高空平台站（HAPS）为偏远地区提供的互联网覆盖优于卫星和地面网络。
与卫星相比，高空平台站成本效益更高、灵活性更强，且更易于升级。
高空平台站支持多种功能，例如应急响应、环境监测和农业。
全球约三分之一的人口，即约30亿人，无法接入互联网，或网络连接质量较差，原因在于基础设施限制、经济差距和地理隔绝。
当今的卫星和地面网络留下了通信空白，在这些地区，由于地理条件的限制，架设传统地面通信设备的成本将过于高昂。
高空平台站——即搭载在无人驾驶气球、飞艇、滑翔机和飞机上、高居空中的电信设备——可以填补地面和卫星覆盖中的互联网连接空白，从而促进社会和经济平等。这可以让更多人充分参与数字时代。
我们中的一位作者穆罕默德-斯利姆·阿卢尼（Mohamed-Slim Alouini）是一名电气工程师，他参与了一项实验，该实验表明，从平流层提供高数据速率和无处不在的5G覆盖是可行的。平流层是大气层中第二低的一层，位于地球上方4至30英里之间。商用飞机通常在平流层的下部飞行。该实验测量了平台站与地面用户之间在三种场景下的信号：一人静止不动、一人驾车以及一人驾船。
我的同事测量了信号相对于干扰和背景噪声水平的强度。这是衡量网络可靠性的指标之一。结果表明，平台站能够支持高数据速率应用，例如播放4K分辨率视频，并且其覆盖面积可达标准地面基站的15至20倍。
此前，Facebook和谷歌曾尝试商业部署平台站，但未获成功。但近期的投资、技术进步，以及传统航空公司和专业航空航天初创企业的兴趣或将改变这一局面。
其目标是实现全球互联互通，这一目标使平台站理念在世界经济论坛《2024年十大新兴技术》报告中获得了认可《2024年十大新兴技术》报告。由包括学术合作伙伴在内的国际行业倡议HAPS联盟也在朝着这一目标努力。
快速、经济高效、灵活
与卫星系统相比，平台站将更快速、更具成本效益、更加灵活。
由于平台站将通信设备放置在比卫星更接近地球的位置，因此它们能够提供更强、更高容量的信号。这将实现足够快速的实时通信，以便与标准智能手机进行通信，同时具备高分辨率成像能力，并在传感应用中具有更高的灵敏度。它们通过自由空间光学（即光束）和大规模天线阵列系统传输数据，能够快速发送大量数据。
卫星在易受窃听或干扰的影响，尤其是当其轨道经过敌对国家上空时。而平台站始终处于单一国家的领空之内，从而降低了这一风险。
与发射和维护成本高昂的卫星相比，高空平台站也更易于部署，发射和维护成本。此外，在平流层获取位置所需的监管要求和合规程序，很可能比管理卫星轨道的复杂国际法律更为简便。平台站也更易于升级，因此改进措施可以更快部署。
平台站可能也比卫星巨型星座污染更小，因为卫星在再入大气层时会烧毁，并且可能释放有害金属进入大气层，而平台站可由太阳能和绿色氢等清洁能源供电。
要使平台站切实可行，关键挑战在于延长其在空中停留的时间至数月，提升绿色机载供电能力，并提高可靠性，尤其是在经过大气低层湍流区域时的自动起飞和降落过程中。
超越卫星
在地面网络受损或无法运行时，平台站可以通过支持救援工作，在紧急情况和人道主义危机中发挥关键作用。
平台站还可以连接物联网（IoT）设备和偏远地区的传感器，以更好地监测环境并管理资源。
在农业领域，平台站可以利用成像和传感技术，帮助农民监测作物健康状况、土壤条件和水资源。
其高分辨率成像能力还可以支持导航和测绘活动，这对制图、城市规划和灾害响应至关重要。
平台站还可以一物两用，搭载仪器用于大气监测、气候研究，以及对地球表面特征、植被和海洋进行遥感。
从气球到飞机
平台站可以基于不同类型的飞行器建造。
气球能够在高空实现稳定、长时间的运行，并可系留或自由漂浮。飞艇，又称硬式飞船或软式飞艇，利用比空气轻的气体，体积比气球更大，机动性也更强。它们特别适用于监视、通信和研究。
与对风速变化敏感的气球相比，滑翔机和有动力飞行器能够得到更精确的控制。此外，有动力飞行器包括无人机和固定翼飞机，可以为通信设备、传感器和摄像机提供电力。
下一代动力
平台站可以利用多种动力来源，包括日益轻质和高效的太阳能电池、高能量密度电池、绿色氢内燃机、绿色氢燃料电池（目前处于测试阶段），以及最终的地面激光束供电或天基太阳能电站。
轻质飞机设计的演进，加上高效电机和螺旋桨方面的进步，使飞机能够飞行更长时间并搭载更重的载荷。这些尖端轻质飞机有望催生能够在平流层长时间机动飞行的平台站。
与此同时，平流层天气模型和大气模型的改进使预测和模拟平台站运行条件变得更加容易。
弥合全球数字鸿沟
平台站的商业部署，至少在灾后或紧急情况下，有望在本十年末实现。例如，日本拥有偏远的山区和岛屿社区，一个财团已拨款1亿美元用于太阳能驱动的高空平台站。
平台站可以通过增加人们获得教育和医疗等关键服务的机会、提供新的经济机遇，以及改善应急响应和环境监测，从而弥合数字鸿沟。随着技术进步不断推动其发展，平台站将在更具包容性和韧性的数字未来中发挥关键作用。
