Zusammenfassung:
Sceye, ein amerikanisches Unternehmen für Höhenplattformen, hat kürzlich einen bahnbrechenden Kommunikationstest abgeschlossen. Ein unbemanntes Höhenluftschiff startete von New Mexico, USA, flog über den Pazifik nach Japan und versorgte in der Stratosphäre, etwa 16,5 bis 17 Kilometer über dem Boden, mobile Kommunikationsdienste für gewöhnliche Smartphones. Während des Tests können Benutzer über diese „Luftbasisstation“, die sich in 10.000 Metern Höhe befindet, Textnachrichten senden, Anrufe tätigen, auf das Internet zugreifen und Videos ansehen, ohne ihr Mobiltelefon zu wechseln oder spezielle Hardware zu installieren.
Die Mission mit dem Namen Service Test 1 (ST1) startete am 9. August in der Nähe von Roswell, New Mexico. Das Luftschiff kam 13 Tage später in Japan an, operierte mehr als sieben Tage lang im japanischen Luftraum und kehrte dann in die Vereinigten Staaten zurück. Die gesamte Hin- und Rückfahrt betrug knapp 30.000 Kilometer. Sceye sagte, dass diese Mission für das Unternehmen die erste Reise nach Asien sei, um tatsächliche Kommunikationstests durchzuführen, und dass es sich auch um einen wichtigen Schritt zur Förderung der Kommerzialisierung des High Altitude Platform System (HAPS) handele.
Sceye nutzt kein Flugzeug im herkömmlichen Sinne, sondern ein unbemanntes Luftschiff, das zum Abheben auf Auftrieb angewiesen ist. Es ist mit einem Kommunikationssystem namens SceyeCELL ausgestattet, das einer in der Stratosphäre platzierten Mobilfunkbasisstation entspricht. Das Luftschiff wird mit Solarenergie und Batterien betrieben, kann lange Zeit in der Stratosphäre bleiben und über ein Antennenarray einen kontrollierbaren Kommunikationsabdeckungsbereich zum Boden bilden.
In diesem japanischen Test stellte SceyeCELL Dienste für gewöhnliche Mobiltelefone über das mobile Kernkommunikationsnetzwerk von SoftBank in Japan bereit. Die Tester nutzten unveränderte Mobiltelefone zur Durchführung von Textnachrichten, Sprachanrufen, Internetzugang und Videowiedergabe. Die Testszenen umfassten nicht nur Außenaufnahmen, sondern auch Szenen unter Bäumen und in Innenräumen. Aus endgerätetechnischer Sicht bedeutet dies, dass Nutzer keine sogenannten „Satellitenhandys“ oder zusätzliche Kommunikationsendgeräte anschaffen müssen.
Sceye sagte, dass das Luftschiff während des Tests in einer Höhe von etwa 16,5 bis 17 Kilometern flog, was 54.000 bis 56.000 Fuß entspricht, was viel höher ist als die Reiseflughöhe der meisten Flugzeuge der Zivilluftfahrt. Das Luftschiff ist in der Lage, während des Tests eine relativ stabile Position in einem bestimmten Bereich mit einem Mindestverweilradius von etwa 5 Kilometern beizubehalten.
Diese Technologie wird HAPS oder High Altitude Platform System genannt. Es liegt zwischen traditionellen terrestrischen Kommunikationsnetzen und Satellitenkommunikation. Bodenbasisstationen bieten den Vorteil einer großen Kapazität und einer geringen Latenzzeit. In Gebieten mit geringer Bevölkerungsdichte, komplexem Gelände oder hohen Kosten für den Bau der Infrastruktur ist es jedoch nicht wirtschaftlich, eine große Anzahl von Basisstationen zu errichten. Satelliten können ein sehr großes Gebiet abdecken, sind aber sehr weit vom Boden entfernt, sodass es Einschränkungen hinsichtlich Kapazität, Latenz und Stromverbrauch des Terminals gibt.
Sceye hofft, seine stratosphärische Lage nutzen zu können, um die Lücke zwischen diesen beiden Kommunikationsmethoden zu schließen. Das Unternehmen schätzt, dass eine vollständig eingesetzte Sceye HAPS-Plattform eine Fläche abdecken kann, die etwa 500 Bodenbasisstationen entspricht. Sceye betonte jedoch, dass diese Zahl die Abdeckung und nicht die Netzwerkkapazität darstellt und auch nicht als die Anzahl der Benutzer verstanden werden kann, die ein Luftschiff gleichzeitig mit 500 Basisstationen aufnehmen kann. Die tatsächliche Netzwerkkapazität wird weiterhin von Faktoren wie dem verfügbaren Spektrum, Backhaul-Verbindungen und der Anzahl gleichzeitiger Online-Benutzer beeinflusst.
Es gibt ein weiteres technisches Detail, das in diesem Test besondere Aufmerksamkeit verdient: Sceye hat nicht nur die Kommunikationsantenne in die Stratosphäre geschickt, sondern auch einen Teil des „Kerns“ des Mobilkommunikationsnetzwerks und der Server auf dem Luftschiff untergebracht.
Bei herkömmlichen Kommunikationsmethoden müssen Mobiltelefondaten normalerweise über ein drahtloses Netzwerk übertragen und dann über ein terrestrisches Netzwerk mit einem entfernten Rechenzentrum oder Internetserver verbunden werden. In diesem Test haben Sceye und SoftBank Server und einige Kernfunktionen des Mobilfunknetzes direkt auf dem Luftschiff bereitgestellt, sodass die Daten teilweise auf der Höhenplattform verarbeitet und dann direkt an das Mobiltelefon des Benutzers zurückgegeben werden können.
Von Sceye veröffentlichte Daten zeigen, dass diese Edge-Computing-Methode eine durchschnittliche Antwortzeit von 68 Millisekunden erreicht. Im Vergleich zur Verarbeitung über eine Remote-Internet-Infrastruktur wird die Verzögerung um mehr als 40 % reduziert. Das Unternehmen ist davon überzeugt, dass dieser Ansatz für zukünftige Anwendungen wie KI-Computing, Echtzeitkommunikation und Drohnen besonders wertvoll ist.
Bei dieser Mission wurden auch die Möglichkeiten der Katastrophenwarnkommunikation und der Drohnenkommunikation getestet. Sceye glaubt, dass HAPS nicht nur herkömmliche Mobilfunknetze ergänzen, sondern auch schnell eine vorübergehende Kommunikationsabdeckung bereitstellen kann, wenn Erdbeben, Überschwemmungen, Waldbrände und andere Katastrophen Schäden an der Bodenkommunikationsinfrastruktur verursachen.
Sceye hofft, dass HAPS im Vergleich zu herkömmlichen Satelliten zu einer „mittleren Schicht“ näher am Boden wird. Langfristiges Ziel des Unternehmens ist der Aufbau eines dreidimensionalen Kommunikationsnetzwerks mit Bodenbasisstationen, Stratosphärenplattformen und Satelliten. Bei dieser Architektur ist das Bodennetz hauptsächlich für Gebiete mit hoher Bevölkerungsdichte verantwortlich, HAPS ist für Gebiete zuständig, in denen es schwierig ist, Bodenstationen zu bauen, es aber immer noch viele Nutzer gibt, und Satelliten übernehmen weiterhin die Aufgabe, extrem große Reichweiten und extrem abgelegene Gebiete abzudecken.
Bei diesem Test wurden erstmals auch Experimente zur Laserkommunikation durchgeführt. Die japanische SoftBank, die Hitotsubashi-Universität und das japanische National Polar Research Institute feuern Laserimpulse auf das Luftschiff. Das Luftschiff trägt einen von der Forschungseinrichtung entwickelten Reflektor und sendet das reflektierte Licht weiterhin zurück zum Boden. Die Forscher hoffen, anhand dieser Daten weiter untersuchen zu können, wie stratosphärische Plattformen und Satelliten in Zukunft über optische Verbindungen verbunden werden könnten.
Wenn HAPS in Zukunft über Laser mit Satelliten verbunden werden kann, können Daten mit hoher Geschwindigkeit zwischen Satelliten und Stratosphärenplattformen übertragen und dann von Luftschiffen in Bodennähe direkt an normale Mobiltelefone gesendet werden. Sceye stellt sich vor, bei klarem Wetter Laser für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung einzusetzen und auf Funkverbindungen umzusteigen, wenn Wetterbedingungen wie die Wolkendecke die optische Kommunikation beeinträchtigen.
Natürlich ist Sceye nicht das einzige Unternehmen, das HAPS-Kommunikationstechnologie entwickelt. AALTO, eine Tochtergesellschaft von Airbus, entwickelt die solarelektrische Höhendrohne Zephyr, AeroVironment und SoftBank entwickeln außerdem die solarbetriebene Nurflügelplattform Sunglider und die britische Stratospheric Platforms testet eine wasserstoffbetriebene Höhenplattform.
Der Hauptvorteil von Sceye bei der Verwendung einer Luftschiffstruktur ist ihre Tragfähigkeit. Im Vergleich zu Höhendrohnen, die zur Auftriebserzeugung auf ihre Flügel angewiesen sind, können schwimmfähige Luftschiffe theoretisch größere Antennenanordnungen und mehr Kommunikationsausrüstung transportieren. Sceye hofft daher, aus Höhenluftschiffen eine Kommunikationsinfrastruktur zu machen, die über einen längeren Zeitraum bestehen und ein großes Gebiet abdecken kann.
Sceye hat derzeit weder die spezifischen Tarife, die Abdeckung und die Nutzerkapazität des endgültigen kommerziellen Dienstes bekannt gegeben, noch hat es einen vollständigen Kostenvergleich mit bestehenden Satelliten-Internetdiensten wie Starlink vorgelegt. SoftBank hat jedoch erklärt, dass sie hofft, ab 2027 schrittweise kommerzielle HAPS-Dienste in Japan zu fördern.
Wenn die spätere Kommerzialisierung reibungslos verlaufen kann, müssen Benutzer in Zukunft möglicherweise nicht mehr wissen, ob sie mit einer Bodenstation, einem Satelliten oder einem Stratosphärenluftschiff verbunden sind. Mobiltelefone verwenden immer noch gewöhnliche Mobilfunkkommunikationsmethoden, und in Gebieten, in denen herkömmliche Basisstationen schwer zu erreichen sind, kann ein unbemanntes Luftschiff in mehr als zehn Kilometern Höhe über dem Boden zu einer vorübergehenden oder langfristigen „Luftbasisstation“ werden.
Aus der Perspektive des Entwicklungspfads der Kommunikationsinfrastruktur besteht die eigentliche Bedeutung von HAPS nicht darin, Bodenbasisstationen oder Satelliten zu ersetzen, sondern darin, eine neue Netzwerkschicht zwischen Boden und Weltraum hinzuzufügen. Für abgelegene Gebiete, Seerouten, Katastrophengebiete und Gebiete, in denen die Kommunikation schnell wiederhergestellt werden muss, könnte diese Art von Kommunikationsplattform, die lange Zeit in der Stratosphäre bleiben kann und gleichzeitig normale Mobiltelefone direkt bedient, ein wichtiger Bestandteil zukünftiger nicht-terrestrischer Netzwerke werden.
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