世界上三分之一的人缺乏互联网连接——机载通信站可以改变这一现状

Josiah02 · 发表于 2024-8-27 19:28:45

由于基础设施限制、经济差距和地理隔离，全球约三分之一的人口（约 30 亿人）无法访问互联网或连接不良。
当今的卫星和地面网络留下了通信空白，由于地理位置的原因，设置传统的地面通信设备成本太高。
高空平台站（即安装在无人气球、飞艇、滑翔机和飞机上的高空电信设备）可以填补地面和卫星覆盖范围内的互联网连接空白，从而提高社会和经济平等。这可以让更多人充分参与数字时代。
我们其中一人，穆罕默德-斯利姆·阿卢伊尼 (Mohamed-Slim Alouini)，是一名电气工程师，他参与了一项实验，该实验表明，从平流层提供高数据速率和无处不在的 5G 覆盖是可能的。平流层是大气层的第二低层，距离地球 4 至 30 英里。商用飞机通常在平流层的下部飞行。该实验在三种情况下测量了平台站和地面用户之间的信号：一个人待在一个地方，一个人开车，一个人操作船。
我的同事测量了信号强度与干扰和背景噪音水平的关系。这是网络可靠性的衡量标准之一。结果表明，平台站可以支持高数据速率应用，例如流式传输 4K 分辨率视频，并且可以覆盖标准地面塔面积的 15 到 20 倍。
Facebook和 Google早期尝试商业化部署平台站均未成功。但最近的投资、技术改进以及传统航空公司和专业航空航天初创公司的兴趣可能会改变这一局面。
目标是实现全球互联互通，这一目标让平台站理念在世界经济论坛的《2024 年十大新兴技术报告》中得到认可。包括学术合作伙伴在内的国际行业倡议HAPS 联盟也在朝着这一目标努力。
快速、经济高效、灵活
平台站比卫星系统更快、更经济、更灵活。
由于这些基站比卫星更靠近地球，因此可以提供更强、容量更大的信号。这将使实时通信速度足够快，可以与标准智能手机进行通信，具有高分辨率功能，可用于成像任务，并且具有更高的灵敏度，可用于传感应用。它们通过自由空间光学或光束以及大型天线阵列系统传输数据，从而可以快速发送大量数据。
当卫星轨道经过敌对国家时，它们很容易受到窃听或干扰。但平台站仍位于一个国家的领空内，这降低了这种风险。
高空平台站也比卫星更容易安装，因为卫星的发射和维护成本很高。而且确保平流层位置所需的监管要求和合规程序可能比管理卫星轨道的复杂国际法更简单。平台站也更容易升级，因此可以更快地部署改进。
平台站的污染也可能比卫星巨型星座要小，因为卫星在重返大气层时会烧毁，并会向大气中释放有害金属，而平台站可以利用太阳能和绿色氢等清洁能源提供动力。
实用平台站面临的关键挑战是增加其一次在空中停留数月的时间、提高绿色机载能源并提高可靠性——特别是在通过大气低层湍流自动起飞和降落时。
超越卫星
当地面网络受损或无法运行时，平台站可以通过支持救援工作在紧急和人道主义情况下发挥关键作用。
这些站还可以连接远程环境中的物联网(IoT) 设备和传感器，以更好地监控环境和管理资源。
在农业方面，这些站点可以使用成像和传感技术来帮助农民监测作物健康状况、土壤状况和水资源。
它们的高分辨率成像能力还可以支持对制图、城市规划和灾害响应至关重要的导航和测绘活动。
这些站还可以承担双重任务，携带大气监测、气候研究和地球表面特征、植被和海洋遥感仪器。
从气球到飞机
平台站可以基于不同类型的飞机。
气球可在高空稳定、长时间飞行，既可系留，也可自由漂浮。飞艇，又称飞船或小型飞艇，使用比空气轻的气体，比气球更大、更灵活。它们特别适合用于监视、通信和研究。
滑翔机和动力飞机的控制比气球更精确，因为气球对风速变化很敏感。此外，动力飞机（包括无人机和固定翼飞机）可以为通讯设备、传感器和摄像头提供电力。
下一代电源
平台站可以利用多种电源，包括越来越轻便高效的太阳能电池、高能量密度电池、绿色氢内燃机、绿色氢燃料电池（目前处于测试阶段），以及最终来自地面或空间太阳能站的激光束供电。
轻型飞机设计的发展，加上高效发动机和螺旋桨的进步，使飞机能够飞行更长时间并携带更重的有效载荷。这些先进的轻型飞机可能导致平台站能够在平流层长时间机动。
同时，平流层天气模型和大气模型的改进使得预测和模拟平台站运行的条件变得更加容易。
缩小全球数字鸿沟
到本世纪末，至少在灾后或紧急情况下，平台站的商业部署可能会到位。例如，日本是一个拥有偏远山区和岛屿社区的国家，该国的一个财团已拨款 1 亿美元用于建设太阳能高空平台站。
平台站可以通过增加教育和医疗保健等关键服务的获取、提供新的经济机会以及改善应急响应和环境监测来弥合数字鸿沟。随着技术进步继续推动平台站的发展，平台站将在更具包容性和弹性的数字化未来中发挥关键作用。

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