ارتباطات هوابرد: نسل آینده اتصال اینترنتی برای دسترسی ۳ میلیاردنفری!

در گزارش ساینس بلاگ بخوانید؛

خبرگزاری علم و فناوری ساینس بلاگ،حدود یک سوم جمعیت جهان، یعنی حدود ۳ میلیارد نفر، به دلیل محدودیت‌های زیرساختی، نابرابری‌های اقتصادی و انزوای جغرافیایی، به اینترنت دسترسی ندارند و یا اتصال ضعیفی دارند و از طرفی، ماهواره‌ها و شبکه‌های زمینی امروزی نیز شکاف‌های ارتباطی دارند و دلیلش این است که راه‌اندازی تجهیزات ارتباطی سنتی و زمینی بسیار گران است.

ایستگاه‌های سکو در ارتفاع بالا، یعنی تجهیزات مخابراتی که در ارتفاع بالا، روی بالن‌های بدون خدمه، کشتی‌های هوایی، گلایدر‌ها و هواپیما‌ها قرار گرفته‌اند، می‌توانند با پر کردن شکاف‌های اتصال اینترنت در پوشش زمینی و ماهواره‌ای، برابری اجتماعی و اقتصادی را افزایش دهند. این گستره، می‌تواند به افراد بیشتری اجازه دهد تا به طور کامل در عصر دیجیتال شرکت کنند.

در یکی از مطالعات اخیر مشخص شد که امکان ارائه نرخ داده بالا و پوشش فایو جی (۵G) در همه نقاط «استراتوسفر» وجود دارد. استراتوسفر دومین لایه در پایین‌ترین بخش جو است که بین ۴ تا ۳۰ مایل بالاتر از زمین قرار دارد. هواپیما‌های تجاری معمولاً در زیر استراتوسفر پرواز می‌کنند. این آزمایش سیگنال‌های بین ایستگاه‌های سکو و کاربران روی زمین را در سه سناریو اندازه‌گیری کرد: فردی که در یک مکان می‌ماند، شخصی که یک ماشین را می‌راند و شخصی که یک قایق را حرکت می‌دهد.

محققان همچنین میزان قوی بودن سیگنال را در رابطه با تداخل و سطوح نویز پس زمینه اندازه گیری کردند. این یکی از معیار‌های قابلیت اطمینان شبکه است. نتایج نشان داد که ایستگاه‌های سکو می‌توانند از برنامه‌های با نرخ داده بالا مانند پخش ویدیو‌های با وضوح فور کی (۴K) پشتیبانی کنند و می‌توانند ۱۵ تا ۲۰ برابر مساحت برج‌های زمینی استاندارد را پوشش دهند.
تلاش‌های اولیه فیسبوک و گوگل برای استقرار تجاری ایستگاه‌های سکو ناموفق بود. اما سرمایه‌گذاری‌های اخیر، پیشرفت‌های فناوری و علاقه شرکت‌های هوانوردی سنتی و استارت‌آپ‌های تخصصی هوافضا ممکن است معادله را تغییر دهد.

هدف، اتصال جهانی است، دلیلی که باعث شد ایده ایستگاه‌های سکو در گزارش ۱۰ فناوری نوظهور برتر ۲۰۲۴ در مجمع جهانی اقتصاد به رسمیت شناخته شود.

سریع، مقرون به‌صرفه و انعطاف‌پذیر

ایستگاه‌های سکو سریع‌تر، مقرون به صرفه‌تر و انعطاف‌پذیرتر از سیستم‌های مبتنی بر ماهواره خواهند بود. آنها در مقایسه با ماهواره‌ها، تجهیزات ارتباطی را نزدیک‌تر به زمین نگه می‌دارند. این ایستگاه‌ها می‌توانند سیگنال‌های قوی‌تر و با ظرفیت بالاتری ارائه دهند. این امر باعث می‌شود که ارتباطات در لحظه و سریع عمل کنند و ارتباط با تلفن‌های هوشمند استاندارد، قابلیت‌های با وضوح بالا برای کار‌های تصویربرداری و حساسیت بیشتر برای برنامه‌های حسگر را برقرار کنند. آنها داده‌ها را از طریق اپتیک‌های فضای آزاد یا پرتو‌های نور و آنتن‌دهی در مقیاس بزرگ منتقل می‌کنند و می‌توانند مقادیر زیادی داده را به سرعت ارسال کنند.

هنگامی که ماهواره‌ها آنها را بر فراز کشور‌های متخاصم می‌آورند، ممکن است در برابر استراق سمع یا پارازیت آسیب پذیر باشند. اما ایستگاه‌های سکو در حریم هوایی یک کشور باقی می‌مانند که این خطر را کاهش می‌دهد.

ماهواره‌ها هنگام عبور از کشور‌های بیگانه، ممکن است در معرض خطر جاسوسی یا اختلال قرار بگیرند. با این حال، ایستگاه‌های زمینی در داخل مرز‌های یک کشور باقی می‌مانند، که آنها را کمتر در برابر این نوع تهدیدات آسیب‌پذیر می‌کند.

نصب ایستگاه‌های سکو در ارتفاع بالا نیز آسان‌تر از ماهواره‌هاست که هزینه‌های پرتاب و نگهداری بالایی دارند. الزامات نظارتی و رویه‌های انطباق مورد نیاز برای ایمن‌سازی نقاط در استراتوسفر احتمالا ساده‌تر از قوانین پیچیده بین‌المللی حاکم بر مدار‌های ماهواره است.

ایستگاه‌های سکو نیز به طور بالقوه آلودگی کمتری نسبت به ابر صورت فلکی ماهواره‌ای دارند، زیرا ماهواره‌ها با ورود مجدد می‌سوزند و می‌توانند فلزات مضر را در اتمسفر آزاد کنند، در حالی که ایستگاه‌های سکوی می‌توانند از منابع انرژی پاک مانند خورشید و هیدروژن سبز تغذیه شوند.

چالش‌های کلیدی ایستگاه‌های سکو، افزایش مدت زمانی است که می‌توانند در یک زمان در آنها بمانند، افزایش قدرت سبز روی هواپیما و بهبود قابلیت اطمینان به ویژه در هنگام برخاستن و فرود خودکار از طریق لایه‌های متلاطم پایین‌تر جو. مشکلات اصلی ایستگاه‌های سکو، عبارتند از ماندن آنها در هوا برای مدت طولانی‌تر، استفاده از منابع انرژی سازگارتر با محیط‌زیست و بهبود قابلیت اطمینان آنها، به‌ویژه زمانی که به‌طور خودکار از میان لایه‌های متلاطم پایین‌تر جو بلند می‌شوند و فرود می‌آیند.

فراتر از ماهواره‌ها

ایستگاه‌های سکو می‌توانند با حمایت از تلاش‌های امدادی در مواقعی که شبکه‌های زمینی، آسیب‌دیده یا غیرفعال هستند، نقش مهمی در موقعیت‌های اضطراری و انسانی ایفا کنند. این ایستگاه‌ها همچنین می‌توانند دستگاه‌ها و حسگر‌های اینترنت اشیا (IoT) را در تنظیمات از راه دور برای نظارت بهتر بر محیط و مدیریت منابع متصل کنند.

در کشاورزی، ایستگاه‌های سکو می‌توانند از فناوری‌های تصویربرداری و سنجش برای کمک به کشاورزان برای نظارت بر سلامت محصول، شرایط خاک و منابع آب استفاده کنند.

قابلیت آنها برای تصویربرداری با وضوح بالا همچنین می‌تواند از فعالیت‌های ناوبری و نقشه‌برداری برنامه‌ریزی شهری و واکنش به بلایای طبیعی پشتیبانی کند.

این ایستگاه‌ها همچنین می‌توانند با حمل ابزار‌هایی برای پایش جو، مطالعات آب و هوا و سنجش از راه دور ویژگی‌های سطح زمین، پوشش گیاهی و اقیانوس‌ها، خدمات بیشتری ارائه دهند.

از بالن تا هواپیما

ایستگاه‌های سکو می‌توانند بر اساس انواع مختلف هواپیما، متفاوت باشند. بالون‌هادر ارتفاعات بالا عملکرد پایدار و طولانی مدت دارند و می‌توانند به صورت آزاد یا شناور باشند. کشتی‌های هوایی که به بالون نیز شناخته می‌شوند، از گاز‌های سبک‌تر از هوا استفاده می‌کنند و بزرگ‌تر بالن هستند و قابلیت مانور بیشتری دارند. آنها به ویژه برای نظارت، ارتباطات و تحقیق مناسب هستند.

گلایدر‌ها و هواپیما‌های موتوردار را می‌توان با دقت بیشتری نسبت به بالن‌ها کنترل کرد چرا که به تغییرات سرعت باد حساس هستند. علاوه بر این، هواپیما‌های مجهز به نیرو، که شامل هواپیما‌های بدون سرنشین و هواپیما‌های بال ثابت هستند، می‌توانند برق تجهیزات ارتباطی، حسگر‌ها و دوربین‌ها را تامین کنند.

قدرت نسل بعدی

ایستگاه‌های سکو می‌توانند از منابع مختلف انرژی، از جمله سلول‌های خورشیدی با وزن و کارآمدی بیشتر، باتری‌های با چگالی انرژی بالا، موتور‌های احتراق داخلی هیدروژن سبز، سلول‌های سوختی هیدروژن سبز، که اکنون در مرحله آزمایش هستند، و در نهایت، پرتو لیزر استفاده کنند.

تکامل طراحی هواپیما‌های سبک وزن همراه با پیشرفت در موتور‌ها و ملخ‌های با راندمان بالا، هواپیما‌ها را قادر می‌سازد طولانی‌تر پرواز کنند و محموله‌های سنگین‌تری را حمل کنند. این هواپیما‌های سبک‌وزن پیشرفته می‌توانند به ایستگاه‌های سکویی با قابلیت مانور در استراتوسفر برای دوره‌های طولانی منجر شوند.

در همین حال، بهبود در مدل‌های آب و هوای استراتوسفر و مدل‌های جوی، پیش‌بینی و شبیه‌سازی شرایطی را که در آن ایستگاه‌های سکو کار می‌کنند، آسان‌تر می‌کند.

پر کردن شکاف دیجیتال جهانی

استقرار تجاری ایستگاه‌های سکو، حداقل برای موقعیت‌های پس از فاجعه یا شرایط اضطراری، می‌تواند تا پایان دهه اجرا شود. به عنوان مثال، کنسرسیومی در ژاپن، ۱۰۰ میلیون دلار برای ایستگاه‌های سکو با انرژی خورشیدی و ارتفاع بالا در نظر گرفته است.

ایستگاه‌های سکو می‌توانند با افزایش دسترسی به خدمات حیاتی مانند آموزش و مراقبت‌های بهداشتی، ارائه فرصت‌های اقتصادی جدید و بهبود واکنش اضطراری و نظارت بر محیط زیست، شکاف دیجیتال را پر کنند. از آنجایی که پیشرفت‌های فناوری به تکامل آنها ادامه می‌دهد، ایستگاه‌های سکو قرار است نقشی حیاتی در آینده دیجیتال فراگیرتر و انعطاف‌پذیرتر ایفا کنند.

این گزارش از پایگاه اینترنتی کانورسیشن به فارسی برگردان شده است.