrastruktury – ale niestety gorzej ze sterowaniem nimi. Balonów wysyła się całą serię, komunikują się one między sobą (stąd jeśli choć jeden z nich jest w zasięgu stacji bazowej, to cała sieć jest skomunikowana), ale niestety wiatry w stratosferze decydują o ich losie. Dlatego pojawiły się inne, konkurencyjne pomysły.
A może jednak dron?
Konkurencja robi się silna, ponieważ w grze jest– oprócz Google/Alphabet – między innymi także Facebook, Thales i Airbus. Ta ostatnia firma zabłysnęła w 2018 roku projektem Zephir – dronem, który przez 25 (słownie: dwadzieścia pięć!) dni, 23 godziny i 57 minut utrzymywał się w powietrzu, bez międzylądowań. Pobił w ten sposób rekordy i czasu spędzonego w powietrzu i przebytej odległości (1852 kilometry lotu!). Oczywiście zasilanie zapewniały wysokowydajne panele słoneczne, które również ładowały w dzień akumulatory, z których Zephir korzystał w nocy.
Dwudziestopięciometrowe skrzydła i ultra lekka konstrukcja pozwoliły unieść 75 kilogramów ładunku [1, 2]. To dość, żeby zapewnić najważniejsze potencjalne funkcjonalności: łącze sieci 5G lub LTE, backhaulling czyli dostęp podsieci do głównej sieci, łączność awaryjną, dodatkowy punkt dostępowy przy dużym obciążeniu sieci, dostęp w trudnych rejonach. Eksperyment się powiódł i prace przyspieszają. Ale konkurencja nie śpi – Thales proponuje zamiast dronów… stare, dobre Zeppeliny;). Ale teraz nazywane Stratobus [6]!
Thales Alenia Space wykonuje projekt dla francuskiego wojska – tu chodzi już o działania wojenne i obronne. Z założenia w 2023 mamy zobaczyć demonstrację Stratobusa, który również zawiśnie 20 kilometrów na ziemią, jak na HAPS przystało. Tyle że ze sprzętem wywiadowczym, z nastawieniem na zwalczanie terroryzmu i nadzór nad obiektami strategicznymi. Warto tu zaznaczyć, żę twórcy systemu pamiętają też o możliwościach związanych z monitorowaniem zmian środowiska, jak występowanie pożarów czy pomiary zanieczyszczeń i oczywiście nie zapominają o internecie i 5G [6]. Trzymamy kciuki, ale problemy techniczne to nie wszystko…
A kto na to pozwoli?!
Prace nad HAPS nabierają rozpędu, niestety jeszcze do uregulowania są kwestie prawne. Temat ten poruszono na Światowej Konferencji Radiokomunikacyjnej w listopadzie 2019 (World Radiocommunication Conference 2019, Sharm el-Sheikh, Egipt), gdzie zwrócono uwagę na kwestie dostosowywania funkcjonowania systemów do lokalnych regulacji, a także przydziału odpowiednich częstotliwości etc. Dobra wola jest także w Europie – w lutym 2019 Europejska Agencja Kosmiczna zorganizowała w Holandii konferencję poświęconą HAPS, „HAPS4ESA”.
I wiecie co jest najlepsze?
Że jeśli chcecie zgłębić temat, to możecie pobrać 325 MB publicznie dostępnych prezentacji [3, 4]. Miłej lektury!:)
Źródła:
- World Radiocommunication Conference 2019 materiały International Union of Radiotelecommunication:
- www.itu.int/2019
- www.itu.int
- soundcloud.com/ituproduction/itu-podcasts-technology-for-good-2-emergency-telecommunications
2. Serwis ONZ poświęcony ICT (information and communication technology)
3. Strona Europejskiej Agencji Kosmicznej
4. Materiały z warsztatów w Europejskiej Agencji Kosmicznej
5. Projekt Loon, w tym akcja w Puerto Rico
6. Projekt Grupy Thales, Stratobus