دات‌وان و رؤیای دکل‌های پرنده؛ پهپادهای HAPS چگونه کار می‌کنند؟

دات‌وان وعده استقرار ۲۰۰ پهپاد HAPS را بر فراز ایران داده است؛ فناوری بزرگی که تحقق آن به ظرفیت شبکه، مجوزها و معماری احراز هویت وابسته خواهد بود.

دات‌وان از برنامه‌ای خبر داده که در صورت تحقق، می‌تواند شیوه‌ی توسعه‌ی شبکه‌های مخابراتی ایران را تغییر دهد. بابک زنجانی اعلام کرده نخستین ماهواره‌ی منظومه‌ی مدار پایین زمین یا LEO دات‌وان در ۱۶ آذر ۱۴۰۵، برابر با ۷ دسامبر ۲۰۲۶، به‌صورت زنده به فضا پرتاب خواهد شد. او همچنین از برنامه‌ی استقرار ۲۰۰ پهپاد مخابراتی در ارتفاع بیش از ۲۰ کیلومتری زمین تا پایان سال سخن گفته است. پرنده‌های موردنظر قرار است در نقش ایستگاه‌های پایه‌ی مخابراتی هوایی، پوشش اینترنت و ارتباطات را در مناطق مختلف کشور گسترش دهند.

به‌گزارش پدال، طرح معرفی‌شده بر دو فناوری متفاوت شامل ماهواره‌های مدار پایین زمین و سامانه‌های مخابراتی ارتفاع بالا با نام HAPS تکیه دارد. هر دو فناوری می‌توانند در گسترش شبکه‌های ارتباطی نقش ایفا کنند، اما ماهواره‌ی LEO و پهپاد HAPS از نظر محل فعالیت، معماری و نحوه‌ی پوشش یکسان نیستند. بررسی وعده‌ی دات‌وان نیز بدون شناخت دقیق تفاوت میان دکل زمینی، سکوی مخابراتی ارتفاع بالا و ماهواره‌ی مدار پایین ممکن نخواهد بود.

پهپادهای HAPS چه هستند؟

اصطلاح HAPS کوتاه‌شده‌ی High Altitude Platform Station و به‌معنای ایستگاه مخابراتی ارتفاع بالا است. مطابق تعریف اتحادیه‌ی بین‌المللی مخابرات یا ITU، چنین ایستگاه‌هایی روی سکوهایی در ارتفاع حدود ۲۰ تا ۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار می‌گیرند. محدوده‌ی عملیاتی آن‌ها در لایه‌ی استراتوسفر جو و بالاتر از ارتفاع معمول پرواز هواپیماهای مسافربری قرار دارد.

سکوهای HAPS الزاما پهپاد نیستند و ممکن است به‌شکل هواگرد بدون سرنشین، بالن یا سامانه‌ای شناور در ارتفاع بالا ساخته شوند. طرح دات‌وان مشخصا به پهپادهای مخابراتی اشاره می‌کند. در ساده‌ترین توصیف، پهپاد HAPS نوعی دکل مخابراتی پرنده محسوب می‌شود که تجهیزات ارتباطی را به‌جای استقرار روی زمین، در ارتفاع بسیار بالا حمل می‌کند.

• تفاوت پهپاد و وسیله نقلیه هوایی بی‌سرنشین UAV در چیست؟

• سریع‌ترین پهپاد جهان به رکورد ۱۵۰۰ کیلومتر بر ساعت رسید

فاصله‌ی چنین هواگردی از سطح زمین به‌مراتب کمتر از ماهواره‌ها خواهد بود. طراحی مناسب می‌تواند ارتباطی با تاخیر کمتر از بسیاری از راهکارهای ماهواره‌ای فراهم کند و هم‌زمان منطقه‌ی وسیعی را زیر پوشش ببرد. میزان واقعی تاخیر، ظرفیت و وسعت پوشش با نوع هواگرد، تجهیزات رادیویی، معماری شبکه و شرایط عملیاتی ارتباط مستقیم دارد.

دکل مخابراتی چگونه در ارتفاع ۲۰ کیلومتری باقی می‌ماند؟

پهپادهای مخابراتی ارتفاع بالا معمولا تفاوت زیادی با هواگردهای کوچک و متعارف دارند. بعضی نمونه‌های پیشرفته به‌صورت هواگردهای بال‌ثابت خورشیدی ساخته می‌شوند و بال‌هایی با دهانه‌ی زیاد، وزن پایین و سامانه‌های پیشران الکتریکی دارند. پنل‌های خورشیدی انرژی لازم برای پرواز و کار تجهیزات را فراهم می‌کنند و باتری‌های ذخیره‌ساز، ادامه‌ی ماموریت در ساعات شب را امکان‌پذیر می‌سازند.

رسیدن به ارتفاع زیاد تنها بخشی از ماموریت به‌شمار می‌رود. هواگرد باید بتواند برای مدتی طولانی در منطقه‌ی عملیاتی باقی بماند و پوشش ارتباطی را بدون وقفه حفظ کند. طراحی سازه، بازده سامانه‌ی پیشران، ظرفیت باتری، پایداری پرواز و توان حمل تجهیزات مخابراتی به همین دلیل اهمیت زیادی دارند.

پروژه‌ی زفیر (Zephyr) ایرباس یکی از نمونه‌های شناخته‌شده‌ی چنین هواگردهایی است. زفیر با انرژی خورشیدی کار می‌کند و برای پروازهای طولانی‌مدت در استراتوسفر توسعه یافته است. ایرباس می‌گوید زفیر توانایی پرواز پیوسته در بازه‌های چندماهه را دارد و در صورت تجهیز به محموله‌ی مخابراتی می‌تواند مانند یک دکل مخابراتی هوایی عمل کند.

وجود نمونه‌ای مانند زفیر تضمین نمی‌کند که تمام پهپادهای مخابراتی از طراحی، ماندگاری پرواز یا گستره‌ی پوشش مشابهی برخوردار باشند. ویژگی‌های هر سامانه به سازنده، پیکربندی و محموله‌ی قابل حمل وابسته خواهد بود. مشخصات فنی هواگردهای مدنظر دات‌وان نیز باید جداگانه منتشر و ارزیابی شود.

اینترنت چگونه از آسمان به تلفن همراه می‌رسد؟

ایده‌ی اصلی HAPS بر انتقال بخشی از تجهیزات شبکه به ارتفاع بالا و برقراری ارتباط بی‌سیم با کاربران زمینی استوار شده است. پهپاد در یک معماری متداول، دو مسیر ارتباطی جداگانه با تجهیزات کاربران و زیرساخت اصلی شبکه برقرار می‌کند. مسیر نخست، سیگنال را از پهپاد به تلفن همراه یا سایر تجهیزات ارتباطی می‌رساند.

مسیر دوم، پهپاد را به شبکه‌ی اصلی مخابراتی متصل می‌کند. پیوند با شبکه‌ی اصلی می‌تواند از طریق یک ایستگاه زمینی برقرار شود یا بسته به طراحی شبکه، از یک مسیر ارتباطی ماهواره‌ای بهره ببرد. کیفیت همین اتصال پشتیبان، ظرفیت واقعی و پایداری خدماتی را که به کاربران می‌رسد تحت‌تاثیر قرار خواهد داد.

مزیت HAPS در نقاطی آشکار می‌شود که ساخت دکل زمینی دشوار یا پرهزینه باشد. روستاهای دورافتاده، مناطق کوهستانی، جزایر، مسیرهای طولانی جاده‌ای و نواحی محروم از پوشش مخابراتی مناسب، از جمله محل‌هایی هستند که چنین سامانه‌ای می‌تواند به توسعه‌ی ارتباطات آن‌ها کمک کند. ارتفاع زیاد پهپاد نیز اثر شماری از موانع زمینی بر انتشار سیگنال را کاهش می‌دهد.

سامانه‌های ارتفاع بالا در شرایط اضطراری هم کاربرد بالقوه دارند. سیل، زلزله یا حوادث دیگر ممکن است دکل‌ها و زیرساخت‌های زمینی را از کار بیندازند. یک پلتفرم هوایی در چنین وضعیتی می‌تواند ارتباط جایگزین ایجاد کند یا بخشی از پوشش ازدست‌رفته‌ی شبکه را بازگرداند.

HAPS چه تفاوتی با دکل زمینی و ماهواره‌ی LEO دارد؟

دکل مخابراتی زمینی، پهپاد HAPS و ماهواره‌ی مدار پایین زمین، سه راهکار متفاوت برای انتقال داده‌اند که امکان استفاده‌ی مکمل از آن‌ها در یک شبکه وجود دارد. دکل زمینی در نقطه‌ای مشخص نصب می‌شود و پوشش آن به ارتفاع آنتن، توان فرستنده، باند فرکانسی، عوارض زمین و شرایط محیطی بستگی دارد. زیرساخت دائمی و امکان افزایش ظرفیت متناسب با نیاز کاربران از مزیت‌های اصلی دکل زمینی به‌شمار می‌روند.

رساندن برق، فیبر نوری و سایر تجهیزات موردنیاز دکل زمینی به مناطق دورافتاده ممکن است هزینه‌ی زیادی ایجاد کند. HAPS بخشی از تجهیزات مخابراتی را به ارتفاع حدود ۲۰ کیلومتری می‌برد و می‌تواند نسبت به یک دکل معمولی پوشش گسترده‌تری فراهم کند. نگهداری هواگرد، تامین انرژی، کنترل موقعیت و مدیریت ارتباطات آن در مقابل پیچیدگی‌های ویژه‌ای به‌همراه دارند.

ماهواره‌های LEO در ارتفاعی به‌مراتب بیشتر از HAPS و در مدار پایین زمین حرکت می‌کنند. چنین ماهواره‌هایی توان ایجاد پوشش ارتباطی گسترده‌ای دارند، اما اتصال مستقیم آن‌ها به تلفن همراه عادی به طراحی سامانه، فرکانس‌های مورداستفاده، توان سیگنال و سازگاری شبکه وابسته است. ماهواره‌های مدار پایین همچنین می‌توانند در معماری مناسب، بخشی از مسیر انتقال داده یا زیرساخت پشتیبان سامانه‌های دیگر باشند.

ماهواره‌ی LEO و پهپاد HAPS در نتیجه دو نام برای یک فناوری نیستند. ماهواره در مدار زمین فعالیت می‌کند، درحالی‌که HAPS در جو باقی می‌ماند؛ هرچند ترکیب هر دو در یک شبکه‌ی یکپارچه امکان‌پذیر خواهد بود. دات‌وان برای ارزیابی نحوه‌ی ارتباط میان دو بخش طرح خود باید جزئیات معماری شبکه را در اختیار عموم بگذارد.

آیا اتصال به اینترنت بدون سیم‌کارت واقعا ممکن است؟

یکی از مهم‌ترین بخش‌های اعلام دات‌وان به دسترسی مستقیم تلفن همراه به اینترنت، بدون گیرنده‌ی بزرگ و بدون سیم‌کارت مربوط می‌شود. دو ادعای مطرح‌شده از نظر فنی معنای یکسانی ندارند. اتصال گوشی معمولی بدون تجهیزات اختصاصی بزرگ، از قابلیت‌های بالقوه‌ی HAPS محسوب می‌شود.

هواگردی مجهز به تجهیزات مخابراتی مناسب می‌تواند با استفاده از فرکانس‌ها و استانداردهای سازگار، به گوشی‌های متعارف خدمات ارائه دهد. کاربر در چنین سناریویی ممکن است به دیش یا پایانه‌ی ماهواره‌ای جداگانه نیازی نداشته باشد. عملی‌شدن خدمت همچنان به تجهیزات نصب‌شده روی پهپاد، طیف فرکانسی و هماهنگی آن با شبکه و دستگاه‌های کاربران وابسته خواهد بود.

حذف سیم‌کارت مسئله‌ی متفاوتی به‌شمار می‌رود. شبکه‌های تلفن همراه معمولا باید هویت مشترک را احراز و مجوز دسترسی او به شبکه را تعیین کنند؛ فرایندی که از طریق سیم‌کارت، eSIM یا سازوکارهای اختصاصی دیگری انجام می‌شود. انتقال دکل از زمین به آسمان چنین الزامی را به‌طور خودکار از میان نمی‌برد.

دات‌وان برای رفع ابهام باید توضیح دهد که اتصال بدون سیم‌کارت دقیقا با چه سازوکاری ارائه خواهد شد. احتمال‌های قابل بررسی شامل دسترسی مستقیم به شبکه‌ی سلولی با روش احراز هویت متفاوت، اتصال از طریق یک شبکه‌ی بی‌سیم مستقل یا مدل دیگری برای ارائه‌ی خدمات هستند. تا پیش از انتشار جزئیات معماری، وعده‌ی اینترنت مستقیم بدون سیم‌کارت را نمی‌توان تنها بر پایه‌ی فناوری HAPS تأیید کرد.

استقرار ۲۰۰ پهپاد با چه چالش‌هایی روبه‌رو است؟

استقرار ۲۰۰ پهپاد در صورت تحقق، طرحی بسیار فراتر از آزمایش یک نمونه‌ی اولیه خواهد بود. تعداد هواگردها به‌تنهایی کیفیت خدمات یا گستره‌ی واقعی پوشش را نشان نمی‌دهد. ماندگاری در پرواز نخستین چالش چنین شبکه‌ای محسوب می‌شود و هر پهپاد باید بتواند در شرایط جوی و انرژی تعیین‌شده، مدت لازم را در منطقه‌ی هدف باقی بماند.

هواگرد خورشیدی برای پرواز طولانی‌مدت به سازه‌ای بسیار سبک، پنل‌های کارآمد و باتری‌های مناسب نیاز دارد. تجهیزات مخابراتی نیز وزن اضافه‌ای به هواگرد تحمیل می‌کنند که مستقیما بر عملکرد و ماندگاری آن اثر می‌گذارد. ایجاد توازن میان وزن محموله، انرژی در دسترس، پایداری و مدت پرواز یکی از دشوارترین بخش‌های طراحی خواهد بود.

ظرفیت شبکه چالش مهم دیگری به‌شمار می‌آید. پوشش جغرافیایی گسترده الزاما به‌معنای ارائه‌ی اینترنت پرسرعت به تعداد نامحدودی از کاربران نیست. پهنای باند موجود، شمار کاربران هم‌زمان، توان تجهیزات، روش تخصیص ظرفیت و کیفیت اتصال پهپاد به شبکه‌ی اصلی، تجربه‌ی نهایی کاربران را شکل می‌دهند.

مدیریت صدها پلتفرم هوایی نیز به زیرساخت عملیاتی گسترده‌ای نیاز دارد. موقعیت پرواز، تداخل فرکانسی، هماهنگی با شبکه‌های زمینی، کنترل ترافیک هوایی، نگهداری، تعویض و تعمیر هواگردها و دریافت مجوزهای لازم، بخشی از الزامات پروژه خواهند بود. مقیاس بزرگ ناوگان، پیچیدگی هماهنگی و نگهداری را نیز افزایش می‌دهد.

هزینه‌ی خدمات عامل تعیین‌کننده‌ی دیگری خواهد بود. اگر HAPS قرار است مشکل دسترسی مناطق محروم ایران به اینترنت را کاهش دهد، قیمت تمام‌شده و تعرفه‌ی مصرف‌کننده باید با نیاز و توان همان مناطق تناسب داشته باشد. پایداری ارائه‌ی خدمات نیز باید در کنار قیمت، پوشش و ظرفیت سنجیده شود.

وعده‌ی دات‌وان چگونه باید ارزیابی شود؟

HAPS صرفا یک ایده‌ی نظری نیست و شرکت‌ها و اپراتورهای مخابراتی در کشورهای مختلف روی توسعه‌ی آن کار می‌کنند. نمونه‌هایی مانند زفیر ایرباس نشان داده‌اند که پرواز طولانی‌مدت در استراتوسفر امکان‌پذیر است. نصب تجهیزات مخابراتی روی چنین پلتفرم‌هایی نیز از نظر فنی شدنی خواهد بود.

تبدیل فناوری موجود به شبکه‌ای عملیاتی در مقیاس ملی، مرحله‌ای متفاوت از ساخت نمونه‌ی اولیه یا اجرای یک پرواز آزمایشی محسوب می‌شود. ارزیابی برنامه‌ی دات‌وان به انتشار مشخصات هواگردها، نوع ارتباط رادیویی، ظرفیت هر پلتفرم و روش اتصال به شبکه‌ی اصلی نیاز دارد. برنامه‌ی عملیاتی استقرار و وضعیت مجوزهای لازم نیز باید به‌روشنی اعلام شوند.

میان وعده‌ی استقرار ۲۰۰ پهپاد تا پایان سال و ارائه‌ی خدمت تجاری پایدار باید تمایز گذاشت. حتی پس از استقرار موفق هواگردها، کیفیت پوشش، سرعت و پایداری اینترنت، تعداد کاربران قابل پشتیبانی و هزینه‌ی خدمات باید در عمل سنجیده شوند. صرف حضور پهپادها در آسمان، موفقیت شبکه یا دسترسی گسترده‌ی مردم را تضمین نمی‌کند.

برآورده‌شدن الزامات فنی و عملیاتی می‌تواند پهپادهای HAPS را به لایه‌ای مکمل در کنار دکل‌های زمینی و ماهواره‌های مدار پایین تبدیل کند و پوشش ارتباطی ایران را گسترش دهد. ترکیب درست فناوری‌ها به‌ویژه برای مناطق دورافتاده، مسیرهای جاده‌ای، جزایر و مواقع اضطراری ظرفیت قابل‌توجهی دارد. ارزش واقعی طرح دات‌وان نه با تعداد پهپادهای اعلام‌شده، بلکه با کیفیت شبکه‌ای سنجیده می‌شود که سرانجام در اختیار مردم قرار می‌گیرد.

نظر شما درباره‌ی امکان اجرای شبکه‌ی HAPS و اینترنت بدون سیم‌کارت در ایران چیست؟