Área de Ingeniería Aeroespacial Universidad de León

HAPPIEST es un estudio financiado por la Agencia Espacial Europea y liderado por el Área de ingeniería Aeroespacial de la Universidad de León. Participan además Thales Alenia Space España, Aerobotics (D) y Deimos Engenharia Portugal.

El desarrollo de las aeronaves conocidas como HAPS (High Altitude Pseudo-Satellites) ha alcanzado un nivel de madurez significativo, realizando diversos vuelos de demostración que auguran una próxima entrada en servicio en condiciones operacionales. La Agencia Espacial Europea (ESA), consciente de las potenciales sinergias existentes entre los servicios ofrecidos por los satélites tradicionales y los novedosos HAPS, ha promovido el desarrollo del proyecto HAPPIEST. En él se analiza el impacto que puede suponer en el mercado de las telecomunicaciones, actualmente copado por el uso de redes terrestres y satelitales, la irrupción de los HAPS basados en plataformas aerostáticas. Además, la integración de cargas de pago complementarias hace posible ofrecer servicios complementarios tales como la observación de la Tierra o servicios de navegación. El objetivo de HAPPIEST es estudiar el papel de los HAPS aerostáticos en las redes de telecomunicaciones futuras identificando los servicios más prometedores que pueden ofrecer y las redes híbridas resultantes. En particular, se ha desarrollado un diseño conceptual del sistema para su uso en dos escenarios de referencia desde los que ofrecer los servicios identificados como más valiosos desde el punto de vista comercial. El proyecto permite establecer por tanto el nivel de madurez tecnológica de los sistemas involucrados, estimar los aspectos económicos más relevantes y proponer una senda de desarrollo a implementar en un futuro programa de la ESA específico para HAPS, definiendo los pasos y fases de desarrollo considerados como más adecuados.

Los servicios ofrecidos por HAPS pueden clasificarse en tres grandes áreas según se indica a continuación:

Servicios de comunicaciones

Son múltiples y muy variados los servicios de comunicaciones que pueden ofrecerse mediante el uso de plataformas HAPS que se integren en las redes de comunicaciones tanto terrestres como espaciales ya existentes. Los HAPS proporcionan como hecho diferencial unas capacidades de despliegue rápido, de actualización de los equipos de comunicaciones embarcados, de emplear terminales más sencillos y pequeños y de establecer enlaces de mayor capacidad. Además, la cobertura ofrecida por cada sistema individual alcanza los varios cientos de kilómetros, a medio camino entre los sistemas terrestres y los espaciales. Tras un análisis exhaustivo de las capacidades y ventajas que ofrecen estas plataformas, los servicios identificados como de mayor interés son: acceso a comunicaciones de banda ancha, trunking, backhauling, mejora de cobertura en zonas específicas demandantes de gran densidad de enlaces, comunicaciones tácticas, comunicaciones móviles y despliegue de la red 5G. La prestación de todos estos servicios deberá realizarse ateniéndose a las bandas de radiofrecuencia actualmente asignadas a los HAPS por la regulación correspondiente aprobada por la ITU.

 - Comunicaciones tácticas: como sistema de respaldo, para uso temporal o precursor, ofrece un servicio de telecomunicaciones en caso de desastres naturales (tales como terremotos o inundaciones) o bien cuando el escenario carece de la infraestructura necesaria (por ejemplo áreas remotas o marítimas) o cuando se requieren unas capacidades mayores a las disponibles (como el 5G). Los servicios de radio digital o banda anda son los que suscitan un mayor interés y viabilidad.

- Backhauling: el servicio de backhauling capaz de ofrecer un mayor valor añadido de entre los estudiados es la integración de los HAPS en el sistema EDRS Space Data Highway. La descarga de datos generados por los satélites puede realizarse en dos pasos: del satélite al HAPS y del HAPS a tierra. El primero reúne características óptimas para emplear enlaces ópticos. El corto recorrido del segundo, comparado con el enlace directo al satélite, mejora el balance de enlace permitiendo emplear antenas más pequeñas (ahorro de costes) o mayores anchos de banda (mejora de capacidades).

Las frecuencias asignadas a los HAPS se encuentran en el entorno de los 5 GHz (limitado ancho de banda) y 47/48 GHz (problemas de alta degradación y disponibilidad). Aunque los enlaces han demostrado ser factibles, la recomendación es conseguir acceso a frecuencias en las bandas Ku/Ka para poder ofrecer una mejor calidad de servicio.

Servicios complementarios

Los HAPS son capaces de proporcionar una persistencia sin precedentes sobre la zona objetivo que los convierten en sistemas de gran interés para la observación de la Tierra en muy alta resolución, complementando y multiplicando así las capacidades de los actuales sistemas basados en satélites y aeronaves convencionales (tripuladas o no). Aunque su cobertura pueda ser limitada, los HAPS ofrecen una no despreciable capacidad de desplazamiento y de flexibilidad en la configuración de la carga de pago más adecuada para la misión. El análisis detallado del mercado y las capacidades de la plataforma muestra la existencia importantes nichos de mercado tanto para usuarios públicos como privados en sectores  como la seguridad, la vigilancia marítima, la gestión de emergencias, la provisión de servicios para las autoridades locales y regionales o la agricultura. Además, la disponibilidad de una plataforma HAPS ofrece oportunidades para la provisión adicional de servicios de navegación. Estos pueden ser ofrecidos tanto de forma independiente por la plataforma como mediante su integración en las infraestructuras actualmente existentes, con la finalidad de complementarlas y aumentar sus capacidades.

Los servicios seleccionados para ser estudiados con mayor profundidad en este estudio son aquellos que proporcionan un mayor beneficio para operadores y clientes, disponen de una mayor demanda, son interoperables con los sistemas actualmente existentes y, además, presentan una elevada viabilidad técnica.

Como conclusión de la revisión cuantitativa de los servicios de observación de la Tierra, aquellos que muestran una mayor capacidad para ser ofrecidos mediante HPAS son los relacionados con seguridad y defensa, aplicaciones marítimas, gestores locales, emergencias y agricultura. Los servicios basados en señales de navegación GNSS pueden ayudar a monitorizar la altura del nivel del mar o estimar el volumen de biomasa (reflectometría de señales) así como contribuir al estudio de la atmósfera (radio-ocultación).

En general, las cargas de pago para HAPS son evoluciones de sistemas ya operacionales empleados desde tierra, aire y espacio, a los que se aplica una adecuada protección ambiental y adaptación a los requisitos de duración de la misión. Además, pueden realizarse ensayos de concepto mediante el uso de globos estratosféricos.

A pesar de su indiscutible valor comercial, las plataformas aerostáticas estratosféricas presentar una madurez tecnológica relativamente baja. Aunque las tecnologías clave están disponibles para la mayor parte de los subsistemas (TRL4/5), no hay evidencias de las capacidades operacionales de las mismas a altitudes de 20km (TRL6). Tras un detallado análisis de los entornos representativos en los que realizar los ensayos necesarios, se ha elaborado una propuesta de desarrollo:

Siguiendo una estrategia de desarrollo por etapas, un nuevo modelo puede estar disponible cada 2 años, incrementando progresivamente su altitud de vuelo de 15 a 20 km, su carga de pago de 25 a 250 kg y su duración de unos pocos días a un año completo. La senda propuesta minimiza el riesgo técnico al mismo tiempo que hace posible un progresivo desarrollo de las infraestructuras en tierra y la regulación aplicable. Un primer modelo podría estar listo para el vuelo en fechas tan próximas como 2020, con versiones plenamente operacionales en 2025.

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