HAPS chạy bằng năng lượng mặt trời: Biên giới mới cho kết nối tầng bình lưu

Khi cuộc đua kết nối toàn cầu ngày càng trở nên gay gắt, một thiết bị bay khổng lồ chạy bằng năng lượng mặt trời đang chuẩn bị lấp đầy khoảng trống giữa các trạm phát sóng mặt đất và vệ tinh quỹ đạo. Sứ mệnh đầy tham vọng này đánh dấu một bước tiến đáng kể trong công nghệ Trạm nền trên cao (HAPS), hứa hẹn định nghĩa lại cách chúng ta cung cấp dữ liệu tốc độ cao đến những vùng xa xôi nhất trên Trái đất.

Sứ mệnh lên tầng bình lưu của Sceye

Trong một buổi trình diễn mang tính cột mốc dự kiến vào tháng 8 này, startup Sceye có trụ sở tại New Mexico sẽ phóng một thiết bị bay hình bầu dục, màu bạc, dài 200 foot được thiết kế để băng qua Thái Bình Dương. Lộ trình bay sẽ đưa thiết bị từ vùng tây nam Hoa Kỳ đến bờ biển Nhật Bản, nơi nó sẽ "đỗ" ở độ cao khoảng 18 km so với mặt biển.

Hoạt động trong tầng bình lưu, thiết bị bay này được thiết kế để bổ trợ cho mạng 5G hiện có của Softbank. Không giống như các vệ tinh truyền thống bay quanh quỹ đạo cách xa hàng nghìn km, HAPS của Sceye sẽ sử dụng các ăng-ten được chế tạo riêng để truyền dữ liệu trực tiếp đến các thiết bị di động. Sự gần gũi này chính là lợi thế kỹ thuật then chốt: việc ở gần mặt đất hơn giúp giảm đáng kể năng lượng cần thiết để truyền tín hiệu so với các vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO).

Thách thức kỹ thuật: Năng lượng mặt trời và duy trì vị trí (Station-Keeping)

Việc chế tạo một nền tảng HAPS đòi hỏi sự cân bằng tinh tế giữa các vật liệu nhẹ và hệ thống năng lượng hiệu suất cao. Thiết bị của Sceye được bao phủ bởi một lớp vải phản quang nhẹ và được cung cấp năng lượng bởi các tấm pin mặt trời tích hợp. Nguồn năng lượng này phải đủ để không chỉ vận hành thiết bị truyền thông mà còn để chạy hệ thống quạt điện.

Hệ thống quạt này đóng vai trò quan trọng trong việc "duy trì vị trí" (station-keeping)—khả năng điều khiển thiết bị bay trở lại vị trí cũ khi các luồng gió ở độ cao lớn cố gắng làm nó chệch hướng. Sceye đã chứng minh được khả năng này trong một chuyến bay thử nghiệm vào năm 2024, khi thiết bị bay lơ lửng trong 12 ngày, bay đến bờ biển Brazil và duy trì vị trí "đỗ" trong hơn 88 giờ.

Tại sao HAPS lại quan trọng đối với bối cảnh AI và IoT toàn cầu

Sự trỗi dậy của HAPS, dẫn đầu bởi các đơn vị như Sceye và công ty con Aalto của Airbus, đại diện cho một tầng trung gian trong hệ thống phân cấp viễn thông. Trong khi vệ tinh cung cấp vùng phủ sóng toàn cầu và các trạm mặt đất cung cấp dung lượng cho các đô thị mật độ cao, HAPS lấp đầy "khoảng trống kết nối" cho các vùng thảm họa, các tuyến đường hàng hải và các khu vực nông thôn chưa được phục vụ đầy đủ.

Đối với hệ sinh thái công nghệ rộng lớn hơn, sự phát triển này có ý nghĩa sống còn đối với việc mở rộng Internet vạn vật (IoT) và điện toán biên (edge computing). Độ trễ thấp hơn và chi phí truyền tải giảm do các nền tảng tầng bình lưu mang lại giúp việc kết nối các cảm biến từ xa và các hệ thống tự hành—vốn hiện đang thiếu khả năng truy cập băng thông cao đáng tin cậy—trở nên khả thi hơn. Như CEO của Sceye, Mikkel Vestergaard Frandsen, đã gợi ý, các nền tảng này cuối cùng có thể trở thành một thành phần tiêu chuẩn trong hạ tầng truyền thông và logistics toàn cầu.

Những điểm chính cần lưu ý

• Lợi thế tầng bình lưu: Các nền tảng HAPS hoạt động ở độ cao 18km so với Trái đất, mang lại vùng phủ sóng rộng lớn như vệ tinh nhưng có độ trễ thấp hơn và hiệu quả năng lượng như các trạm mặt đất.
• Độ tin cậy đã được chứng minh: Sceye đã chứng minh thành công khả năng bay đường dài, bao gồm một sứ mệnh kéo dài 12 ngày chứng minh hiệu quả của việc duy trì vị trí bằng năng lượng mặt trời.
• Tích hợp 5G: Thử nghiệm sắp tới tại Nhật Bản nhằm chứng minh rằng các nền tảng trên không có thể bổ trợ liền mạch cho các mạng 5G hiện có bằng cách truyền dữ liệu trực tiếp đến các thiết bị của người tiêu dùng.