Łącząc drony z satelitami: ESA jest zainteresowana latającymi platformami wysokiego pułapu

Pseudosatelity wysokiego pułapu (High Altitute Pseudo-Satellites, HAPS) to platformy unoszące się w powietrzu tak jak konwencjonalne pojazdy latające, ale pracujące tak jak satelity. Różnicą jest tylko to, że zamiast być w przestrzeni kosmicznej utrzymują swoją pozycję w atmosferze – przez tygodnie, a nawet miesiące dostarczając ciągłych usług leżącym poniżej terenom.

Najlepsza do pracy jest wysokość około 20 km, powyżej chmur i prądów strumieniowych oraz 10 km nad samolotami komercyjnymi. To tam prędkości wiatru są wystarczająco niskie, by urządzenie mogło utrzymać pozycję przez dłuższy czas.

Z takiej wysokości pseudosatelity mogą badać teren aż do leżącego 500 km dalej horyzontu, co pozwala na dokładne usługi monitoringu i obserwacji, komunikacji o wysokiej przepustowości, jak i wsparcie istniejących usług nawigacji satelitarnej.

Kilka centrów ESA już sprawdzało potencjał nowych rozwiązań, wyjaśnia ekspert ds. systemów przyszłości Antonio Ciccolella. „W obserwacji Ziemi mogłyby one dostarczyć wydłużony monitoring w wysokich rozdzielczościach dla regionów priorytetowych, zaś w przypadku usług nawigacyjnych oraz telekomunikacyjnych zmniejszyłyby tzw. martwe strefy bez zasięgu i dostarczały dane o wysokiej przepustowości praktycznie bez opóźnień sygnału”.

„ESA sprawdza, jak te różne działania można by najlepiej ze sobą połączyć”.

Specjalista ds. obserwacji Ziemi Thorsten Fehr tłumaczy: „Od 20 lat sprawdzaliśmy ten koncept, ale dopiero teraz staje się on rzeczywistością”.

„Jest to możliwe dzięki dojrzałości kluczowych technologii: zminiaturyzowanej awioniki, paneli słonecznych wysokiej jakości, lekkich baterii i ich wiązek, miniaturyzacji czujników do obserwacji Ziemi, jak i połączeń komunikacyjnych o wysokiej przepustowości, które łącznie są w stanie dostarczyć usługi w konkurencyjnych cenach”.

Inżynier nawigacyjny Roberto Prieto Cerdeira dodaje: „To rozwiązanie ma oczywisty potencjał dla zarządzania kryzysowego. Pseudosatelity mogłyby również być w użyciu tylko przez część czasu, być może nawet rozszerzyć zasięg usług nawigacji satelitarnych na głębokie i wąskie doliny oraz miasta”.

Europejskie firmy pokazały już pierwsze linie tych produktów. Przykładowo Airbus rozwijał wyposażonego w skrzydła i napędzanego energią słoneczną Zephyra, który w 2010 ustanowił nowy rekord ciągłego lotu – 14 dni bez tankowania.

Zephyr-S został zaprojektowany tak, by przenosił kilkudziesięciokilogramowe ładunki przez czas do trzech miesięcy bez ładowania, podczas nocy zasilałyby go dodatkowe akumulatory. Większy, przygotowywany właśnie Zephyr-T będzie mógł przenosić większe ładunki, będzie miał też większe potrzeby energetyczne.

Tymczasem Thales Alenia Space przygotowuje lżejszego od powietrza Stratobusa, którego pierwszy lot jest przewidziany na 2021 rok.

Unoszący się w powietrzu Stratobus ma unieść do 250 kg ładunku, być zasilany ogniwami paliwowymi na noc, a elektryczne silniki mają być w stanie utrzymać go w jednym miejscu.

Wiele innych firm rozwija podobne pojazdy, ładunki i usługi. W zeszłym miesiącu podmioty te podczas inauguracyjnego warsztatu ESA spotkały się z reprezentantami potencjalnych klientów, takich jak Europejska Agencja Obrony, Frontex – Europejska Agencja Straży Granicznej i Przybrzeżnej, usługi monitoringu środowiska EU Copernicus.

„Było to pierwsze tego typu spotkanie w Europie, z ponad dwustoma ekspertami ds. HAPS”, tłumaczy Juan Lizarraga Cubillos, zajmujący się w ESA kwestiami telekomunikacyjnymi.

„Usłyszeliśmy o potrzebach, nowych możliwościach oraz o krytycznych na tym polu rozwoju kwestiach, zwłaszcza w kontekście uzupełnienia istniejących możliwości satelitarnych, co pozwoli przygotować przyszły program w ramach ESA”.

ESA uznaje te pojazdy za wartościowy sposób dostarczania aplikacji, które uzupełniałyby satelity agencji, jak również przyśpieszałyby rozwój technologii kosmicznych, np. podczas wczesnych testów na dużych pułapach.

Podkreślono również, że kwestia akceptacji HAPS przez rynek sprowadzi się do ich efektywności i niskich kosztów – co najlepiej zostanie pokazane w ramach projektów demonstracyjnych.

„One muszą latać”, dodał Alvaro Rodriquez z Centrum Satelitarnego ESA. „Technologia już jest dostępna, wszystkie składniki również, teraz trzeba je wszystkie połączyć w jedną całość”.