Надвигающийся стандарт сотовой связи 6G принесет нам много новинок, которые я уже разбирал подробно. Лично для меня самой внезапной оказалась концепция HAPS.
Напомню, что HAPS расшифровывается как High Altitude Platform Station — высотные платформенные станции. Своей сутью это летающие базовые станции, которые могут надолго зависать над определенным районом и обеспечивать его связью.
Плюсов от такого подхода прилично. Судите сами.
Мы можем оперативно развернуть связь в любой точке земного шара. В горах, на море или там, где произошло стихийное бедствие и наземная инфраструктура связи погребена под руинами.
Если сравнивать с космической связью (тем же Старлинком) то HAPS находятся куда ниже низкоорбитальных спутников. Формально в документах Международного союза электросвязи HAPS — это станция на объекте на высоте 20–50 км. На практике большинство сценариев смотрит в сторону стратосферных высот около 20 км: выше погоды и коммерческой авиации, но на порядок ниже спутниковых орбит. Напомню, что типовая LEO-орбита порядка 500 км. А это значит, что мы можем себе позволить меньшие задержки и меньшую мощность передатчика в сотовом телефоне.
Получается, одни плюсы. Только вот есть несколько вопросов. А как к HAPS подвести канал связи? А как туда подвести питание? А как создатели 6G вообще себе представляют атмосферный объект, который днями висит на месте и не падает?
Что ж, давайте разбираться!
Для начала определимся с основой. На чем вообще можно подняться на высоту 20 километров и зависнуть на ней?
LTA (Lighter Than Air)
Самый очевидный ответ: что-то вроде дирижабля или аэростата. Этот класс HAPS называется LTA (Lighter Than Air), то есть “легче воздуха”. И это не просто дирижабль или воздушный шар. На высоте 20 км плотность воздуха составляет примерно 1/14 от того, что мы имеем у поверхности. Значит, наш воздушный шар должен быть пропорционально больше.
Допустим, это не такая большая проблема. Современные оболочки — это многослойные композитные плёнки с добавлением графена. Они выдерживают суточные перепады давления при нагреве/остывании гелия, а также устойчивы к жесткому ультрафиолету и озону. Кроме того, базовая станция не такая уж тяжелая, даже в комплекте с аккумуляторами нагрузка далека от той, что тащила гондола “Гинденбурга”.
Электричество можно брать с солнечных батарей. Наш шар висит выше облаков, днем у него всегда есть возможность подзарядиться от cолнышка. А многочисленные эксперименты доказали, что при грамотном расположении панелей, этой энергии хватит и на маневровые двигатели, и на питание базовой станции. Маневрировать придется обязательно: аэростат будет сдувать ветром.
Но главная проблема LTA совсем не в этом. Главная беда в гелии: он очень текучий и даже самые современные супероболочки его не остановят. Гелий будет помаленьку вытекать и наш аэростат начнет сдуваться. Однако около месяца он продержится. Для начала очень даже неплохо.
Скрытый текст
Я специально не акцентирую внимание на канале связи: это будет проблема всех HAPS и о ней мы поговорим в конце.
Главный пример того, что аэростатные базовые станции вообще возможны – это Google Loon. В 2011 году был запущен грандиозный проект: рои воздушных шаров дрейфуют в стратосфере, образуют mesh-сеть и передают интернет в самые отдалённые уголки планеты. Loon успешно протестировал передачу данных по LTE. Однако в 2021 году проект был закрыт из-за того, что не удалось построить экономическую модель с низкой себестоимостью.
Loon важен в первую очередь как большой натурный эксперимент. Он доказал, что стратостатная сеть может работать, но не доказал, что ее можно массово продавать дешевле альтернатив. Для HAPS экономика вообще главный вопрос и мы в этом еще не раз убедимся.
Тем не менее, технически это возможно. Если будет массовый спрос, то проблемы выше вполне себе решаемы. Кажется.
HTA (Heavier Than Air)
На чем еще можно полетать в высоких слоях атмосферы? На самолете. Точнее… Это не совсем самолет в привычном смысле, ведь воздух-то разряжен. Поэтому мы говорим о следующем классе – HTA (Heavier Than Air), то есть “тяжелее воздуха”. Конструктивно это выглядит как огромный планер. Помним, что крыло у планера опирается на воздух. Следовательно, чем больше воздух разряжен, тем большая площадь крыла нам нужна. Типовой размах крыла будет примерно 25 метров при 75–100 кг общей массы аппарата. Для сравнения: размах Airbus 320 34 метра, но 320-й тащит на этих крыльях 150 пассажиров с багажом. Так что отношение длины крыла к массе существенное.
По итогу имеем сверхлёгкие беспилотники с огромным крылом, солнечными панелями, аккумуляторами и электрическими моторами. Днем они набирают энергию и заряжают батареи, ночью живут на накопленном. Их скорость невелика, но им и не надо куда-то лететь: они должны нарезать круги или восьмерки над зоной обслуживания.
Самый известный пример — Zephyr, проект Airbus/AALTO. В 2025 году Zephyr смог выполнить рекордный непрерывный полёт 67 дней 6 часов 52 минуты в стратосфере, побив собственный результат 64 дня 2022 года.
В качестве топлива можно попробовать использовать что-то более существенное, чем солнечный свет. Например, водород. Но такой беспилотник становится больше похож на классический самолет со всеми вытекающими: водородом его надо заправлять, организовать хранение водорода на аэродромах, а это тянет за собой целую инфраструктуру, сравнимую с современной малой авиацией. Никто не говорит, что задача не решаемая. Но солнечный планер выглядит перспективнее.
Канал связи
Возможно, вы со скепсисом прочитали все, что было выше. Мол, ну да, ОК, ведутся какие-то разработки, но Loon закрыли, а Zephyr пока единичная история.
Все так. Однако, эти наработки показывают нам саму физическую возможность провисеть в воздухе месяц. Это главное. Дальше все решит рынок. Будет спрос и потребность – будет буст для развития технологий и появится куча свежих идей, как улучшить технологию. Вспомните, какой колоссальный скачок за последние 10 лет совершили беспилотники.
Сама идея летающих базовых станций не нова. Китайская компания Baicells показывала раздачу 4G с дрона еще в 2016 году. С тех пор эту технологию используют, скажем, для временного увеличения емкости сети во время массовых мероприятий. Но тут встает главный вопрос. А чем поднять сигнал на такую базовую станцию?
ОК, если это дрон, который висит на высоте ста метров – ну, поднимем беспроводной канал направленными антеннами или вообще кабель к нему пробросим. А когда наш HAPS мало того, что на высоте 20 километров, так еще и где-то в центре Тихого океана барражирует, с ним как быть?
Тут есть три сценария:
Если HAPS висит где-то недалеко от магистральных линий связи, то можно организовать радиорелейку, то есть направленный луч сигнала точно на платформу. Тут будут варианты, в зависимости от частоты и типа HAPS. Слагаемых два: какого размера будет пятно покрытия этой условной релейки на высоте платформы и насколько большое пространство описывает эта платформа во время своего полета. То есть хватит ли нам неподвижного луча или лучом придется водить за платформой. Аналогично с обратным каналом.
Если HAPS висит где-то над Тихим океаном и вокруг только рыбы, то сигнал придется брать с одного или нескольких спутников. Это тоже вариант, на самом-то деле.
И, наконец, если у нас все пошло как надо и над регионом висит не одна HAPS, а целая группировка, то используем принцип меш-сети – часть платформ становятся ретрансляторами.
Как видите, конкретики пока мало, но концептуально решения есть. Куда интереснее будет с тем, ради чего HAPS, собственно, поднимали в стратосферу.
Наземная сотовая сеть - это сбалансированная система, в которой стараются поддерживать равновесие: делят соты по частотам, равняют сигнал по мощности, светят направленными антеннами строго в свои сектора.
Появление воздушной платформы, которая откуда-то сверху излучает сигнал и при этом сама двигается, заметно усложнит наземную логику. Сети придется менять параметры динамически, учитывая сигнал с HAPSа.
Или последняя проблема надумана? Будет ли вообще наземная сеть там, где работает HAPS? Для ответа на этот вопрос нам нужно посмотреть сценарии использования небесных платформ.
Прилетит вдруг волшебник в голубом стратолете…
Первый и главный сценарий, на который особенно напирают в 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии, в том числе 6G): чрезвычайные ситуации. Землетрясение, тайфун, цунами, паводок, пожар, в общем, все, что выводит из строя наземную инфраструктуру. Понятно, что когда сотовые вышки лежат рядом с разрушенными домами, людям нужно позвать на помощь, спасателям — поднять канал связи, частотные пересечения с остатками наземной сети отходят на второй план. В этом случае аварийный дирижабль кажется отличным решением, а его замена хоть каждую неделю не выглядит самой большой проблемой. Вопрос лишь в том, насколько часто происходят подобные вещи и каков будет объем рынка HAPSов для ГО ЧС разных стран. Других заказчиков подобных решений просто не просматривается.
Второй сценарий: связь в удаленных районах. Об этом уже мечтает Nokia в своем аналитическом документе “HAPS: Connect the unconnected” (оцените название, вспомните слоган Nokia и оцените еще раз). Тут уже интереснее. Если до HAPSов связи где-нибудь в заполярном поселке не было, то логично, что наземной сети повредить нельзя. Потому что там нет наземной сети. Сигнал берем со спутника, HAPS выступает ретранслятором, чтобы стандартный смартфон смог не особо высаживая батарейку общаться с воздушной базовой станцией.
По идее, в планах будущего заложено, что смартфон сможет связываться со спутником напрямую. Но низкоорбитальные спутники есть пока не везде (или не везде легальны), а 500 километров и 20 километров все же большая разница для батареи телефона, пинга и стабильности связи. В терминологии 3GPP это укладывается в концепцию NTN (non-terrestrial networks – неназемные сети). Туда как раз и попадают высотные платформы, которые несут ретранслятор или полноценную базовую станцию.
Третий сценарий: закрытие белых пятен между существующими сетями. Скажем, два крупных города покрыты сетью хорошо, а вот трасса между ними так себе. Тут нам даже спутник не нужен, запулим сигнал на HAPS с релейки в городе. Нужна ли нам именно воздушная платформа, или дешевле будет поставить несколько башен связи вдоль трассы – вопрос финмодели. Но чисто технически возникнут сложности сопряжения с уже существующими сетями. Решаемые, но возникнут.
Здесь много энтузиазма проявляет NTT (крупнейшая японская телекоммуникационная группа). Они предлагают 3D-cell control — систему управления трехмерной зоной покрытия и совместным использованием частот между HAPS и наземными сетями. Ну и да, кажется что именно так вопрос и будет решаться: динамической подстройкой параметров всей сети и оперативными матмоделями покрытия.
Четвертый сценарий: покрытие “нетвердых” мест нашей планеты, то есть рек, морей, океанов и воздуха. Тут все просто. Сотовой связи в океане особо никогда не было, уж очень быстро там тонут вышки базовых станций. Конечно, отдельные решения существуют, но все же для морской и океанской связи используются, в основном, спутники. Теперь там (а еще в воздухе) будет и сотовая связь. Для кого? Хороший вопрос. Видимо, покрытие будет лоскутным и только там, где оно востребовано. Вновь берем сигнал со спутника, и вновь чисто технически вопросов нет. А вот финмодель вызывает сомнения.
Пятый сценарий: временное покрытие. То есть там, где строить наземную инфраструктуру дорого и бессмысленно и связь нужна эпизодически. Условные полевые работы, временный промышленный объект или что-то в этом духе. Нужна связь — пригнали HAPS, не нужна — перегнали туда, где потребность больше. Вроде тоже вполне реализуемый сценарий и даже полезный.
Тут важно сделать оговорку. Если мы хотим уплотнить существующую сеть, например, во время массового мероприятия, проще, надежнее и дешевле пригнать мобильную базовую станцию на платформе автомобиля или дрона. Ее и в существующую сеть встроить проще и двигаться она не будет. Не говоря уж о том, что в нынешних реалиях это будет дешевле на порядок-другой.
Шестой сценарий: канал связи для наземных сетей. То есть HAPS де-факто выполняет роль радиорелейки-ретранслятора, чтобы перекинуть сигнал, например, через горный массив. В общем, тоже вариант и тоже реализуемо.
Японский SoftBank, который вкладывает в HAPS большие деньги, особенно напирает на последний сценарий. Хотя, у SoftBank перечень этих сценариев вообще огромный, они большие энтузиасты в воздушных платформах. Но по факту все их сценарии являются частными случаями шестерки выше, поэтому я не стану на них останавливаться.
Как мы видим, HAPS выглядит очень полезной штуковиной и с ходу воздушным платформам найдется много применений. Если, конечно, они не будут стоить как международная орбитальная станция и смогут висеть в одном районе хотя бы несколько недель.
Ложка дёгтя в бочке фантазий
Честно скажу, я очень критически отношусь к идее HAPS. С одной стороны, я вижу огромное число технических и финансовых ограничений. С другой, бешеная эволюция беспилотников в последние годы показала, что иногда технологии совершают невероятный рывок. Попробую остаться беспристрастным и после мечт о пользе не забуду про ограничения воздушных платформ.
Энергетический бюджет. Это особенно важно для HTA-аппаратов, которые физически не могут накопить достаточно энергии в высоких широтах зимой. Значит, пока их использование ограничено экваториальными и субтропическими зонами. Даже для LTA-дирижаблей энергопотребление маневровых двигателей в период долгой ночи остается критическим.
Посадка и взлёт. Огромный, хрупкий, легкий планер или 100-метровый дирижабль нужно посадить в ветреную погоду. Статистика аварий БПЛА показывает, что 80% инцидентов происходит именно на этих этапах.
Регуляторика. Использование спектра на высоте 20 км и покрытие огромной территории требует новых международных соглашений. ITU только начинает выделять частоты (например, 2 ГГц, 700 МГц и диапазоны 5G) под HIBS (так называются сами базовые станции на платформе HAPS).
Стоимость и бизнес-модель. Вот тут главный вопрос. Пока развертывание одного HAPS сопоставимо по стоимости с десятком наземных вышек. Правда, если считать стоимость подключения одного домохозяйства в глухой тайге, HAPS может оказаться в разы дешевле спутниковых тарелок. Но это не точно.
Здесь и сейчас
Несмотря на все сложности, технология HAPS уверенно движется от прототипов к реальной коммерции. За примерами далеко ходить не надо:
Sceye (США): В 2024 году они первыми в мире доказали способность платформы LTA выполнить полный суточный цикл на солнечной энергии, удерживая позицию.
SoftBank (Япония): Агрессивная дорожная карта. Предкоммерческий запуск HAPS на платформе Sceye запланирован уже на 2026 год в Японии, а в 2025 году они инвестировала в развитие технологии около $22 миллионов.
NTT (Япония): Крупнейшая телеком-корпорация также объявила о начале коммерческой эксплуатации своей HAPS-системы в 2026 году.
Аналитики прогнозируют, что к 2029 году в мире будет эксплуатироваться около 147 активных платформ HAPS, а выручка сектора достигнет €742 миллионов при ежегодном росте около 13%.
Не случайно особенно активно в HAPS смотрит Япония. Для страны с горами, островами и регулярными природными катастрофами воздушная базовая станция — очень и очень заманчивая идея.
Заключение
Несмотря на отдельные пилоты, пока HAPS – это скорее концепция и там еще очень много белых пятен. Но они решаются. А запуск 6G мы ждем в районе 2030 года, то есть меньше, чем через пять лет. К тому времени исследования наверняка продвинутся и будет накоплен первый опыт.
Станет ли воздушная платформа такой же привычной вещью, как самолет или вертолет? Пока трудно сказать. Есть аргументы за и против. Внезапно, но сейчас ключевое ограничение не в технике, с ней-то более-менее все понятно. Ключевое ограничение в регуляторике, политике и финмодели. А вот эти черные лебеди потопили уже не одну перспективную разработку. Так что давайте встретимся лет через десять и узнаем, чем все закончилось.
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
