الملخص:
أكملت شركة Sceye، وهي شركة أمريكية تعمل على منصات الارتفاعات العالية، مؤخرًا اختبارًا رائدًا للاتصالات. انطلقت سفينة جوية غير مأهولة على ارتفاعات عالية من نيو مكسيكو بالولايات المتحدة الأمريكية، وحلقت عبر المحيط الهادئ إلى اليابان، وقدمت خدمات الاتصالات المتنقلة للهواتف الذكية العادية في طبقة الستراتوسفير، على ارتفاع حوالي 16.5 إلى 17 كيلومترًا فوق سطح الأرض. وخلال الاختبار، يمكن للمستخدمين إرسال رسائل نصية وإجراء مكالمات والوصول إلى الإنترنت ومشاهدة مقاطع الفيديو من خلال "محطة القاعدة الجوية" هذه التي تقع على ارتفاع 10000 متر فوق سطح الأرض دون تغيير هواتفهم المحمولة أو تثبيت أجهزة خاصة.
لا يستخدم Sceye طائرة بالمعنى التقليدي، ولكنه عبارة عن منطاد بدون طيار يعتمد على الطفو للإقلاع. وهي مجهزة بنظام اتصالات يسمى SceyeCELL، وهو ما يعادل محطة قاعدة اتصالات متنقلة موضوعة في طبقة الستراتوسفير. يتم تشغيل المنطاد بالطاقة الشمسية والبطاريات، ويمكنه البقاء في طبقة الستراتوسفير لفترة طويلة، وتشكيل منطقة تغطية اتصالات يمكن التحكم بها على الأرض من خلال مجموعة هوائيات.
في هذا الاختبار الياباني، قدمت SceyeCELL الخدمات للهواتف المحمولة العادية من خلال شبكة الاتصالات المتنقلة الأساسية التابعة لشركة SoftBank اليابانية. استخدم القائمون على الاختبار هواتف محمولة غير معدلة لإجراء الرسائل النصية والمكالمات الصوتية والوصول إلى الإنترنت وتشغيل الفيديو. لم تشمل مشاهد الاختبار الأماكن الخارجية فحسب، بل شملت أيضًا البيئات الداخلية وتحت الأشجار. وهذا يعني أنه من منظور المعدات الطرفية، لا يحتاج المستخدمون إلى شراء ما يسمى "الهواتف المحمولة الساتلية" أو محطات اتصالات إضافية.
وقال ساي إنه خلال الاختبار، حلقت المنطاد على ارتفاع يتراوح بين 16.5 إلى 17 كيلومترًا تقريبًا، أي ما يعادل 54000 إلى 56000 قدم، وهو أعلى بكثير من ارتفاع التحليق لمعظم طائرات الطيران المدني. المنطاد قادر على الحفاظ على موقع مستقر نسبيًا في منطقة معينة، مع نصف قطر سكن لا يقل عن 5 كيلومترات تقريبًا أثناء الاختبار.
تُسمى هذه التقنية HAPS، أو نظام المنصات عالية الارتفاع. وتقع بين شبكات الاتصالات الأرضية التقليدية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية. تتمتع المحطات الأساسية الأرضية بمزايا السعة الكبيرة وزمن الوصول المنخفض، ولكن في المناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة أو التضاريس المعقدة أو ارتفاع تكاليف إنشاء البنية التحتية، ليس من الاقتصادي وضع عدد كبير من المحطات الأساسية؛ يمكن للأقمار الصناعية أن تغطي مساحة واسعة جدًا، ولكنها بعيدة جدًا عن الأرض، لذلك هناك قيود من حيث السعة وزمن الوصول واستهلاك الطاقة الطرفية.
تأمل Sceye في استخدام موقعها في الستراتوسفير لملء الفجوة بين طريقتي الاتصال هاتين. تقدر الشركة أن منصة Sceye HAPS المنشورة بالكامل يمكن أن تغطي مساحة تعادل حوالي 500 محطة قاعدة أرضية. ومع ذلك، أكد سايي أن هذا الرقم يمثل التغطية، وليس سعة الشبكة، ولا يمكن فهمه على أنه عدد المستخدمين الذين يمكن للمنطاد أن يستوعب 500 محطة قاعدة في نفس الوقت. لا تزال سعة الشبكة الفعلية تتأثر بعوامل مثل الطيف المتاح وروابط التوصيل وعدد المستخدمين المتزامنين عبر الإنترنت.
هناك تفاصيل فنية أخرى تستحق اهتمامًا خاصًا في هذا الاختبار، وهي أن Sceye لم يرسل هوائي الاتصال إلى طبقة الستراتوسفير فحسب، بل وضع أيضًا بعضًا من "أساسيات" شبكة الاتصالات المتنقلة والخوادم على المنطاد.
في ظل طرق الاتصال التقليدية، تحتاج بيانات الهاتف المحمول عادةً إلى المرور عبر شبكة لاسلكية ثم توصيلها بمركز بيانات بعيد أو خادم إنترنت من خلال شبكة أرضية. في هذا الاختبار، قامت Sceye وSoftBank بنشر الخوادم وبعض وظائف شبكة الهاتف المحمول الأساسية مباشرة على المنطاد، بحيث يمكن معالجة البيانات جزئيًا على المنصة عالية الارتفاع ثم إعادتها مباشرة إلى الهاتف المحمول الخاص بالمستخدم.
تُظهر البيانات الصادرة عن Sceye أن طريقة الحوسبة الطرفية هذه تحقق متوسط وقت استجابة يبلغ 68 مللي ثانية. بالمقارنة مع المعالجة من خلال البنية التحتية للإنترنت عن بعد، يتم تقليل التأخير بنسبة تزيد عن 40%. وتعتقد الشركة أن هذا النهج له قيمة خاصة بالنسبة للتطبيقات المستقبلية مثل حوسبة الذكاء الاصطناعي، والاتصالات في الوقت الحقيقي، والطائرات بدون طيار.
اختبرت هذه المهمة أيضًا اتصالات التحذير من الكوارث وقدرات اتصالات الطائرات بدون طيار. يعتقد Sceye أن محطات HAPS لا يمكنها فقط تكملة شبكات الاتصالات المتنقلة التقليدية، ولكنها توفر أيضًا تغطية اتصالات مؤقتة بسرعة عندما تسبب الزلازل والفيضانات وحرائق الغابات وغيرها من الكوارث ضررًا للبنية التحتية للاتصالات الأرضية.
بالمقارنة مع الأقمار الصناعية التقليدية، يأمل سايي أن تصبح محطات HAPS "طبقة متوسطة" أقرب إلى الأرض. هدف الشركة على المدى الطويل هو تشكيل شبكة اتصالات ثلاثية الأبعاد مع محطات قاعدة أرضية ومنصات الستراتوسفير والأقمار الصناعية. وبموجب هذه البنية، تكون الشبكة الأرضية مسؤولة بشكل رئيسي عن المناطق ذات الكثافة السكانية العالية، وتكون محطات HAPS مسؤولة عن المناطق التي يصعب فيها بناء محطات قاعدة أرضية ولكن لا يزال هناك العديد من المستخدمين، وتواصل السواتل القيام بمهمة التغطية لنطاق واسع للغاية ومناطق نائية للغاية.
أجرى هذا الاختبار أيضًا تجارب متعلقة بالاتصالات بالليزر لأول مرة. تطلق شركة SoftBank اليابانية وجامعة هيتوتسوباشي والمعهد الوطني للأبحاث القطبية الياباني نبضات ليزر على المنطاد. يحمل المنطاد عاكسًا صممته المؤسسة البحثية ويستمر في إعادة الضوء المنعكس إلى الأرض. ويأمل الباحثون في استخدام هذه البيانات لمواصلة التحقيق في كيفية ربط منصات الستراتوسفير والأقمار الصناعية عبر الروابط البصرية في المستقبل.
إذا كان من الممكن توصيل HAPS بالأقمار الصناعية من خلال أشعة الليزر في المستقبل، فيمكن نقل البيانات بسرعة عالية بين الأقمار الصناعية ومنصات الستراتوسفير، ثم إرسالها مباشرة من المناطيد الأقرب إلى الأرض إلى الهواتف المحمولة العادية. ويتصور ساي استخدام الليزر لنقل البيانات بسرعة عالية عندما يكون الطقس صافيا، والتحول إلى وصلات الراديو عندما تؤثر الظروف الجوية مثل الغطاء السحابي على الاتصالات البصرية.
وبطبيعة الحال، فإن Sceye ليست الشركة الوحيدة التي تعمل على تطوير تكنولوجيا الاتصالات HAPS. تقوم AALTO، وهي شركة تابعة لشركة Airbus، بتطوير طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية Zephyr على ارتفاعات عالية، وتقوم AeroVironment وSoftBank أيضًا بتطوير منصة الجناح الطائر التي تعمل بالطاقة الشمسية Sunglider، وتقوم منصات الستراتوسفير البريطانية باختبار منصة على ارتفاعات عالية تعمل بالطاقة الهيدروجينية.
تتمثل الميزة الرئيسية لـSceye في استخدام هيكل المنطاد في سعة الحمولة. بالمقارنة مع الطائرات بدون طيار التي تحلق على ارتفاعات عالية والتي تعتمد على أجنحتها لتوليد قوة الرفع، يمكن للمناطيد الطافية نظريًا أن تحمل مصفوفات هوائيات أكبر والمزيد من معدات الاتصالات. لذلك يأمل Sceye في بناء مناطيد على ارتفاعات عالية لتكون بمثابة بنية تحتية للاتصالات يمكنها البقاء لفترة طويلة وتغطي مساحة كبيرة.
في الوقت الحالي، لم تعلن Sceye عن التعريفات المحددة والتغطية وقدرة المستخدم للخدمة التجارية النهائية، كما أنها لم تقدم مقارنة كاملة للتكلفة مع خدمات الإنترنت عبر الأقمار الصناعية الحالية مثل Starlink. ومع ذلك، ذكرت SoftBank أنها تأمل في الترويج تدريجيًا لخدمات HAPS التجارية في اليابان بدءًا من عام 2027.
إذا أمكن المضي قدمًا في التسويق اللاحق بسلاسة، فقد لا يحتاج المستخدمون إلى معرفة ما إذا كانوا متصلين بمحطة قاعدة أرضية أو قمر صناعي أو منطاد في الستراتوسفير في المستقبل. ولا تزال الهواتف المحمولة تستخدم وسائل الاتصال الخلوية العادية، وفي المناطق التي يصعب فيها تغطية المحطات الأساسية التقليدية، قد يتحول المنطاد غير المأهول الذي يزيد ارتفاعه عن عشرة كيلومترات فوق سطح الأرض إلى "محطة قاعدة جوية" مؤقتة أو طويلة المدى.
من منظور مسار تطوير البنية التحتية للاتصالات، فإن الأهمية الحقيقية لمحطات HAPS لا تكمن في استبدال محطات القاعدة الأرضية أو الأقمار الصناعية، بل في إضافة طبقة شبكة جديدة بين الأرض والفضاء. بالنسبة للمناطق النائية والطرق البحرية ومناطق الكوارث والمناطق التي تحتاج إلى استعادة الاتصالات بسرعة، فإن هذا النوع من منصات الاتصالات التي يمكن أن تبقى في طبقة الستراتوسفير لفترة طويلة بينما تخدم الهواتف المحمولة العادية بشكل مباشر قد تصبح جزءًا مهمًا من الشبكات غير الأرضية المستقبلية.
التعليقات