高空平台站（HAPS）前景如何？

高空平台是全球空间监测计划和欧洲空间政策委员会合作的一部分，在获得了其授权之后，经过我们的挑选，发表了这些的文章和简报。本文是欧洲空间政策委员会于2020年3月份发表的第39号简报。

1.什么是HAPS？

HAPS即经ITU认证的高空平台系统。

根据国际电信联盟的定义，HAPS是一种“基站安装在一个离地面上某一确定地点20-50千米高的物体上”的装置。用于商业的飞行器飞行在气流湍急的对流层，而HAPS飞行在高于对流层的平流层中。目前主要存在三种技术：飞艇（如Thales Alenia宇航公司的同温层巴士）；气球（例如Loon使用过的那些气球）；无人机（如Airbus Defence & Space’s Zephyr S高空太阳能无人机）。

Loon

stratobus

Zephyr S

HAPS执行的任务与卫星相差无几。现在HAPS和卫星的研究都主要聚焦于电信和遥感技术。长远来看，他们与灾难管理、防御任务密切相关。

然而一个技术上的悖论出现了：HAPS比卫星更加容易建设，但数十年来在HAPS方面没有任何的技术突破，而卫星从十九世纪90年代起就得到了应用和不断地改善。这一问题是由HAPS主要技术上的挑战（如发展长久耐用的轻型密闭囊体材料等）造成的。最近几年，航空电子设备的微型化、高性能太阳能电池的出现、蓄电池和线束的轻型化、连同负载技术（如用于地球观测的传感器和高带宽通信系统）的微型化这些关键技术已经成熟，这一挑战开始逐渐被克服。

2.HAPS的近期发展

HAPS的发展具有在许多方面的特征，并且这些特征可与所谓的“新空间”（临近空间？）的发展相媲美，例如像IT公司那样进入了史无前例的新领域。Loon是在这个领域中走在最前列的公司之一，他是Alphabet公司（谷歌的母公司）的一个子公司。秘鲁和波多黎各发生灾难后，Lonn公司便开始为其提供电信服务。2018年，Loon与肯尼亚电信公司签订合作，开始为肯尼亚地区5000平方千米的覆盖范围内提供服务。2019年夏天气球发射升空，该公司也于2020年3月获得监管部门批准，开始开展其业务。HAPS联盟成立于2020年2月，Loon公司为该联盟的核心成员之一。它的目标是游说人们采用HAPS解决方案，提升该联盟成员的创新能力，并力求为新兴的商业标准做出贡献。在其十二个成员中，有两个是来自于空间行业：空中巴士集团防务与航天公司（Airbus Defence & Space）和国际通信卫星公司（Intelsat）。

确实，空间行业中的一些公司对HAPS产生了极大的兴趣，尤其是欧洲的制造商空中巴士（Airbus）公司和泰利斯（Thales）公司，这两个公司在行业内都有着自己的建树。泰利斯阿莱尼亚空间公司（Thales Alenia Space）的同温层巴士是一个重达5吨的飞艇，它可以在同温层为方圆5km的范围内提供连续五年的服务。2020年2月，法国防务采购部门与TAS公司和Thales公司签订了一份合约，内容包括让这两家公司来评估同温层巴士平台是否能够为军队的作战需要提供情报分析、监测以及侦查任务。这两家公司将构思出一个可操作性的概念来进行研究，并做出一个真实尺寸的演示机。这项技术可以很好地满足他们的一些确切的需求，在这份合约中也进一步表明军方对此项技术展现出越来越大的兴趣。同时，欧盟也在防御方面启动了HAPS相关事项。EDIDP（即将到来的欧洲防御基金的前身）也因此开始了一项招标。HAPS为欧洲的防御事务提供了一种解决方案，尤其适用于对海洋区域、陆上边界和重要资产的监视。ESA（欧空局）还进一步提出了实施的详细步骤。此次合作由欧洲海事安全局、欧盟边境管理局和欧盟卫星中心联合支持，它不但从技术和经济角度上进行了鉴定和分析HAPS技术能否提供可持续的应用及服务，而且也为该技术未来的发展提供了一个可行性研究的样例。在众多的方面里，ESA尤其强调了HAPS和卫星之间通信、导航和遥感业务的互补性。

一旦以下几个问题解决了，相关的方案将很有希望落地实施。第一，尽管该技术的前景十分可观，但目前HAPS能提供的可实施的业务很少，且大多数的平台仍处于极力寻求资金和与产业链建立合作伙伴的发育期阶段。第二，市场的产业价值链尚不明确，由谁来维护开发系统、将以什么形式开展服务仍然是个尚未解决的难点。同时，随着社会对HAPS的关注越来越多，人们提出了一个新的问题：HAPS的这些也与现有的卫星资源究竟是相互补充关系还是相互竞争的关系？

3.HAPS与卫星的价值比较

同属于空间系统的他们在相同的业务上，HAPS在以下几个方面的优势，使得其成为卫星的强有力竞争对手：成本更低（尤其是部署方面）；更加灵活（运维更加容易、几个小时便可以完成部署、可重新部署）；由于海拔较低，有着相当高的效率（观测方面，HAPS的业务能够提供更高的分辨率和对某一区域永久的监测；通信方面，没有延迟，移动端能够轻松地获得服务，地面天线更小）。因此，HAPS能够满足卫星业务所不能提供的特定需求。

鉴于以下这些益处，很难评估该行业发展对于空间价值链产生的影响。

一方面：

• HAPS对于区域的专用业务是对卫星全球覆盖业务的补充，

• HAPS可以作为卫星与地面基站的中继，来便于数据传输或者缩减地面与空间的基础设施，

• HAPS可以加速空间技术的发展和提供高海拔的飞行测试。

另一方面：

• 这些系统的兴起加剧了频谱资源的的竞争（例如在WRC-19波段，ITU成员同意为HAPS定义更多的无线电频段），并且带来了干扰的风险（如地球上观测系统在相邻波段工作时）

• HAPS作为大星座卫星系统的潜在竞争者出现，至少在划定的区域内，他们在市场中所处的位置是相同的，例如为偏远地区提供连接业务、组建物联网（该应用可由HAPS联盟实现）

陆地运营商与HAPS公司的伙伴关系使得其可以提供类似于卫星的业务，从而加剧了与传统GEO（静止轨道卫星）运营商之间的竞争。

欧洲相关组织和行业能否对HAPS在空间行业上的影响力和在商业上的潜力视而不见呢？现今，欧洲的设备制造商和运营商之间已经产生了裂隙。设备制造商促进了HAPS系统的发展。如果设备制造商的帮助能够使得HAPS引进更多的投资、开发更多的业务，那么这种行为就应该得到相应的鼓励。然而，欧洲的运营商也应该明确他们对于HAPS的立场，虽然现在他们看起来很沉默。如果HAPS完全成为空间领域的一名竞争者，并为陆地运营商提供了新的机会，那么它将对GEO运营商的业务产生负面影响，最终也将对设备制造商产生类似的影响。这种情况将对空间行业内的所有成员不利。

版本所有-本出版物已经获得ESPI的许可。来源:ESPI“ESPI简报”第39号，2019年3月。保留所有权利。