ايتنا - فناوری ایستگاه‌ هوایی ژاپن برای ارائه اینترنت پرسرعت

صنعت مخابرات ژاپن امیدوار است در سال ۲۰۲۵ با استقرار ایستگاه‌های هوایی بدون‌سرنشین به کشوری پیشرو در این حوزه تبدیل شود. در چند سال گذشته، کشورها به دنبال راه اندازی 5G به عنوان سریع ترین اتصال بی‌سیم موجود بوده‌اند و چین با نصب بیش از سه میلیون ایستگاه پایه، تاکنون در این زمینه رکورددار است. اکنون ژاپن به دنبال آن است که فناوری ایستگاه‌های هوایی را راه‌اندازی کند تا از این طریق، برقراری ارتباط از طریق شبکه 5G را به صورت گسترده در اختیار کاربران قرار دهد.

یک ایستگاه زمینی 5G دارای محدوده پوشش سه تا ۱۰ کیلومتر است و برای پوشش گسترده تعداد قابل‌توجهی از ایستگاه‌های پایه لازم است؛ به همین دلیل گسترش آن‌ کند است. شرکت‌های مخابراتی ژاپن مانند ان‌تی‌تی (NTT) در نظر دارند برای رفع این مشکل، از ایستگاه‌های ارتفاع بالا (HAPS) به عنوان راه‌حلی برای پر کردن این شکاف دیجیتال استفاده کنند.

ایستگاه‌های ارتفاع بالا به عنوان یک فناوری امیدوارکننده در زمینه مخابرات و سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای ظهور کرده‌اند. این فناوری که به عنوان سکوهای استراتوسفر نیز شناخته می‌شود، برای استقرار در ارتفاع حدود ۲۰ کیلومتری از سطح زمین طراحی شده است و هر ایستگاه می‌تواند حدود ۲۰۰ کیلومتر را پوشش دهد. استراتوسفر یکی از لایه‌های جو زمین است و در بالای تروپوسفر، یعنی همان لایه‌ای است که ما در آن زندگی می‌کنیم، قرار دارد.

این فناوری چگونه کار می‌کند؟
ایستگاه‌های ارتفاع بالا در اصل پهپادهایی‌اند که با استفاده از تکنیک‌های مختلف در استراتوسفر مستقر می‌شوند. موقعیت این ایستگاه‌ها در آسمان آن‌ها را قادر می‌کند با ارسال و دریافت سیگنال‌ها، به یک منطقه وسیع اینترنت ارائه دهند. این سکوها به عنوان واسطی بین شبکه‌های زمینی و ماهواره‌ها، اتصال یکپارچه را حتی در مناطق دورافتاده که زیرساخت‌های سنتی محدود است، فراهم می‌کنند.

ایستگاه ارتفاع بالا یک فناوری نوآورانه است که برای ارائه طیف گسترده‌ای از خدمات ارتباطی عمل می‌کند. این ایستگاه‌های بدون سرنشین معمولا در ارتفاع ۲۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارند و به سیستم‌های ارتباطی پیشرفته مجهزند.

ایستگاه ارتفاع بالا نسبت به زیرساخت‌های سنتی زمینی چندین مزیت دارند. موقعیت مرتفع آن‌ها در مقایسه با شبکه‌های زمینی امکان پوشش گسترده‌تری را فراهم می‌کند. این بدان معنا است که حتی مناطق دورافتاده هم می‌توانند از خدمات ارتباطی بهره‌مند شوند. به‌ علاوه، ایستگاه‌های ارتفاع بالا را می‌توان در مناطقی با زیرساخت‌های زمینی آسیب‌دیده یا غیرقابل دسترس‌، به‌سرعت مستقر کرد.

این ایستگاه‌ها در یک مسیر ثابت به دور زمین نمی‌چرخند و با استفاده از سیگنال‌های فرکانس رادیویی، هم با کاربران زمینی و هم با سایر ایستگاه‌ها ارتباط برقرار می‌کنند. این یک ویژگی‌ کلیدی است که ایستگاه ارتفاع بالا را از فناوری‌های اینترنت ماهواره‌ای مثل استارلینک متمایز می‌کند. این ایستگاه‌ها می‌توانند برای مدت طولانی ثابت بمانند.

چشم‌انداز، مزایا و معایب ایستگاه‌های ارتفاع بالا
در کنفرانس جهانی ارتباطات رادیویی که نوامبر و دسامبر ۲۰۲۳ در امارات متحده عربی برگزار شد، نمایندگانی از ۱۶۳ کشور در مورد استفاده از فرکانس‌های رادیویی و مدارهای ماهواره‌ای بحث کردند و پیشنهاد ژاپن به منظور پذیرش چهار باند فرکانس به عنوان استانداردهای بین‌المللی برای ایستگاه‌های پروازی هوابرد به تصویب رسید و راه را برای گسترش این فناوری در سراسر جهان هموار کرد.

طبق این پیشنهاد، فرکانس‌های ۱.۷ گیگاهرتز، ۲ گیگاهرتز و ۲.۶ گیگاهرتز در سراسر جهان برای ایستگاه‌های پایه پرواز استفاده خواهند شد. علاوه بر این، باند ۷۰۰ تا ۹۰۰ مگاهرتز که برای بهبود خدمات تلفن همراه در اروپا، آمریکا، آفریقا و برخی مناطق آسیا استفاده می‌شود، برای استفاده در ایستگاه‌های پایه پرواز نیز استفاده می‌شود.

ایستگاه ارتفاع بالا از انرژی ذخیره‌شده در سلول‌های فتوولتائیک (Photovoltaics) برای فشار دادن واحدهای پیشرانه الکتریکی‌اش استفاده می‌کند و هم‌زمان بار آرایه‌های خورشیدی نصب‌شده روی بال‌ها، بدنه هواپیما و تثبیت‌کننده‌های آن‌ها را پر می‌کند. این سکوهای هوایی حتی به سیستم‌های نظارتی مجهزند که استفاده و دمای هر سلول را تنظیم و بررسی می‌کند.

علاوه بر این، ایستگاه‌های مدرن برای پرواز در طول روز، از نیروی الکتریکی که از پنل‌های خورشیدی روی بال‌ها می‌گیرند و در شب، از نیروی باتری ذخیره‌شده استفاده می‌کنند.

هزینه توسعه یک ایستگاه در ارتفاع بالا برای ارتباطات در مقایسه با ماهواره هزینه کمتری دارد اما از طرفی تعمیر و نگهداری آن‌ها با چالش‌هایی همراه است که هزینه‌های عملیاتی را بالاتر می‌برد. همچنین برخی ایستگاه‌های ارتفاع بالا در سال‌های اخیر با حوادث ناگواری مواجه و با شکست روبرو شده‌اند. به عنوان مثال، یک پهپاد در ارتفاع بالا ساخت ایرباس در اوت ۲۰۲۲ سقوط کرد.