company_banner

Радиоволны из стратосферы: британский водородный БПЛА обеспечит регионы сотовой связью

    Прототип БПЛА Stratospheric Platforms. Photo credit: Stratospheric Platforms Ltd.
    Стартап из Британии Stratospheric Platforms вместе с американской компанией Northrop Grumman работает над водородным двухмоторным стратосферным беспилотником. Один такой аппарат способен обеспечить покрытие 5G-связью «соту» с диаметром ячейки в 140 км.

    Стратосферный беспилотник изготавливают по схеме высокоплана с V-образным хвостовым оперением.

    Характеристика БПЛА:


    • вес — 3,5 тонны;
    • размах крыла — 60 метров;
    • высота полетов — 18,3 тыс. м;
    • длительность полета — 9 дней.

    Первый тестовый полет запланирован на 2022 год.

    Известно, что ранее стартап тестировал систему связи стандарта 4G с установкой базовых станций на летательные аппараты. Эксперимент проводили на самолете Grob G 520 на высоте 13,7 тыс. метров. На данный момент удалось добиться неплохих результатов, с пропускной способностью канала около 70 МБайт/с — к абонентам и 20 МБайт/с — от абонентов.

    Британский стартап не единственный, кто занимается развитием и поддержкой сотовой связи с помощью беспилотников. Идея достаточно популярная, ведь такая система при условии грамотной технической реализации поможет провести связь в труднодоступные регионы, увеличить базу абонентов, избежав существенных вложений в строительство новых сотовых вышек.

    Не единственные в своем роде


    Photo credit: HapsMobile
    Одновременно с Stratospheric Platforms разрабатывает похожие беспилотные аппараты HAPS Mobile, дочерняя компания SoftBank, для обеспечения связью в труднодоступных местах. Вместе с Loon, дочерней компанией Alphabet Inc., они работают над системой сотовой связи с использованием воздушных шаров. Стартапы протестировали в стратосфере на беспилотнике Sunglider, сконструированном в виде единого крыла размахом 78 метров. Аппарат работает от солнечных батарей. В движение БПЛА приводят пропеллеры.

    Photo credit: HapsMobile
    Общее время полета составило 20 часов 16 минут, на границе стратосферы беспилотник находился 5 часов 38 минут. Во время тестового полета с помощью Sunglider удалось установить соединение стандарта LTE. Полет осуществлен при сложных погодных условиях: скорость ветра достигала 100 км/ч, а температура опускалась до -73 градусов по Цельсию.

    Летая на высоте 20 км над уровнем, Sunglider способен поднять полезный груз массой до 68 кг. Беспилотник может находиться в атмосфере в течение нескольких месяцев без посадки.

    Selectel
    ИТ-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 23

      0

      любопытно, почему для подобного не используют те же стратостаты или дирижабли на водороде, вообще в беспилотном варианте по-моему самый оптимальный вариант

        0
        Причальные мачты, большая парусность и как следствие подверженность погодным условиям, большие ангары, биг бадабум (если водородом заполнять объем), утечка гелия, если заполнять баллон гелием (который, внезапно, нынче в дефиците)…
          0

          Тут и так вопросы по поводу устойчивости к погодным проблемам. А у стратостата или дирижабля с этим еще хуже.

            0
            Современные проектируемые дирижабли могут летать на больших высотах выдерживать ураганные ветра и висеть на месте до 5 лет и больше, обеспечивая сотовой связью, телерадиовещанием и интернет большие территории (например, большой город). Разрабатываемые стратосферные дирижабли способны летать на высотах 20-30 км и даже выше. Только что-то до сих пор не видно готовых коммерческих продуктов, лишь только новости о каких-то проектах, разработках, экспериментах.
              0
              Современные проектируемые дирижабли могут летать на больших высотах выдерживать ураганные ветра и висеть на месте до 5 лет и больше… Только что-то до сих пор не видно готовых коммерческих продуктов
              Одно из двух утверждений в одном абзаце ложно. Угадаете, какое?

            0
            Во-первых, не на водороде, а на гелии (водородный Гинденбург в свое время очень хорошо горел), также же есть еще термодирижабли. Во-вторых беспилотные дирижабли еще с конца прошлого века обещают использовать для сотовой и пр. связи и телерадиовещания, но с тех пор подвижек почему-то почти нету (в СМИ проскакивают иногда новости о разработках, но массовых коммерческих продуктов до сих пор не видно).
              0

              почему бы не водород? он дешевле, а так же и топливо. экипаж ее рискует своей жизнью… технологии и материаловедение думаю ушли дальше гиденбурга,, да и гиденбург вряд ли находился на таких высотах, в которых автоматика будет работать… мне вот тоже не совсем понятно, почему данные технологии так и остались на уровне цепеллинов, и нет коммерческих образцов

                +1

                Ну про Гинденбург — уже давняя история. Да, страшно выглядело, но меньше 60 погибших. Почти все пассажиры успели "разгрузиться". Ну и да. 60 человек — страшная цифра, но… в середине 90-х в Москве примерно столько людей гибло в ДТП. В день. Каждый день. 365 дней в году.


                Ну и в целом — там история тёмная. Из-за политики американцы перестали продавать немцам гелий… Из-за грозы причаливание задержалось… Там, при желании, можно много причин и поводов для аварии найти.


                но с тех пор подвижек почему-то почти нету

                С этим всё гораздо проще.


                Грубо, Гинденбург имел полную взлетную массу порядка 230 тонн вместе с экипажем, пассажирами, грузом и топливом. Из этих 230 тонн экипаж и пассажиры с багажом — что-то около 2 тонн. Максимальная скорость "в прыжке" — около 130 км/ч, крейсерская — 110 км/ч.


                Сравним с Ил-76. Взлётная масса чуть меньше 200 тонн… Но! Из них — до 60 тонн пассажиры или груз. Крейсерская скорость при этом больше 700 км/ч. Если брать типичного пассажира Гинденбурга — Ил-76 может перевезти примерно в 100 раз больше пассажиров за примерно в 6 раз меньшее время.


                Ну или Боинг 747… Может перевозить под 100 тонн груза/пассажиров при собственной сухой массе около 180 тонн. Однажды обычный пассажирский B-747, в котором я летел, словил на высоте около 12000 метров попутный ветер и в развлекательной системе показывали время от времени скорость относительно земли 1200+ км/ч… Долетели на полтора часа раньше расписания… (Совсем чуть-чуть медленнее, чем было бы на Конкорде...)


                Это я всё к тому, что пока (всё ещё) аппараты тяжелее воздуха — намного эффективнее по соотношению собственная масса плюс топливо / масса доставляемого груза / на км.


                Водород в качестве топлива для самолетов — тестировали. И все было неплохо. Но там просто объём и масса бака для водорода сводили на нет все возможные преимущества. За прошедшее время, конечно, композитные материалы стали лучше, эффективность двигателей увеличилась. Но не на порядки, а на не очень большие десятки процентов. Но за это время примерно на такие же десятки процентов поднялась эффективность "обычных" реактивных двигателей.


                Можно, конечно, пытаться приплести экологию. Но "экологи" постоянно забывают, что примерно весь водород производится из нефти и природного газа, с которыми так борются "экологи". И "экологи" тщательно игнорируют факт, что для производства водорода требуется затратить энергию, которая, всё ещё, получается путём сжигания ископаемого топлива.

                  +2
                  Из этих 230 тонн экипаж и пассажиры с багажом — что-то около 2 тонн.


                  1. У вас, вероятно, нолик потерялся — более 100 человек (экипаж+пассажиры) не могут весить 2 тонны.

                  2. В Википедии написано, что полезная нагрузка 100 тонн, но не понятно, включает ли она 60 тонн топлива и конструкцию интерьера (перегородки кают и тому подобное).

                  3. Напрямую сравнивать пассажирские варианты дирижабля и самолета несколько некорректно — разный вес дополнительного оборудования. В самолете на человека приходится кресло, полка да кусочек системы вентиляции. В дирижабле — каюта (или пол-каюты — не видел схемы размещения) и т.д.

                  На мой взгляд, самолеты победили т.к.
                  — менее погодозависимы
                  — быстрее (а значит за время одного полета дирижабля — слетает несколько раз — это не только потребительское качество, но и напрямую улучшает оборачиваемость вложений).

                  А вот для беспилотника, которому надо висеть на одном месте, водородный дирижабль, возможно и подошел бы.
                    0
                    Можно, конечно, пытаться приплести экологию. Но «экологи» постоянно забывают, что примерно весь водород производится из нефти и природного газа, с которыми так борются «экологи». И «экологи» тщательно игнорируют факт, что для производства водорода требуется затратить энергию, которая, всё ещё, получается путём сжигания ископаемого топлива.

                    С точки зрения экологии, неизбежные потери водорода могут привести к
                +1
                Насколько я как бывший инженер-связист могу судить, это уже будет совсем другой тип связи.

                Во-первых, «сота» диаметром 140 км — это уже не сота. Там может оказаться слишком много народу, чтобы его можно было обслужить из одной точки. В своё время рассматривался разный размер соты — и большой, с малым количеством базовых станций (мощных и дорогих супермонстров), и маленький, с большим количеством простых и дешевых базовых станций. Победил второй вариант, как более эффективный в широком смысле. А обсуждаемый ведёт в совсем другую сторону.

                Во-вторых, 70 МБайт/с туда и 20 МБайт/с обратно — это почти ничто, при нынешних потребностях такой канал будет забит уже при считаных единицах абонентов в зоне покрытия.

                В-третьих, дальность. Нынешняя аппаратная часть рассчитана на расстояние между абонентом и базовой станцией порядка сотен метров. Здесь же планируются даже не километры, а десятки километров. Хватит ли у нынешних смартфонов чувствительности приёмников, мощности передатчиков и запаса энергии бортовых источников питания для такой дальности? По-моему, не хватит, здесь потребуются более специализированные абонентские аппараты. А раз так, то эта система не впишется в нынешние сети, как их составная часть.

                Впрочем, может, я, поскольку «бывший», чего-то упустил, и техника давно перекрыла эти ограничения?
                  0

                  Аппарат летает высоко, но зато по дороге нет препятствий типа лесов, домов и рельефа.
                  Дальность сотовой связи в сельской местности километров 5, а то и 10 вполне реальна. Это с обычным аппаратом. С внешними антеннами ловят и дальше.
                  Почему бы не работать и с самолётом на 20 км?
                  Только придётся выходить из дома или ставить стационарную антенну для какого-нибудь роутера.


                  Слишком много абонентов в одной соте — более серьёзная проблема, по-моему.

                    0
                    Во-первых, «сота» диаметром 140 км — это уже не сота. Там может оказаться слишком много народу, чтобы его можно было обслужить из одной точки.
                    По определению — не может. Это решение для малонаселённых районов, там, где «может оказаться» сотовая связь уже, как правило, есть. Во всяком случае дирижабль там явно не нужен.

                    Во-вторых, 70 МБайт/с туда и 20 МБайт/с обратно — это почти ничто, при нынешних потребностях такой канал будет забит уже при считаных единицах абонентов в зоне покрытия.
                    Это данные абонентского терминала. Аплинк может иметь совершенно другие параметры.

                    Мощность сигнала передатчика на дирижабле можно увеличить без проблем. А вот с передатчиком у абонента вполне могут быть проблемы, и, так как дирижабль не находится на одном месте, направленная антенна без устройства слежения поможет не всегда.

                      0
                      По определению — не может.
                      Не зарекайтесь, это случайный параметр. Вероятность такого события, согласен, невелика, но она не нулевая.
                      Это данные абонентского терминала.
                      В статье так не сказано. 70/20 получены в эксперименте с единственным абонентом, и нет данных, что пропускная способность была ограничена именно с абонентской стороны. Хотя… эксперимент есть эксперимент. В окончательном варианте всё может измениться.
                      Мощность сигнала передатчика на дирижабле можно увеличить без проблем.
                      Без проблем может и не получиться — предел кладёт мощность бортового источника питания. Кроме того, у сбалансированного канала связи важна не только мощность передатчика, но и чувствительность приёмника. В смартфонах, насколько можно судить, она и так подведена под предел. А наращивать потенциал канала связи со стороны абонента за счёт мощности передатчика вообще невозможно. Проблему нетрудно решить применением направленной антенны, но… с такой антенной это будет совсем другой аппарат, в карман его уже не положишь. Да и пользование таким аппаратом — прикидка направления на базу, прицеливание — будет совсем непривычным, ближе к спутниковым терминалам. Поэтому я и написал, что такая система — это совсем другой тип связи.
                        0
                        30 км по прямой вертикальной видимости неимоверно лучше, чем 1 км в лесу или в городе. И даже заметно лучше, чем 30км в чистом поле, параллельно земле (зона Френеля). Например, с космонавтом-радиолюбителем на станции Мир (350км) в свое время успешно связывались обычные радиолюбители. На самодельных УКВ передатчиках. Без всякой цифровой компрессии, голосом, в узкополосной ЧМ. При выходной мощности порядка 5Вт. С ручной коррекцией эффекта Доплера.

                        В данный момент аналоги карманных радиостанций типа баофенга (5Вт) на нужные частоты позволяют открывать на ретрансляцию геостационарные (35000км!) спутники-репитеры Satcom. Эти же Satcom еще проще принимаются на передачу (вышел на балкон, высунул антенну-телескоп, чуть понаклонял и уже слышно). Да, для передачи используются специальные антенны. Но главная цель этих антенн не в усилении (они его тоже немного дают), а в формировании правильной поляризации (круговой), так как с обычным штырем будут полные замирания в неудачных позициях. Ну и еще нужно перекричать конкурирующих радиопиратов, если хотите передавать. Вид связи тоже примитивный, узкополосная ЧМ.

                        Многие радиолюбительские и погодные спутники на орбитах 1000+км имеют мощности передатчиков в десятки и сотни милливатт и во время пролета неплохо принимаются без специальных антенн, например SO-50 или NOAA.

                        Если учесть, что у беспилотника высота пролета на 1..3 порядка меньше, чем у описанных КА, что малозаметен эффект Доплера, используются современные достижения в управлении поляризацией сигнала и современные цифровые виды связи — я не удивлюсь, если именно со стороны качества радиопередачи все будет гораздо лучше, чем с наземными сотами. Исключая варианты нахождения абонента в металлических зданиях или в бетонных зданиях, но вдали от окон, а также под землей. И исключая коллизии, ввиду множества видимых абонентов.

                        Вспомню свой исторический факт о дальности мобильной связи: когда в 2005г. еще существовал CDMA, мне удавалось подключиться к базовой станции и выполнить неустойчивый вызов, находясь почти на уровне земли, на расстоянии порядка 30км. Частота 450МГц, макс. мощность передатчика cdma телефона 400мВт.

                        Дополнительный личный факт достаточно дальней связи на УКВ, без применения мощных передатчиков и спец. антенн: с помощью рст. Baofeng, поднявшись на высоту 3м, при мощности порядка 4Вт удается открывать репитер на частоте 145МГц и расстоянии 40км.

                        Кроме того, у сбалансированного канала связи важна не только мощность передатчика, но и чувствительность приёмника. В смартфонах, насколько можно судить, она и так подведена под предел.
                        В современных смартфонах, увы — наоборот, мощность передатчика и чувствительность приемной части все более и более снижается, если сравнивать со старыми моделями. Частных причин множество, а общая — отсутствие массовой необходимости в этом.
                          0
                          По определению — не может.
                          Не зарекайтесь, это случайный параметр. Вероятность такого события, согласен, невелика, но она не нулевая.
                          Вы считаете, что провайдеры ставят вышки сотовой связи в случайных местах? А я что-то сомневаюсь, поэтому берусь утверждать, что, если на территории диаметром 140км будет обитать миллион абонентов, то там будет густая сеть сотовых вышек.

                          Это данные абонентского терминала.
                          В статье так не сказано. 70/20 получены в эксперименте с единственным абонентом, и нет данных, что пропускная способность была ограничена именно с абонентской стороны.
                          Это так, только это не единственная статья. В статье про эксперименты по связи для военных, с самолётом смогли установить связь со скоростью 640 Мегабит. Но там был, естественно, совсем другой терминал. Я почему-то предполагаю, что на вышки сотовой связи, где будет больше абонентов, поставят терминал дороже 500 долларов, и подключат к аплинку не за сто долларов в месяц.

                          Мощность сигнала передатчика на дирижабле можно увеличить без проблем.
                          Без проблем может и не получиться — предел кладёт мощность бортового источника питания.
                          Мощность, потребляемая передатчиком, ничтожна по сравнению с мощностью моторов, вращающих винты.

                            0
                            Вы считаете, что провайдеры ставят вышки сотовой связи в случайных местах?
                            Вы меня не поняли. Я говорил не о случайном расположении базовых станций, а о том, что в отличие от вышек люди подвижны и могут скопиться там, где (по модели, описанной в статье) их столько быть не должно. В результате данная базовая станция будет перегружена и вынужденно сузит толщину абонентских каналов. Возможно, до неприемлемых для пользователя величин.
                            В статье про эксперименты по связи для военных, с самолётом смогли установить связь со скоростью 640 Мегабит.
                            Военную связь не стоит сравнивать с ширпотребовской, к ним совсем разные требования. Хотя, как мы не раз слышали, военные научились использовать общедоступную сотовую связь прямо во время боевых действий, но обратное использование не получится.
                            Мощность, потребляемая передатчиком, ничтожна по сравнению с мощностью моторов, вращающих винты.
                            Это не совсем так. Моторы, вращающие винты, вовсе не беспредельно мощны, на них тоже действует ограничение по бортовому питанию. Стартовая мощность может быть и высока, но крейсерская, далеко на высоте — полагаю, около десятков ватт. А это уже сравнимо с потребной мощностью бортовых передатчиков, которая к тому же привязана к количеству открытых пользователями каналов связи. Ну а число пользователей, как я уже упоминал, статистически «гуляет» в некоторых границах, а может и выходить за них.
                              0
                              Вы меня не поняли. Я говорил не о случайном расположении базовых станций, а о том, что в отличие от вышек люди подвижны
                              Вообще-то и вышки подвижные для обеспечения массовых мероприятий существуют. Но, да, теоретически миллион абонентов со своими спутниковыми терминалами может скопиться в малонаселённой местности. На практике, правда, такого не наблюдалось…

                              Военную связь не стоит сравнивать с ширпотребовской
                              А с какого перепуга аплинк сотовой вышки стал шипотребом? Его характеристики должны быть похожи на параметры связи с привелигированным абонентм.

                              Это не совсем так. Моторы, вращающие винты, вовсе не беспредельно мощны, на них тоже действует ограничение по бортовому питанию.
                              Да, конечно. Солнечная постоянная, площадь крыла на котором солнечные батареи.

                              Aurora Odysseus:
                              The 74.1m (243ft) wide carbon fibre aircraft should weigh less than a Smart Car, can carry a 25kg (55lb) payload with 250W provided during several months of endurance.
                              https://en.wikipedia.org/wiki/Aurora_Odysseus

                              Airbus Zephyr:
                              The vehicle can circle over a particular area for extended periods with particular emphasis on its potential civil and military applications as an Earth observation and communications platform. During the day, Zephyr uses its solar cells spread across its wings to recharge high-power lithium-sulphur batteries and drive two propellers. At night, the energy stored in the batteries is sufficient to maintain Zephyr in the sky. The lithium sulphur batteries are supplied by Sion, and the first version had a battery capacity of 3 kW·h.[20][21]
                              Два двигателя 0.45 kW, https://en.wikipedia.org/wiki/Airbus_Zephyr

                                0
                                Вообще-то и вышки подвижные для обеспечения массовых мероприятий существуют. Но, да, теоретически миллион абонентов со своими спутниковыми терминалами может скопиться в малонаселённой местности. На практике, правда, такого не наблюдалось…

                                Массовые мероприятия в сельской местности проводятся довольно часто, хотя миллион людей, конечно же, не собирали. Периодически проводятся всякие фестивали, ярмарки и т.д.; также проводились в разное время рок-фестивали: Казантип (на пике популярности собирал больше 30т. человек), Нашествие, Кубана, Крылья, Рок над Волгой и др.
                                  0
                                  При радиусе (или диаметре? в данном случае без разницы) соты 140 км — не обязательно в сельской местности.

                      0
                      Я думаю реальные соты будут размером поменьше, все зависит от количества самолетов.
                        0

                        Опоздали опять. Игорь Негода уже делает и у него есть летающий прототип.

                          0

                          Вот для чего Негоде самолёт на водородной тяге!

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое