מאת: אוריאל סולומון, דר.סעד תפוחי ופרופ’ יעקב גוון
טכנולוגית (HAPS) High Altitude Platforms הינה טכנולוגיה מתקדמת ביותר. בטכנולוגיה זו נעשה שימוש במטוס ללא טייס (מזל”ט) שמשייט באוויר בגובה של 20 קילומטר בערך. מטרתו לספק שירותים אלחוטיים לאזור נרחב ברדיוס עד 500 ק”מ שהפלטפורמה נמצאת מעליו. טכנולוגיה זו משתמשת ברוחב הפס להעביר מספר ערוצים שונים כמו רדיו, טלוויזיה ושיחות באותו רוחב פס.
היישומים העיקריים של הפלטפורמה:
1.שירותי תקשורת.
2.שירותי ניווט.
3.תקשורת ממשתמש יחיד למשתמש אחר או לקבוצה של משתמשים ושירותי שידור טלוויזיה.
4.שמירה על אזורים מסוימים, סחורות ואפילו שמירה על אנשים (ביטחוני).
5. מודיעין.
6. חישה למרחוק.
7. מיפוי.
8. חיזוי וחקר מזג אוויר.
יישומי ביטחון שונים וצבאיים נוספים:
1. יכולת חישה למרחוק גם בשטחי אויב.
2. פיקוח על מבצעי הצלת חיים.
3. יכולת ניתוח מרחוק על ידי רובוטים.
4 ראדאר בכל מזג אויר.
5. תקשורת צבאית.
6. תקשורת בשעת חירום.
7. מעקב על גבולות.
8. התראה מפני שיגור טילי אויב.
פיתוחי HAPS
במשך 15 השנים האחרונות הוקמו מרכזי פיתוח ובקרה רבים עבור יישומי תקשורת של HAPS. באמצעות מרכזים אלו הגיעו להרבה מסקנות, אחת המסקנות היא שהפתרון עבור תקשורת אמינה הוא היכולת להתגבר על חוסר תשתיות תקשורת, לכן מבחינת עלות הפתרון הכי טוב הוא לתקשר באמצאות כלי חלל שישייטו בחלק התחתון של הסטרטוספרה.
הוקמו מספר פרויקטים בנושא:
1. HAA – ארה”ב למטרות הגנה פיתחה פלטפורמת תקשורת ו מעקב עבור צבא ארה”ב Lockheed Martin, Boeing ו- Aero Worldwide פיתחו ביחד את הפלטפורמה ואף הוסיפו תאי שמש על גבי הפלטפורמה.
2. פרויקט ZEPHYR של חברת QINETIQ – בבריטניה עם שיתוף ארה”ב, קבוצת טכנולוגיות מתקדמות יצרה UAV שפעל ברציפות 82 שעות בגובה של כ 20 קילומטר. החברה החלה לפתח פלטפורמה בעלות של כ- 160 מיליון דולר.
3. חברת Sanswire בארה”ב עם שותפה מגרמניה TAO הקימה אבטיפוס הקל מאויר והמכיל גז הליום הנקרא STRATELLITE עבור LOAD PAY מעל ל-900 UAV.
4. UAV HAWK- GLOBAL Northrop Grumman-פלטפורמה שיוצרה למטרות צבאיות ואסטרטגיות ומאוד שמושית למטרות צבאיות באפגניסטן כאשר ה UAV נשלטים באמצעות לוויינים גיאוסטציונרים GEO על ידי טייסים היושבים באירופה ואפילו בארה”ב.
5. חברת DATA SPACE מאריזונה בנתה רשת של בלוני הליום קלים במשקל של כ-10 קילוגרם בגובה בין 20 ל-30 קילומטר למטרות תקשורת ותצפית בארה”ב.
6.HELIPLAT – זהו פרויקט שהוזם ע”י האיחוד האירופי והשתתפה בו אוניברסיטת יורק מבריטניה. מטרתו של פרויקט זה לבצע מחקר לגבי התקשורת, מעקב וניווט. ל- Heliplat יהיו כ-70 מטרים של מוטות כנפיים שמעליהם תאי שמש.
7. JAXA – פיתוח של סוכנות החלל היפנית. זהו פיתוח של פלטפורמה בצורת בלון באורך של כ-47 מטרים לגובה של כ-18 קילומטרים. המכון הלאומי לטכנולוגית מידע ותקשורת של יפן NICT שהיה שותף לפיתוח הינו בין המובילים בתחום פלטפורמות ה חלל.
עתיד פלטפורמות התקשורת
ישנו הבדל בין פלטפורמות HAPS ללוויינם עצמם.
הלוויין הGEO נמצא בגובה של 36 אלף קילומטר, לעומת זאת גובה של הפלטפורמה הוא בין 18 ל 24 קילומטר.
הדור החדש של הפלטפורמה נבנה כדי לתת שירותים למשתמשים רבים, על הפלטפורמה לכסות אזור מסוים על כדור הארץ ולדאוג לכל או לרוב שירותי התקשורת באזור זה, וכל זאת בעלות יותר נמוכה מלוויינים.
אם זה יתאפשר המפעילים יבדקו באילו מקומות יש להקים את הפלטפורמה על מנת להגיע לרווח כלכלי.
הפלטפורמה תספק שירותים רבים עבור חברות שונות ועבור המשתמש הפרטי, לדוגמא חברה שמעוניינת במיפוי מדויק של האזור או חברה שרוצה לשלוח הודעות SMS לכל לקוחותיה, דוגמא עבור משתמש פרטי – אינטרנט מהיר או תקשורת.
טיב התקשורת יותר טוב כאשר נעשה שימוש בפלטפורמה HAPS וזאת מכיוון שהפלטפורמה נמצאת גבוה בשמים וכך קטנים הסתברויות הפרעות והנחתה עקב צל עצים או בניינים וכדומה.
ישנם תוכניות רבות על הנייר וחלקן בתחילת דרכן על הפלטפורמה עצמה שתיתן שירותים רבים וטובים לאזור מסוים גם במקרי אסונות טבע כאשר מערכת התקשורת הקרקעית עלולה להיהרס.
ביצועים עתידיים:
1. שירותי דור שלישי 3G ו 4G עבור מיליוני משתמשים.
2. Multi beam – יכולת שידור לאזור רחב ולא כיווני.
3. זמן חיים – 5 עד 10 שנים.
4. שיוט באוויר בגובה של כ- 20 קילומטר.
5. תאי שמש הממירים את אנרגיית השמש לאנרגיה חשמלית בצורה יותר יעילה
6. אנרגיה מיקרו-גל משודרת מתחנה קרקעית בגלל שעות חשיכה ארוכות וכדי לאפשר פעולה של חודשים ואפולו שנים ללא הפסקה.
7.מערכות בקרה יעילות לייצוב הפלטפורמות ולהפעלתן.
איך זה פועל?
הפלטפורמה נמצאת כאמור בגובה של בין 17 ל- 24קילומטר. גבהים אלו נבחרו מפני שמהיריות הרוחות שם מינימאלית ומתחת קיימת פעילות מטוסים ורוחות סילון לפעמים חזקות. הפלטפורמות יכולות לכסות בתקשורת וטלוויזיה רדיוס כיסוי של כ-300 קילומטר.
תחנת הקרקע משדרת מידע לפלטפורמה (דבור, נתונים, וידאו ואינטרנט מהיר) והפלטפורמה משדרת את זה לאזור הדרוש.
יתכן גם מצב שיש שידור מאותו אזור לפלטפורמה עצמה וממנה לתחנת הקרקע וכך הלאה.
ישנו קשר בין תחנת קרקע לתחנת קרקע אחרת.
יש להתחשב במספר גורמים עבור הפלטפורמה:
1. כמובן שעבור כל פלטפורמה יש להתחשב במהירות הרוח על מנת לחסוך באנרגיה, במיקום שבו יש הרבה רוחות יחסית נצטרך להשתמש ביותר אנרגיה על מנת לייצב את הפלטפורמה במיקום שקבענו לו, לכן עדיף לחפש את המיקום עם הממוצע הנמוך ביותר של הרוחות ולמקם את הפלטפורמה שם.
2. תדרים ורוחב פס-
תחומי התדרים: S Band –2GHz
רוחב פס 60 MHz.
GHz (28-31) Ku Band.
(47-48) GHz
יתרונות ה-HAPS:
1. עלות נמוכה עבור הפלטפורמה ועלות נמוכה עבור שיגורו (שלא כמו בשיגור לווין בו עלות השיגור גבוהה מאוד).
2. ניתן לתחזק אותה, מה שלא מתאפשר עבור לוויינים.
3. אין צורך במערכות עם הספק רב בזכות הפסדי הפיזור הנמוכים, כי המרחק שלה נמוך מאוד יחסית ללוויין GEO.
4. ניתן לתקשר גם בתנאי קליטה קשים ובתוך בניינים עם מכשיר פשוט ללא אנטנה חיצונית.דבר שאיננו אפשרי מ לוויינים
5. כיסוי שטח רב.
6.תנאי קו ראייה טובים.
חסרונות ה-HAPS:
1. ישנה הגבלה על כמות האנרגיה של הפלטפורמה בגלל זמני הצל הארוכים שיכולים להגיע ליותר מ- 20 שעות ביממה באזורים הקרובים לקטבים בחורף, לעומת 40 דקות מקסימום עבור לוויין GEO.
2. הפלטפורמה פגיעה להתקפות אויב, ניתן יותר בקלות לפגוע בה בגלל הגובה הנמוך שלה.
3. הטכנולוגיה עדיין לא הוכיחה את עצמה, נמצאת עדיין בשלבי פיתוח ושיפור.
*השוואה בין לווין גיאוסטציונרי לHAPS :
*השוואה טכנית בין לווין גיאוסטציונרי, לווין LEO וHAPS:
מדוע לשלוח את הפלטפורמה לשכבת הסטרטוספרה?
נמצא כי מהירויות הרוחות והטמפרטורות הממוצעות הכי נמוכות של כ55 – מעלות בשכבות הסטרטוספרה הנמוכות המיועדות לHAPS.
כאשר הטמפרטורה הכי נמוכה אז ישנה השפעה חיובית על:
1. הפסדי נחושת – נמוכים ככל שהטמפרטורה נמוכה.
2. רעש תרמי – ידוע שנמוך בטמפרטורה נמוכה.
3. בזבוזי הספק – גם כן נמוכים כאשר הטמפרטורה נמוכה.
4. רגישות המקלט – מקסימאלית כאשר טמפרטורה מינימאלית.
כאמור בתכנון מערכת עלינו להתחשב גם בגורמים הנ”ל ולכן מיקום הפלטפורמה בשכבת הסטרטוספרה בגובה של כ- 20 קילומטר זהו מצב אופטימאלי.
