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平流層上的科技故事:高空平臺 HAPS

作家費爾南多・佩索阿在《惶然錄》中提到,我只遊歷自己的第八大洲,無需旅行,我的航程比所有人的都要遙遠。所以這個五一,我們也希望短暫化身成“第八大洲”,帶大家一起漫溯,那些目前無法親身抵達的遠方,正在發生怎樣的科技風景。

第一站,我們來到地球上最難抵達的大陸之一 —— 非洲。不過這一次,看到的不是地面上的產業風景,而是平流層上的科技故事。

平流層的“奇葩”

一直以來,非洲都是一個極具兩極化色彩的土地。

這裡是古文明的發祥地,也是血與火的戰場;有著豐富的能源礦藏、極盡奢華的享受,也生存著可怕的埃博拉病毒、滿目瘡痍的貧困和疾病。

我們常感覺非洲是被科技忽視的角落,卻忘了這裡也是全世界發展最有潛力的大洲,總體經濟增長率超過了世界平均水平,東部地區的 GDP 增長率達到 7.1%。疫情爆發之前,衣索比亞以每年 10.3% 的國民生產總值增長吸引了全球諸多創業者的關注。

尤其是在空基網路中,非洲的角色不容小覷,成為許多行業龍頭心中的“聖地”。

高空平臺(HAPS,High Altitude Platform Station),按照國際電信聯盟的定義,指的是在將基站安裝在離地面上某一確定地點 20-50 千米高(即平流層)的物體上,比如飛艇、氣球、無人機等,部署成本相對更低,在相對溫和的平流層,也不易受到極端天氣、空中交通、太空輻射等環境因素的干擾,被視為寬頻連線服務不足地區的絕佳替代方案。

而高空平臺的首次商業化,正是在非洲肯亞進行的。2020 年,谷歌的熱氣球網際網路專案 Loon 與肯亞電信服務商 Telkom Kenya 合作,讓一些最偏遠的村莊和城鎮也能夠以“市場價格”獲得 4G 服務。

軟銀公司旗下 HAPSMobile 就在盧安達開展 HAPS 聯合研究,使用太陽能無人駕駛飛機系統(UAS)進行示範飛行,提供 4G/5G 網路連線。

而不少非洲國家政府和產業組織對 HAPS 創新性研究及技術試驗的積極態度,遠超英國、亞洲等同樣存在大量偏遠村鎮的地方。2019 年 Loon 的氣球發射升空,很快就於 2020 年 3 月獲得監管部門批准,開始開展其商業業務,比起歐美對無人機商業專案動輒數年的審查要友好太多。

整體數字化根基薄弱、卻孕育出一棵“奇葩”,事情到底是怎麼發生的?或者說,為什麼這麼多電信巨頭都如此看好非洲的平流層生意?

落後的力量

首當其衝的,自然是商業價值驅動。NSR 最新一期的高空平臺報告中預測,到 2030 年,HAPS 服務將產生約 40 億美元的累計收入。經濟價值從哪裡來?當前產業的普遍共識,認為通訊網路和遙感應用會是 HAPS 初期商業蓬勃發展的主要驅動力。而在需要連線的市場中,非洲顯然潛力巨大。

目前,非洲可以說是移動連線最不發達的地區,移動連線覆蓋率為 70%。世界銀行的報告指出,非洲大陸還需要增加 25 萬個新的基站和 25 萬公里的光纖,或者其他創新,來實現普遍寬頻連線。

將撒哈拉以南非洲與網際網路連線起來,仍然是政府的一大挑戰。而 HAPS 的高度和覆蓋面積,正適合密集度低的非洲市場特性。舉個例子,在 2013 年賴比瑞亞埃博拉疫情期間,世界衛生組織在開展宣傳活動時,由於寬頻普及率不足,很難捱家挨戶地宣傳並追蹤聯絡人,這導致賴比瑞亞政府與美國國際開發署(USAID)合作在蒙羅維亞周圍部署光纖,花了大約兩年時間才連線 100 多個基站,來降低未來疫情爆發的風險。而如果採用 HAPS 部署的話,只需幾周就能連線到賴比瑞亞最偏遠的地區。

除了個人市場的連線需求之外,非洲國家的金融科技、網際網路創新應用等日益增多,網路成為非洲經濟一項至關重要的服務,許多學校和工作的日常活動正在向網上轉移。伴隨著新冠疫情的到來,數字連線與經濟增長之間的強相關性,也成為按住非洲發展最直接的手段。

在一些非洲特大城市的智慧城市專案中,低延遲的 HAPS 能夠發揮重要作用,來支援高清視訊會議、遠端醫療、在家工作和學習的關鍵應用。

與龐大的市場需求相對應的,還有 HAPS 在成本上的相對優勢。

受經濟程度所限,商業機構對於一些基礎設施如鐵塔、軌道星座等的投資成本很敏感,很難收回成本,並不願意投資。而與衛星動輒數千萬甚至上億英鎊的成本相比,一個 HAPS 裝置如 Zephyr 的飛艇,據說成本只需要 430 萬英鎊,並且不需要大規模的挖掘和電纜鋪設,省時省力、部署敏捷,在商業上展現出了更強的生存能力。

比如一些細分市場(如智慧採礦或農業),往往需要複雜且昂貴的網路來服務。這時候 HAPS 的替代性優勢就更明顯了。

更重要的是,由於數字化程序相對緩慢,非洲不像歐美市場那樣對資料主權有極高的敏銳度,對於需要在高空以無人機、飛艇、氣球等作為基站的 HAPS 來說,管制政策更加友好。

歐洲航天局通訊系統工程師胡安・利扎拉加・庫比洛斯就認為,對於 HAPS 來說“法規是最大的障礙”。在第二次非洲電信聯盟 ATU 會議中,就強調了協調整個 ATU 成員國的監管框架,為 HAPS 提供快速部署的創新服務,促進在非洲大陸部署 HAPS。

這樣的非洲,自然更容易吸引 HAPS 企業前來試水。

雲翳的陰影

看起來,HAPS 在非洲的前途是一片光明。但公允地說,現實並不理想。

比如 Loon 就發現 HAPS 要實現商業化,非常困難。Loon 專案的執行長威斯特加斯在部落格中寫道,想要連線偏遠地區的使用者,現有技術方式依然昂貴,無法支撐起長期業務發展。

這也使得人們直接認識到,對急於出售服務、實現商業回報的 HAPS 企業來說,非洲市場並不如想象中美好。

網際網路聯盟(A4AI)的執行董事索尼亞・豪爾赫就將 Loon 的失敗,歸結為谷歌母公司過分看好市場和對回報的不合理要求。

當然,指責谷歌母公司字母表過於功利,也有些嚴苛了。畢竟 HAPS 的技術上限非常高,開發根本性的新技術並不容易,數十年來 HAPS 的技術突破並不巨大。大多圍繞在航空裝置的微型化、高效能太陽能電池等方向上,一直沒有取得根本性突破。Facebook 研發的由太陽能驅動的 Aquila 無人機,就在 2018 年被放棄。

對比軌道衛星,SpaceX 回收火箭的技術,明顯降低了商業航空成本,而衛星在壽命到期後還可以直接在大氣層燃燒銷燬,不必擔心高空氣球等裝置的墜落隱患,直接成為有力的市場競爭者。

除了技術和商業上的不明確,來自政府層面的不確定性,也讓非洲市場蒙上了一層陰翳。

要知道,連線最偏遠的人群不僅需要網路基礎設施,還需要一個促進創新和鼓勵投資的監管環境,而非洲很多國家的不穩定局勢、法律法規的空白、繁雜的官僚作風等,都讓人們對於政府與運營商、企業來共同克服障礙、提供移動服務心存疑慮,這也會直接導致對網路專案的投資不足,從而讓 HAPS 專案延期。

在全球共同走向第四次工業革命的程序中,沒有被連線到網路的偏遠人群,依然值得我們和科技產業的關注。

高空平臺 HAPS 是彌合數字鴻溝的答案嗎?需求是毫無疑問的,但非洲這片土地許諾給 HAPS 的並不只有平流層的溫和舒適,還有矛盾中的衝撞與激盪。

當地理和疫情阻隔了幾大洲人類在現實中相逢,幸好還有科技,讓我們有希望在虛擬世界中重逢。