La stratosphère sera la prochaine frontière des télécommunications 

Avec plus de 8 000 satellites Starlink en orbite aujourd’hui, l'orbite basse semble être la solution idéale pour connecter la prochaine génération d' utilisateurs d'Internet et de téléphonie mobile. Cependant, certains acteurs misent un peu plus près du sol.

Dès l'année prochaine, la société tokyoïte SoftBank Corp. diffusera depuis la stratosphère un prototype de service de téléphonie et d'accès internet 4G et 5G aux utilisateurs japonais. Flottant à 20 kilomètres au-dessus de la Terre, le mât de l'entreprise, basé sur un dirigeable, utilisera une technologie de régénération d'énergie et un spectre nouvellement attribué. Cette technologie pourrait à terme constituer une réelle menace concurrentielle pour les plateformes satellitaires comme Starlink .

Le géant japonais des télécommunications a annoncé le mois dernier avoir obtenu les droits exclusifs pour déployer des aéronefs stratosphériques plus légers que l'air au-dessus du Japon . La « tour » dirigeable pré-commerciale de SoftBank , fournissant des services de téléphonie mobile 4G et 5G, sera opérationnelle en 2026. Ce dirigeable à énergie solaire, développé par Sceye , basé à Moriarty, au Nouveau-Mexique aux Etats-Unis , a déjà effectué plus de 20 vols d'essai réussis. Dans le même communiqué de presse, SoftBank a également décrit son projet d'utiliser également des aéronefs sans pilote à voilure fixe plus lourds que l'air développés par l'entreprise japonaise.

Un plan technique pour la stratosphère

Contrairement aux répéteurs de signaux à voilure fixe du système SoftBank , le dirigeable de Sceye sera une tour cellulaire autonome fonctionnant sous l'espace, mais toujours au-dessus des conditions météorologiques. Il embarquera le même type de station de base que celle utilisée dans les tours cellulaires terrestres (appelée 4G eNodeB / 5G g NodeB ), qui sera conforme aux normes mondiales de haut débit , supervisées par le Projet de partenariat de troisième génération (3GPP).

« Le téléphone mobile ne fait pas la différence entre notre plateforme et une tour », explique Mikkel Vestergaard Frandsen , PDG de Sceye. « Nous nous connectons simplement à l'infrastructure existante et utilisons le même protocole 3GPP. »

Le dirigeable de Sceye utilise des systèmes d'antennes avancés qui permettent un pilotage précis du signal. Également connue sous le nom de formation de faisceau, cette technologie 5G permet à un réseau de couvrir de vastes zones ou, à l'inverse, de concentrer la bande passante sur un cône plus étroit, selon la demande. L'entreprise indique que la latence de son système est inférieure à 20 millisecondes. Cela le placerait devant Starlink, qui offre aujourd'hui une latence réseau de 45 ms , selon une étude récente.

« Il ne s'agit pas d'un système de relais. Nous sommes la station de base, capable de répondre aux demandes du réseau depuis la stratosphère », explique Frandsen.

Avec une capacité de charge utile de 250 kilogrammes et 10 kilowatts de capacité d'énergie solaire embarquée, le dirigeable peut alimenter sa suite de télécommunications mais également maintenir sa position, ce que ni les ballons (qui dérivent avec le vent) ni les drones à voilure fixe (limités par une charge utile et une puissance limitées) ne peuvent réaliser.

C'est pourquoi les avancées de Sceye en matière de matériaux ont été cruciales pour les vols d'endurance à haute altitude. Selon l'entreprise, le tissu composant la coque du dirigeable est cinq fois plus résistant par unité de masse que les matériaux conventionnels des systèmes de plateformes à haute altitude (HAPS). Le matériau de Sceye est également 1 500 fois plus étanche aux gaz et plus résistant aux UV et à l'ozone.

« Il existe de nombreux points communs entre les sports extrêmes comme la Coupe de l'America ou la Formule 1 et notre travail sur les HAPS », a déclaré Frandsen, qui a recruté des ingénieurs des deux secteurs. « Il s'agit avant tout de repousser les limites des matériaux, en toute sécurité. »

Mais même avec un tel supermatériau pour l'enveloppe du dirigeable, le maintien en vol à 20 kilomètres d'altitude exige de nouvelles innovations pour une plus grande efficacité. « Sur ce type d'appareil, environ 30 % du poids est réparti entre la structure et 30 % supplémentaires entre le système énergétique », explique Vincenzo Rosario Baraniello , responsable de l' unité Systèmes d'observation de la Terre au Centre italien de recherche aérospatiale ( CIRA ). « Améliorer ces technologies offre un avantage concurrentiel. »

Les dirigeables argentés de Sceye sont conçus pour l'endurance, capables de pointer face au vent et de rester dans leur zone d'opération pendant des mois. Des panneaux solaires ultralégers et flexibles ainsi que des batteries haute densité assurent le fonctionnement nocturne de l'équipement. Le compartiment de charge utile, protégé contre les températures et les UV, résiste aux conditions stratosphériques extrêmes. Le dirigeable peut atteindre son altitude en moins de 30 minutes, un seul engin pouvant remplacer jusqu'à 25 tours au sol .

Construire sur un nouveau spectre

Le temps est venu, déclare Nikolai Vassiliev, chef du Département des services terrestres de l' Union internationale des télécommunications , de mettre en place des systèmes stratosphériques comme le réseau prototype de Sceye et de SoftBank.

« Nous avons établi des limites de puissance, des règles de coordination et attribué des bandes harmonisées », explique Vassiliev. « C'est maintenant aux opérateurs de déployer. »

Jusqu'à récemment, les plateformes de haute altitude comme le dirigeable gonflé à l'hélium de Sceye et de SoftBank s'appuyaient principalement sur le spectre des ondes millimétriques , dont la bande passante se situait entre 47 et 48 gigahertz. Or, les ondes millimétriques ont une portée limitée et sont notoirement vulnérables à la pluie et aux intempéries . C'est pourquoi, en partie, la Conférence mondiale des radiocommunications de 2023 a ouvert plusieurs bandes micro-ondes entre 700 mégahertz et 2,6 GHz pour les systèmes HAPS.

Ces bandes de fréquences plus basses ont ouvert la voie aux connexions directes depuis les dirigeables stratosphériques et autres plateformes à haute altitude. « La disponibilité d'un spectre harmonisé à bande basse pour les HAPS à connexion directe a fondamentalement transformé la stratégie commerciale », a déclaré Toshiharu Sumiyoshi, de la division Planification des réseaux ubiquitaires de SoftBank. « Nous pouvons désormais fournir ce service avec des téléphones portables disponibles dans le commerce. »

Contrairement aux précédentes plateformes à haute altitude qui servaient de relais de signaux , les tours à haute altitude de Sceye permettront à terme aux utilisateurs de traverser les zones de couverture sans perte de service, grâce aux transferts entre les nœuds terrestres et aériens. L'utilisateur final pourrait bénéficier d'une couverture terrestre similaire à celle des réseaux 4G et 5G.

SoftBank étudie encore la meilleure façon de déployer les plateformes stratosphériques de Sceye, qu'il s'agisse d'une infrastructure permanente ou d'une intervention à la demande en cas d'urgence ou de forte demande anticipée. « Notre plan actuel prévoit qu'un avion reste en vol pendant un an », explique Sumiyoshi. « Mais les deux scénarios, vol continu ou lancement en réponse à une catastrophe, sont envisageables. Les détails opérationnels seront finalisés après les essais pré-commerciaux en 2026, en tenant compte de la rentabilité et des options polyvalentes comme la télédétection . »

Baraniello affirme que, quelle que soit la forme que prendra le déploiement final, il marquera une étape importante. « Le partenariat entre Sceye et SoftBank est significatif », déclare-t-il. « Il démontre que ces plateformes ont atteint un niveau de maturité technologique permettant leur déploiement opérationnel. Du point de vue de l'ingénierie aérospatiale, c'est un enjeu majeur, et l'intérêt du marché stimulera encore davantage la recherche, l'industrie et le développement. »

https://spectrum.ieee.org/high-altitude-platform-station-softbank