México es un país en el que una parte de su población está dispersa en más de 150,000 poblaciones de menos de 250 habitantes. De acuerdo al censo de 2010 [1] cerca de 6 millones de personas vivían en comunidades de este tipo, como se puede ver en las Figs.1 y 2. Para esta población no es fácil acceder a servicios de comunicaciones debido a que no es rentable para los operadores el invertir en infraestructura terrestre para llevarles los servicios. Esto es una de las causas de la brecha digital.

Por esta razón, la solución tradicional para dar servicios de comunicaciones a localidades que no poseen servicios terrestres ha sido la comunicación por satélite, generalmente a partir de plataformas geoestacionarias. Esta solución permite una cobertura muy amplia, pero requiere de grandes inversiones en infraestructura espacial y terrestre, y su capacidad es limitada: una vez que se despliega, no es posible aumentarla, ni mejorarla para aprovechar los cambios tecnológicos.

Fig. 1.  Distribución de la población mexicana de acuerdo al número de habitantes de la comunidad en donde vive. INEGI, Censo 2010.

Fig. 2.  Distribución del número de localidades por número de habitantes en México. INEGI, Censo 2010.

Es por esto, que una alternativa viable para superar la limitación de los sistemas de comunicaciones terrestres y satelitales para proveer de servicios de comunicaciones a poblaciones remotas y marginadas, son las llamadas Estaciones de Plataforma de Gran Altitud o Pseudo Satélites de Gran Altitud, también conocidos como o HAPS, por sus siglas en inglés (High Altitude Platform Station / High Altitude Platform Pseudosatellite).

Las HAPS son aeronaves no tripuladas que se colocan en la estratósfera a altitudes que varían entre los 20 y los 45 km en una región relativamente fija con respecto a la Tierra y desde ahí proveen sus servicios. Su operación en la estratósfera garantiza que no interfieran con el tráfico aéreo. En su mayoría, las HAPS usan plataformas no tripuladas y autónomas, como aeronaves de ala fija o globos y emplean paneles solares para recargar sus baterías. Las principales ventajas de los HAPs son las siguientes.

Rapidez de despliegue y puesta de operación

La HAPS se pueden desplegar a partir de infraestructura de aviación existente como hangares y pistas, y pueden utilizar sistemas de comunicaciones convencionales, lo que hace que su despliegue sea ágil y de menor costo que los satélites. Los tiempos típicos de despliegue de una HAPS rondan en el orden de días, comparados con los de los satélites que pueden ser de meses.

También tiene la ventaja de operar dentro del espacio aéreo de un país, por lo que no requieren de permisos internacionales ni coordinación con otros países para operar y transmitir señales de radio.

Menor potencia de operación y bajo retardo de propagación.

Debido a que operan a alturas del orden de 20 a 40 Km, el equipo en Tierra requiere de menos potencia de transmisión y las comunicaciones experimentan un menor retardo de propagación que en el caso de las constelaciones de satélites de órbita baja y mucho menor que en el caso de los satélites geoestacionarios.

Empleo de componentes comerciales

Ya que las HAPS operan dentro de la atmósfera y no experimentan el estress de un lanzamiento por un impulsor como en el caso de los satélites, requieren de componentes con especificaciones más relajadas que las de grado espacial que emplean los satélites.

Esto reduce su costo considerablemente.

Operación más asequible

A diferencia de las constelaciones de satélites de órbita baja que requieren de centenas de satélites y una estricta coordinación para proporcionar comunicación continua sobre una región determinada, un solo HAPS puede cubrir una región de varios cientos o miles de kilómetros cuadrados. Esto hace que la operación de los HAPS como repetidores de comunicaciones sea mucho más sencilla que las constelaciones de satélites. Además, a diferencia de los satélites, la carga útil de una HAPS se puede bajar a tierra para propósitos de mantenimiento, reparación y actualización de componentes.

Uso múltiple

Las utilidad de las HAPS no está limitada a proveer servicios de comunicaciones, ya que se pueden usar en otras aplicaciones como observación de la tierra para proporcionar diferentes tipos de servicios como monitoreo de un territorio, agricultura de precisión y estimación de daños en caso de desastres, entre otros.

Retos de los HAPS

A pesar de todas ventajas, las HAPS todavía no se emplean de manera regular como los satélites. La razón es que enfrentan varios retos tecnológicos que apenas se están superando para garantizar su funcionamiento y confiabilidad por largos períodos, por ejemplo, del orden de 6 meses. Entre estos retos se encuentra principalmente el garantizar mantener su posición en la estratósfera por periodos largos a pesar de las corrientes de aire. Otros retos relacionados son la durabilidad de las baterías y la durabilidad de las partes móviles. Sin embargo, dado su potencial económico, varias empresas están trabajando en superar estos retos y ofrecer HAPS confiables para operar en misiones de hasta 6 meses de duración.  A manera de ejemplo se resumen los desarrollos de las empresas Airbus, Thales y WorldView.

Airbus

Airbus ha desarrollado el Zephyr, un UAV de ala fija ultraligero impulsado por propelas. De acuerdo a Airbus Defence and Space, el Zephyr S cuenta con el récord mundial del vuelo de mayor duración para una aeronave: 25 días 23 horas 57 minutos, después de su vuelo inaugural que despegó el 11 de julio de 2018.

Airbus tiene dos variantes del Zephyr, diseñadas para adaptarse a una variedad de cargas útiles: El Zephyr S con una envergadura de 25 m y un peso menor a 75 kg, y el Zephyr T, actualmente en desarrollo, con una envergadura de 33 m y un peso de 140 kg. En las figuras 3 y 4 se muestran cada uno de estos modelos.

Fig. 3. Zephyr S de Airbus

Fig. 4. Zephyr T de Airbus, cortesía de Airbus Defence and Space.

Thales

Thales ha desarrollado el Stratobus, una aeronave estratosférica autónoma que opera a una altitud de 20 kilómetros (por encima de la corriente en chorro y el tráfico aéreo). En la Fig. 5 se muestra un modelo de un prototipo del Stratobus.

Fig 5. Pseudosatélite Stratobus de Thales, cortesía Thales.

WordView

WorldView ha desarrollado el Stratollite, un globo estratosférico con un sistema propietario para controlar su posición a voluntad aprovechando las corrientes de aire de la estratósfera. La fig. 6 muestra un Stratollite antes de ser lanzado.

Fig 6. Stratollite de WorldView, cortesía WorldView.

El siguiente video muestra el concepto del Stratollite.

Se complementan con los satélites

La tecnología de HAPS es una alternativa viable para proporcionar servicios de comunicaciones y de observación de la Tierra. Esta tecnología podría ofrecer ventajas y aplicaciones complementarias a los satélites a un costo competitivo y en consecuencia podría jugar un papel importante para detonar el desarrollo de las comunidades remotas y marginadas del mundo.

Referencias

[1] Cervera Flores Miguel, Rangel González J. Walter, 2015, ´Distribución de la población por tamaño de localidad y su relación con el medio ambiente´. INEGI. Dirección General de Estadísticas Sociodemográficas.

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HAPS, High Altitude Platforms, Pseudosatellite, Telecomunicaciones, Brecha digital, Plataformas de gran altitud, Stratollite, Stratobus, Zephyr