15 listopada br. europejska spółka Airbus Defence and Space i japoński operator komórkowy NTT docomo zademonstrowały możliwość wykorzystania zasilanego energią słoneczną prototypu stratosferycznego bezzałogowego statku latającego (pseudosatelity) Zephyr S klasy HAPS (High Altitude Platform Station) do zapewnienia łączności szerokopasmowej klasy 5G, a w przyszłości 6G.
Ultralekki Zephyr S ma skrzydła o rozpiętości 25 m i masę mniejszą niż 75 kg. Wykonuje loty ponad zjawiskami atmosferycznymi (chmury czy prądy strumieniowe) i nad międzynarodowym ruchem lotniczym
Próby przeprowadzono nad Arizoną w Stanach Zjednoczonych w sierpniu br., kiedy Zephyr S wykonał ok. 18-dniowy lot stratosferyczny w celu przetestowania różnych zdolności. Wyposażony w pokładowy nadajnik radiowy, Zephyr S zapewnił sprawne łącze transmisji danych podczas lotu stratosferycznego. W ten sposób symulował możliwość nawiązania łączności bezpośrednio z urządzeniami końcowymi indywidualnych użytkowników.
Dane testowe zostały zebrane na różnych wysokościach oraz o różnych porach dnia i nocy, co pozwala na ocenę wpływu na łączność w stratosferze takich czynników, jak warunki pogodowe, różne kąty elewacji i schematy lotu samolotów. Testy obejmowały różne przepustowości (niską, nominalną i wysoką) w celu symulacji świadczenia usług bezpośrednio między HAPS a urządzeniami końcowymi. Potwierdziły one przydatność i wszechstronność widma 2 GHz dla usług opartych na HAPS, a także przydatność wąskiego pasma (450 MHz) dla zapewnienia łączności w zasięgu do 140 km.
Pomiar i analiza propagacji fal radiowych przesyłanych z Zephyra wykazały wykonalność łączności stratosferycznej z urządzeniami, takimi jak smartfony. W oparciu o wyniki eksperymentu, Airbus i NTT docomo zamierzają świadczyć usługi komunikacyjne na obszarach górskich, odległych wyspach i obszarach morskich, gdzie fale radiowe są trudno dostępne. Próba obejmowała eksperyment z nawiązaniem łączności ze stratosfery z wysokości około 20 kilometrów między sprzętem radiowym zainstalowanym na pokładzie Zephyra S a naziemną anteną odbiorczą, w warunkach stale zmieniającej się wysokości i pory dnia/nocy.
Próba pozwoliła sprawdzić stabilność łącza między Zephyr S a anteną naziemną oraz to, jak wpływały na transmisję warunki pogodowe, różnice w odległości odbioru i schemat lotu HAPS. W rezultacie w trzech konkretnych scenariuszach (dzień bezchmurny, deszczowy i pochmurny) oraz w wielu konfiguracjach lotu dowiedziono pomyślnej transmisji danych z różnymi prędkościami, do odległości 140 km.
Takehiro Nakamura, dyrektor generalny działu promocji 6G-IOWN w NTT docomo, powiedział:
NTT docomo wierzy, że HAPS jest obiecującym rozwiązaniem dla rozszerzenia zasięgu systemów 5G i 6G. W naszym eksperymencie byliśmy w stanie zademonstrować skuteczność HAPS, szczególnie w przypadku bezpośredniej komunikacji ze smartfonami, poprzez długoterminowe pomiary propagacji przy użyciu rzeczywistego sprzętu. Na podstawie otrzymanych wyników chcemy dalej badać z Airbusem praktyczne zastosowanie HAPS w rozwoju 5G i 6G.
Zephyr S zademonstrował możliwość zapewnienia łączności szerokopasmowej klasy 5G, a w przyszłości 6G / Zdjęcie i grafika: Airbus Defence and Space
W pracach na rzecz rozwoju 5G i przygotowania do 6G na całym świecie badane jest rozszerzenie zasięgu w celu objęcia sieciami komunikacyjnymi dowolnie wybranych miejsc, w tym w powietrzu i na morzu. Oczekuje się, że w tym celu zostanie użyta technologia sieci nie bazujących na ziemi (NTN, non-terrestrial network). Poza objęciem przestrzeni powietrznej i obszarów morskich, stratosferyczne sieci HAPS przydadzą się w przypadku katastrof i licznych zastosowań przemysłowych, na przykład w celu zwiększenia przepustowości komunikacji w gęsto zaludnionych obszarach, takich jak miejsca imprez oraz do zdalnego sterowania ciężkim sprzętem na placach budowy. Dane testowe zostaną wykorzystane do informowania o przyszłych usługach LTE direct-to-device, które mają być świadczone za pośrednictwem platformy Airbus Zephyr HAPS.
Stephane Ginoux, szef regionu Azji Północnej w Airbus i prezes Airbus Japan K.K., dodał:
Miliardy ludzi na całym świecie borykają się ze słabą łącznością lub jej brakiem. Nasze testy pokazały, że wykorzystując stratosferę jesteśmy w stanie zniwelować te niedomagania i zapewnić łączność bezpośrednio z urządzeniami za pośrednictwem Zephyra bez potrzeby stosowania stacji bazowych lub dodatkowej infrastruktury.
Zephyr S został ujawniony podczas międzynarodowych targów lotniczych Farnborough 2018. Ma skrzydła o rozpiętości 25 m i masę mniejszą niż 75 kg. Statek powietrzny klasy HAPS wypełnia lukę pomiędzy klasycznymi satelitami okołoziemskimi, a konwencjonalnymi bsl i załogowymi statkami powietrznymi. Celem programu Zephyr jest realizacja misji wojskowych i cywilnych, takich jak stała obserwacja akwenów morskich i działania nad ich obszarem, ochrona granic, łączność, wywiad, obserwacja i zwiad, wykrywanie i monitorowanie pożarów lasów, a także wsparcie nawigacyjne. Seria lotów testowych została zrealizowana w latach 2018-2020 (Pseudosatelita Airbus Zephyr S po testach, Seryjne pseudosatelity Zephyr S).
Konkurencyjną platformą jest brytyjski PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft), opracowany przez BAE Systems i testowany w Australii. 12 października ub. r. informowano o przeprowadzeniu symulacji długotrwałego lotu prototypu w ciężkich warunkach atmosferycznych. Z kolei w Chinach w 2017 powstał, opracowany przez instytut CAAA (China Academy of Aerospace Aerodynamics) bsl Rainbow o rozpiętości skrzydeł wynoszącej 40 m (Symulacja długotrwałego lotu PHASA-35).