HAPS（高高度プラットフォーム基地局）は、衛星や地上ネットワークと比べて、遠隔地により良いインターネットカバレッジを提供します。
衛星と比べて費用対効果が高く、柔軟で、アップグレードも容易です。
高高度プラットフォーム基地局は、緊急対応、環境モニタリング、農業などの多様な機能をサポートします。
世界人口の約3分の1、約30億人は、インターネットにアクセスできないか、接続状況が不安定です その原因は、インフラの制約、経済格差、地理的な孤立にあります。
今日の衛星や地上ベースのネットワークでは、通信の空白地帯が生じており、そこでは地理的条件のため、従来型の地上ベースの通信設備を設置するにはコストがかかりすぎます。
高高度プラットフォーム基地局――無人の気球、飛行船、グライダー、航空機の高空に配置される通信機器――は、地上網および衛星カバレッジの接続ギャップを埋めることで、社会的・経済的平等を高められる可能性があります。これにより、より多くの人々がデジタル時代に十分に参加できるようになるかもしれません。
当記事の執筆者の一人、Mohamed-Slim Alouiniは、電気工学者で、高データレートおよびユビキタスな5Gカバレッジを成層圏から提供できることを示した実験に貢献しました。成層圏は大気の下から2番目の層で、地球の上空4～30マイルに位置します。商業用航空機は通常、成層圏の下部を飛行します。この実験では、プラットフォーム基地局と地上のユーザーとの間の信号を、3つのシナリオ（一箇所に留まる人、車を運転する人、ボートを操縦する人）で測定しました。
同僚の研究者たちは、干渉およびバックグラウンドノイズのレベルに対して信号がどの程度強いかを測定しました。これはネットワークの信頼性を測る指標の一つです。結果、プラットフォーム基地局は4K解像度の動画のストリーミングなどの高データレート用途をサポートでき、標準的な地上基地局の15～20倍のエリアをカバーできることが示されました。
プラットフォーム基地局の商業展開に向けた初期の試みとして、FacebookとGoogleが行ったものは成功しませんでした。しかし近年の投資、技術の改善、そして従来の航空会社や専門の航空宇宙系スタートアップからの関心が状況を変える可能性があります。
目標は世界的な接続性の実現であり、この大義によって、プラットフォーム基地局の構想は世界経済フォーラムの2024年版「トップ10新興技術」レポートで注目されました。国際的な業界イニシアチブであるHAPS Allianceは、学術パートナーを含み、同じ目標に向けて取り組んでいます。
高速、費用対効果が高く、柔軟
プラットフォーム基地局は、衛星ベースのシステムよりも高速で、費用対効果が高く、柔軟になるでしょう。
通信機器を衛星よりも地球に近い位置に置くため、基地局はより強く、より大容量の信号を提供できる可能性があります。これにより、リアルタイム通信が十分に高速になり、標準的なスマートフォンとの通信、画像処理タスク向けの高解像度機能、およびセンシング用途での高い感度を実現できるようになります。データは自由空間光通信、すなわち光ビーム、および大規模アンテナアレイシステムを介して送信され、大量のデータを迅速に送ることができます。
衛星は盗聴やジャミングに対して脆弱になるのは、軌道が敵対的な国の上空を通過する場合です。しかし、プラットフォーム基地局は単一国の領空内にとどまるため、そのリスクが低減されます。
高高度プラットフォーム基地局は、衛星よりも設置が容易で、衛星は高額な打ち上げおよび保守費用がかかります。また、成層圏内で位置を確保するために必要な規制要件や手続きは、衛星軌道を規定する複雑な国際法よりも単純になる可能性が高いです。プラットフォーム基地局はまた、アップグレードも容易なため、改良をより迅速に展開できます。
プラットフォーム基地局は、衛星メガコンステレーションよりも環境負荷が低い可能性があります。衛星は再突入時に燃え尽き、有害な金属を放出しうる大気中へ、一方でプラットフォーム基地局は太陽光やグリーン水素などのクリーンエネルギー源で稼働できます。
実用的なプラットフォーム基地局を実現するうえでの主要な課題は、滞空時間を数か月単位に延ばすこと、搭載電源のグリーン化を進めること、そして特に大気の乱流層の下部を通過する自動離着陸時の信頼性を向上させることです。
衛星を超えて
地上ネットワークが損傷または機能しなくなった場合に救援活動を支援することで、プラットフォーム基地局は緊急事態や人道支援の状況において重要な役割を果たす可能性があります。
基地局は、遠隔地でモノのインターネット（IoT）機器やセンサーを接続し、環境をより適切にモニタリングして資源を管理することもできます。
農業では、基地局は画像およびセンシング技術を活用し、農家が作物の健康状態、土壌の状態、水資源を監視できるよう支援することができます。
その高解像度撮影機能は、地図作成、都市計画、災害対応に欠かせない航法およびマッピング活動も支援できる可能性があります。
基地局は二重の役割を果たすことも可能で、観測機器を搭載し、大気モニタリング、気候研究、そして地球の表面の地形、植生、海洋のリモートセンシングに用いることができます。
気球から航空機まで
プラットフォーム基地局は、さまざまな種類の航空機をベースにすることができます。
気球は、高高度での安定した長時間運用が可能で、係留することも自由に浮遊させることもできます。飛行船（ダイリジブルやブリンプとも呼ばれる）は、空気より軽いガスを利用し、気球より大型で操縦性に優れています。監視、通信、研究に特に適しています。
グライダーや動力付き航空機は、風速の変化の影響を受けやすい気球よりも正確に制御できます。さらに、ドローンや固定翼機を含む動力付き航空機は、通信機器、センサー、カメラに電力を供給することができます。
次世代の電源
プラットフォーム基地局は、ますます軽量で高効率な太陽電池、高エネルギー密度バッテリー、グリーン水素内燃機関、グリーン水素燃料電池（現在試験段階にあるもの）、そして最終的には、地上ベースからのレーザービーム給電または宇宙ベースの太陽光発電ステーションの利用も可能になるかもしれません。
軽量航空機設計の進化は、と相まって、高効率モーターおよびプロペラの進歩により、航空機はより長く飛行し、より重い積載物を運べるようになっています。これらの最先端の軽量機は、成層圏内で長期間機動できるプラットフォーム基地局につながる可能性があります。
一方、成層圏の気象モデルおよび大気モデルの改善により、基地局が稼働する条件を予測・シミュレーションすることがより容易になっています。
世界的なデジタル格差の解消
プラットフォーム基地局の商業展開は、少なくとも災害後や緊急事態向けには、この10年の終わりまでに実現する可能性があります。例えば、遠隔の山岳地域や島嶼コミュニティを抱える国である日本では、コンソーシアムが1億米ドル（US$100 million）を太陽光発電の高高度プラットフォーム基地局向けに充てています。
プラットフォーム基地局は、教育や医療などの重要なサービスへのアクセスを高め、新たな経済機会を提供し、緊急対応や環境モニタリングを改善することで、デジタル格差の解消に貢献する可能性があります。技術の進歩が進化を後押しし続けるなか、プラットフォーム基地局は、より包摂的でレジリエントなデジタルの未来において重要な役割を果たすことが期待されています。
