Rambler's Top100
Блоги Алексей ШАЛАГИНОВ

HAPS: как решить проблему покрытия сотовой сети

  02 августа 2019 Страница персоны
В Москве все привыкли к дешевому широкополосному и мобильному интернету, который есть в городе практически везде. Некоторые полагают, что это и по всей стране так. Однако, если посмотреть на рельефную карту России, отражающую плотность населения, мы увидим два высоких пика – Москву и Петербург, да ещё несколько невысоких «холмов» – города-миллионники. Остальное – бескрайняя равнина, где плотность населения – менее 3 чел/км2.

Источник: ООО «Гиронавтика»

Примерно такую же плотность покрытия имеют и сети связи. Около 7 тыс. населённых пунктов России не имеют интернета, а более тысячи – и телефонной связи.

И это не только российская проблема. Современные технологии связи способны дать доступ в интернет лишь половине человечества, живущем на десяти процентах поверхности Земли.

Это и называется «цифровым разрывом» (digital divide). Можно сколько угодно рассуждать о «цифровизации» и «трансформации» и стремиться к «полному эджайлу», но пока не будет, как пишут в проспектах вендоров, «вездесущей связи в любое время с любого устройства», вряд ли удастся сделать российскую экономику цифровой. Да и экономику любой страны тоже.

Но как преодолеть этот цифровой разрыв? Чтобы закрыть наземной сотовой связью всю территорию страны (а без этого никакую цифровую экономику не создашь), потребуются сотни годовых бюджетов РФ…

Выход, однако, может быть найден. Это – HAPS (High Altitude Platforms / высотные платформы), которые, по мнению Международного союза электросвязи (ITU) представляют собой технологию, способную революционизировать отрасль беспроводной связи, причем с затратами на несколько порядков меньше тех, которые потребуются для того, чтобы застроить всю территорию страны сотовыми вышками.

В России эту технологию развивает ООО “Гиронавтика”, которая предлагает концепцию геостационарных атмосферных спутников (ГАС), т.н. высотных привязных платформ, плавающих в атмосфере на высоте 10-14 км. Связь между ними в прямой видимости можно сделать при помощи атмосферными оптическими линиями передачи. Ключевые элементы технологии система ГАС запатентованы в РФ и за рубежом.

Спрашивается, в чём же будут «плавать» на такой высоте эти высотные платформы? Это «высотный ветер» (Jet stream) – надёжный возобновляемый источник энергии высокой плотности, способный сгенерировать довольно высокую мощность с минимальными колебаниями в течение суток и в течение года.

В свою очередь, спутники ГАС способны работать в низких и в высоких широтах полярной ночью, обеспечивая максимально высокую мощность аппаратуре связи при минимальной стоимости развёртывания и содержания.

Новая технология HAPS заполняет свободный сегмент между спутниками и наземными вышками, органично сочетаясь с оптическими линиями и технологиями сотовой связи.

В принципе, сама идея не нова. Многие уже пытались делать аэростатические привязные платформы для базовых станций на дирижаблях.


Источник: http://www.aeroexpo.com.ru

Хорошее решение, но сразу возникает вопрос с электропитанием. Его предполагается подавать на высоту до 4000 м по силовому кабелю, выше не позволит его вес. А подавать надо несколько десятков киловатт. Это довольно сложное инженерное сооружение с электростанцией, причальной мачтой, мощной лебёдкой для спуска/подъёма, газгольдерной станцией дозаправки гелием и оно требует обслуживающего персонала.

Существуют также проекты аэродинамических привязных платформ, которые удерживаются в полёте подъёмной силой ветра или тягой, создаваемой винтами.


Источник: ООО «Гиронавтика»

Длительность полёта здесь не ограничена ёмкостью тяжёлых батарей, т.к. аппараты получают энергию по кабелю от наземной базы. В сравнении с аэростатическими платформами привязные мультикоптеры значительно компактнее, быстрее в развёртывании, не требуют трудоёмкой дозаправки дорогим гелием. Наземная инфраструктура компактнее, меньше необходимая численность персонала.

Однако, для подъёма базовой станции сотовой связи как аэростату, так и мультикоптеру требуется большая мощность и, соответственно, более тяжёлый кабель питания, который ограничивает высоту подъёма, 50…100м для малых мультикоптеров, и до 200…300м для тяжёлых моделей электровертолётов с высоковольтной системой электропитания. Таким образом, практически никаких выгод, перед «башенным» решением, для покрытия сотовой связью больших территорий это решение не даёт.

Получается следующая ситуация:

Космические и аэростатические технологии чрезвычайно дороги для коммерческого применения.
Привязные моторные аэродинамические платформы (мультикоптеры и электровертолёты) имеют очень малую высоту подъёма, боятся ветра, энергетически не автономны.

Однако, создана новая технология, использующая энергетически автономные высотные привязных платформы, с высоким аэродинамическим качеством в потоке. В основе неё лежит инновационный несущий ротор «Воздушное колесо» (патент RU2538737): несущий ротор летательных аппаратов вертикального взлёта и вертикальной посадки, гибрид несущего винта и замкнутого крыла большого удлинения.





Источник: ООО «Гиронавтика».

Лопасти ВК принципиально отличаются от тяжёлых жёстких вертолётных лопастей, они адаптивные, упруго-гибкие на кручение. Переменная упругость на кручение вдоль лопасти обеспечивает идеальную гиперболическую крутку лопасти и равномерную нагрузку на диск ротора, при любом шаге, в широком рабочем диапазоне. Принципиальное отличие и уникальное качество ротора ВК — работа с высоким КПД в 3 разных режимах: в вертолётном, на авторотации и в режиме ветроколеса. ВК имеет более высокий КПД при полёте в вертолётном режиме, в два раза более высокое аэродинамическое качество на авторотации и высокий коэффициент использования энергии потока в режиме ветроколеса.

На роторах типа «Воздушное колесо» возможно создание привязного гиростабилизированного аппарат вертикального взлёта и посадки — гиропланер (гирозмей, gyroglider, gyrokite).

Гиропланер имеет несколько прочных несущих воздушных колёс с управляемым общим шагом, несущий корпус, летающее крыло. Может быть реализован по двухроторной или многороторной схеме, когда реактивные моменты роторов противоположного вращения взаимно компенсируются.



Источник: ООО «Гиронавтика»

Гиролёт использует помощь ветра (а не борется с ним), что позволяют взлетать с лёгким отключаемым кабелем электропитания (до 300 м), либо на аккумуляторах, а также совершать инерциальный вертикальный подскок на высоту более 500 м, до ветра достаточного для дальнейшего набора высоты, уже полностью за счёт энергии потока. С увеличением высоты растёт сила и стабильность ветра, а выше 300 м исчезает турбулентность, вызванная влиянием поверхности.

Другое решение – высотный (стратосферный) гиропланер, геостационарный атмосферный спутник (ГАС, GAS – geostationary atmospheric satellite), энергетически автономная высотная привязная аэродинамическая платформа. Стабильный высотный ветер в верхних слоях атмосферы – надёжный неисчерпаемый источник экологически чистой энергии. Плотность энергии высотного ветра на порядок выше приземной ветровой энергии, кроме того, этот ветер дует постоянно. Энергии высотного ветрового потока достаточно для полёта гиролёта и питания довольно мощной полезной нагрузки – базовой станции сотовой связи. ГАС не нуждается в тяжёлых аккумуляторах, а доля полезной нагрузки может составить до 30%…40% массы аппарата. Телекоммуникационная аппаратура на высотных платформах будет охлаждаться естественным образом.




Источник: ООО «Гиронавтика»

Автономная привязная платформа, из всех известных вариантов аэродинамических и аэростатических аппаратов, требует минимальных затрат энергии. Себестоимость лётного времени ГАС на порядки ниже показателя других ЛА с аналогичным весом полезной нагрузки. Длительность полёта ГАС не лимитирована, он способен годами автономно работать в потоке «высотного ветра» на высотах от 8 до 14 км.

Такие высотные платформы могут дать не только эффективное по стоимости решение по покрытию территории страны сетью связи. Это также практически незаменимое решение по освоению Арктики. А это – весьма насущная задача, поставленная руководством РФ. И здесь основная проблема – также энергозатраты, которые в Арктике, по понятным причинам, гораздо выше, чем в средней полосе.

Вот к чему это приводило во времена СССР, когда Север интенсивно «осваивался».


Источник: ООО «Гиронавтика»

А ведь Север ещё и очень уязвим с точки зрения экологии. Достаточно сказать, что в тундре след вездехода не зарастает 10-15 лет. Страшно подумать, какой вред уже был на нанесён природе во время такого варварского «освоения».

Экологически чистая связь может опираться только на децентрализованную энергетику от надёжных возобновляемых источников. Главная проблема традиционных возобновляемых источников энергии – нестабильность. Солнечные панели бесполезны полярной ночью, наземные ветряки большую часть времени лишь украшают пейзаж. Химические аккумуляторы – дорогой расходный материал, имеют короткий срок службы до 3-5 лет, их промышленное производство наносит колоссальный вред окружающей среде. Экологические последствия от токсичных куч отработанных свинцовых аккумуляторов даже страшнее россыпей ржавых бочек.

Практически безальтернативным решением здесь может быть высотный привязной аэродинамический летательный аппарат на несущих роторах «Воздушное колесо». Он использует надёжный глобальный источник энергии – высотный ветер, единственный источник энергии доступный полярной зимой в нижней стратосфере. Главные качества чистой высотной ветроэнергетики – глобальность и стабильность, высокая плотность энергии, обуславливает малый вес и стоимость таких платформ. При минимальных капитальных затратах развёртывания систем связи на их основе ГАС эксплуатационные издержки также наименьшие.



Источник: ООО «Гиронавтика»:
Поделиться:

Оставить свой комментарий:

Для комментирования необходимо авторизоваться!

Комментарии по материалу

Данный материал еще не комментировался.