Connettività, Osservazione e Sostenibilità Grazie alle Piattaforme Ad Alta Quota
Zephyr S next-generation High-Altitude Pseudo Satellite (HAPS) (fonte)
HAPS, una Tecnologia Emergente per Connettere il Mondo e Osservare la Terra
Le piattaforme HAPS, che includono palloni, dirigibili e droni ad alta quota, operano nella stratosfera offrendo una serie di vantaggi unici. Possono fornire connettività internet in aree remote, monitorare il clima, supportare le operazioni di soccorso in caso di disastri naturali e contribuire agli obiettivi di sviluppo sostenibile. Grazie all'utilizzo di energia solare e alla ridotta necessità di infrastrutture terrestri, gli HAPS rappresentano una soluzione sostenibile ed efficiente per diverse applicazioni cruciali.
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HAPS, una tecnologia emergente
La tecnologia HAPS (High Altitude Platform Systems) è considerata emergente nel 2024 per il suo potenziale rivoluzionario nel campo delle telecomunicazioni e della connettività globale. Secondo il World Economic Forum, gli HAPS sono stati inclusi tra le 10 tecnologie emergenti del 2024. Queste piattaforme, che operano nella stratosfera, offrono vantaggi unici rispetto ai satelliti e alle torri terrestri, come una copertura più estesa e una maggiore efficienza
Le stazioni di piattaforma ad alta quota (HAPS) operano ad altitudini stratosferiche, circa 20 chilometri sopra la Terra. Solitamente sotto forma di palloni, dirigibili o velivoli ad ala fissa, offrono una piattaforma stabile per l'osservazione e la comunicazione e possono funzionare per mesi. I progressi nell'efficienza dei pannelli solari, nella densità energetica delle batterie, nei materiali compositi leggeri, nell'avionica autonoma e nelle antenne, insieme all'espansione delle bande di frequenza e ai nuovi standard aeronautici, rendono le HAPS praticabili nel breve termine.
Le HAPS possono fornire connettività, copertura e miglioramenti delle prestazioni che né i satelliti né le torri terrestri possono eguagliare, in particolare in aree con terreni difficili come montagne, giungle o deserti.
L'accesso al mondo connesso funge da ponte verso il futuro, tuttavia, secondo l'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU), circa un terzo delle persone nel mondo rimane offline. Le donne e gli anziani sono colpiti in modo sproporzionato. Un elemento chiave per affrontare questa sfida è il miglioramento delle infrastrutture.
Oltre a fornire accesso a Internet, queste piattaforme adattabili possono svolgere un ruolo importante in varie applicazioni critiche, dal supporto alla gestione dei disastri al potenziamento della copertura a banda larga e al monitoraggio ambientale.
Cosa sono gli HAPS?
Gli HAPS sono aeromobili o palloni senza pilota che operano nella stratosfera. Aeromobili ad ala fissa, aeromobili alimentati a idrogeno, palloni ad alta quota e dirigibili sono i principali tipi di piattaforme diverse in fase di sviluppo e distribuzione. Servono come stazioni di ritrasmissione per i segnali di comunicazione, fornendo connettività ad aree remote e sottoservite in cui le infrastrutture tradizionali come satelliti o torri terrestri sono insufficienti o poco pratiche.
L'idea alla base degli HAPS non è nuova, ma gli sviluppi tecnologici moderni li rendono attualmente realizzabili.
Esistono due versioni principali di HAPS: più leggeri dell'aria (LTA), come i palloni o i dirigibili, e più pesanti dell'aria (HTA), come gli aeroplani. Entrambi i tipi hanno molte caratteristiche tecniche comuni; le differenze specifiche sono dovute alle loro caratteristiche costruttive.
La tecnologia HAPS (High Altitude Platform Stations) è considerata sostenibile. Questi sistemi operano nella stratosfera e sono spesso alimentati da fonti di energia rinnovabile, come pannelli solari, riducendo significativamente le emissioni di carbonio rispetto alle infrastrutture tradizionali. Inoltre, HAPS richiedono un'infrastruttura minima a terra, preservando gli habitat naturali e riducendo l'impatto ambientale.
Questa tecnologia offre anche vantaggi per il monitoraggio climatico e la risposta ai disastri naturali, contribuendo agli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite
Lo spazio occupato dagli HAPS
La linea di Karman, a 100 km, è generalmente accettata come confine tra aria e spazio. Il limite superiore per il traffico aereo civile e la maggior parte dell'aviazione militare è di 18 km e l'orbita pratica più bassa per i satelliti è a un'altitudine di circa 160 km. Una parte dell'area tra questi confini, da 20 a 100 km, è etichettata come "spazio vicino". Tutta questa area è principalmente inutilizzata e poco esplorata, ed è utilizzata principalmente da razzi orbitali in transito e, sporadicamente, per scopi scientifici da razzi suborbitali e transatmosferici.
Gli oggetti che volano sopra le altitudini tipiche degli aeroplani e sotto gli oggetti spaziali hanno molte notazioni, come HAPS, Balloon Born Objects, Pseudo Satellites, Stratospheric Satellites, High-Altitude Airships, Sub-Orbital Platforms, Stratospheric Platforms, Stratospheric Airships, High-Flying Drones, Stratospheric UAVs e altri.
Il termine più comunemente usato è HAPS, include tutti i diversi tipi di veicoli che si prevede volino nello spazio vicino da pochi minuti o ore a settimane, mesi o persino anni. A causa della loro velocità e altezza insufficienti per raggiungere un'orbita attorno alla Terra, i loro voli sono generalmente etichettati come voli suborbitali.
Confronto tra satelliti e HAPS
Gli HAPS sono ugualmente in grado di svolgere alcuni dei servizi dei satelliti. Possono fornire servizi continui a lungo termine rimanendo nella stessa posizione su un dato punto o area per settimane, mesi o anche più a lungo.
Volando a un'altitudine molto più bassa rispetto ai satelliti, gli HAPS sono in grado di coprire un'area specifica in modo molto più efficace. Possono operare in aree di interesse più piccole o più ampie e adattare i loro schemi di volo di conseguenza in risposta alle sfide sperimentate (ad esempio, seguendo schemi meteorologici, come gli uragani) o alle missioni (ad esempio, seguendo movimenti migratori, come rifugiati o mandrie di bovini). Gli HAPS possono rimanere permanentemente su un'area, mentre i satelliti LEO possono rimanere solo per brevi periodi (minuti); un ritorno nell'area dipende dal tempo di rivisitazione e può richiedere ore o persino giorni. Per l'osservazione permanente di un'area è richiesta una costellazione di satelliti, con conseguente aumento dei costi.
Gli HAPS sono sistemi rapidamente costruiti e implementabili che forniscono una disponibilità più rapida. Alcune infrastrutture di terra sono necessarie per il decollo e l'atterraggio, ma meno di quelle richieste per razzi o aerei.
La tecnologia HAPS per lo sviluppo sostenibile
Il nostro pianeta affronta enormi sfide economiche, sociali e ambientali. Gli Obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG) delle Nazioni Unite definiscono le priorità e le aspirazioni globali per il 2030, che rappresentano un'opportunità senza precedenti per combattere la povertà e le disuguaglianze.
HAPS, come l’Airbus Zephyr, offrono capacità uniche per fornire soluzioni che contribuiscono ai 17 SDG delle Nazioni Unite. Situati nella stratosfera, al di sopra delle reti meteorologiche e terrestri, gli HAPS offrono l'opportunità di migliorare il raggiungimento di molti di questi obiettivi e colmare le divisioni sociali. Ad esempio collegare il 47% della popolazione globale che rimane scollegata o di fornire la copertura durante i disastri naturali quando l'infrastruttura terrestre è inattiva.
Come risultato della crescente connettività globale, HAPS a sua volta può supportare un aumento dell'istruzione di qualità, SDG 4 (Garantire un'istruzione di qualità inclusiva ed equa e promuovere opportunità di apprendimento permanente per tutti).
Poiché la stratosfera è sopra le nuvole, gli HAPS alimentati a energia solare possono essere caricati continuamente durante il giorno, immagazzinando energia per caricare le batterie secondarie per alimentare il volo notturno. L'impianto solare assicura che l'energia solare venga convertita in energia e una maggiore efficienza nella tecnologia solare porta a missioni più lunghe ed efficaci. Offrendo sostenibilità in volo, basandosi al 100% sull'energia solare, le piattaforme HAPS contribuiscono al raggiungimento dell'SDG 7 (Garantire l'accesso a un'energia conveniente, affidabile, sostenibile e moderna per tutti) e dell'SDG 13 (Cambiamenti climatici), basandosi su energia non sostenibile, per fornire servizi di connettività dalla stratosfera. Il volo alimentato con zero emissioni di CO2 supporta inoltre le lotte del nostro pianeta contro i cambiamenti climatici. Il volo HAPS offre eco-efficienza e fornisce inoltre servizi di osservazione della Terra dalla stratosfera per monitorare i cambiamenti per proteggere il nostro pianeta.
Lo stato di sviluppo degli HAPS
Nell'ultimo decennio, il numero di satelliti e detriti spaziali in LEO è aumentato considerevolmente, principalmente a causa di nuove iniziative di distribuzione di mega-costellazioni di piccoli satelliti, come i noti precursori OneWeb e StarLink Attualmente, le costellazioni di piccoli satelliti godono di un'attenzione pubblica notevolmente maggiore e, di conseguenza, ulteriori investimenti in HAPS potrebbero essere meno attraenti.
Gli sviluppi HAPS odierni sono generati principalmente da entità commerciali per uso commerciale, civile e scientifico.
La tecnologia HAPS (High-Altitude Platform Station) sta attirando l'attenzione di diverse aziende e investitori. Ad esempio, Aalto HAPS, un'azienda specializzata in velivoli a zero emissioni e tecnologia stratosferica, è supportata da investitori come HAPS Japan e Airbus Space. Inoltre, il mercato globale delle piattaforme ad alta quota sta crescendo rapidamente, con un valore stimato di oltre 2,5 miliardi di dollari nel 2022 e un tasso di crescita annuale composto previsto dell'11,5% fino al 2030.
Il fattore principale che sta guidando l'espansione dell'industria HAP è il fatto che questi prodotti hanno un vantaggio competitivo rispetto ai sistemi satellitari. Rispetto ai sistemi satellitari, i costi associati alla distribuzione e al funzionamento degli HAP sono significativamente più economici.
A causa della vicinanza di questi sistemi alla superficie della Terra, la quantità di tempo necessaria per completare un ciclo è molto inferiore a quella richiesta dai sistemi satellitari. Il rischio di questa tecnologia è lo sviluppo in campo militare trascurando quello civile. Si prevede che i finanziamenti saranno rivolti principalmente ai sistemi di sorveglianza.
La crescente adozione globale dei servizi Internet è un altro fattore che sta guidando il mercato per i sistemi di allarme e protezione domestica (HAPS). Gli HAPS vengono utilizzati sempre di più per fornire servizi Internet wireless, che si prevede anche che sperimentino un enorme sviluppo negli anni a venire. Uno degli esempi più notevoli è il Progetto Loon di Google, che intende fornire accesso a Internet attraverso l'uso di Aerostat Systems (palloncini) installati nella stratosfera.
L'Italia è coinvolta nello studio e nello sviluppo della tecnologia HAPS (High Altitude Platform Stations). La Fondazione Amaldi è un esempio di istituzione che si occupa di ricerca e sviluppo in questo campo.
Thales Alenia Space, una joint venture tra Thales (67%) e Leonardo (33%), sta lavorando al progetto EuroHAPS, finanziato dalla Commissione Europea. Questo progetto mira a sviluppare piattaforme stratosferiche per missioni di sorveglianza, comunicazione e osservazione avanzata. Quindi con un uso militare e civile
Le attività di ricerca del CIRA nel campo dell'Osservazione della Terra stanno sviluppando nuove piattaforme High Hybrid Altitude Airship. Le piattaforme stratosferiche consentiranno di effettuare il controllo continuo di un territorio ad altissima risoluzione spaziale e di svolgere una molteplicità di missioni: monitoraggio ambientale, agricoltura di precisione, sorveglianza del territorio e dei confini, operazioni di ricerca e salvataggio, telecomunicazioni.
High-Altitude Platform Systems
Piattaforme ad alta quota (HAPS) Dimensione del mercato, analisi del settore per tipo (airpiti e sistemi di aerostat legati) mediante payload (sistemi di comunicazione, sistemi di sorveglianza e sistemi di navigazione) per applicazione (governo e difesa, commerciale e altri)-globali, tendenze, condivisione e previsione 2023-2030
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