Kako repetitore za mobitele, te video nadzorne kamere smjestiti visoko u atmosferu?

Danas većina mobilnih komunikacijskih uređaja podatke prenosi preko mnogobrojnih repetitora smještenih na višim zgradama i stupovima. Nova mobilna 5G mreža morati će imati repetitore na svakih nekoliko stotina metara pošto zahtijeva optičku vidljivost između repetitora i mobitela.

Za video nadzor otvorenog prostora koriste se sve kvalitetnije kamere koje se postavljaju na zgrade, u semafore, ili na rasvjetne stupove. Ovakve kamere vrlo su korisne za nadzor prometa, za preventivno sprječavanje kriminala, za zaštitu od požara i slično. Da bi sustav videonadzora bio učinkovit potrebne su tisuće kamera postavljene gusto po gradovima. Taj problem bi se mogao riješiti postavljanjem vrlo kvalitetnih kamera visoko u zrak odakle bi se mogle vidjeti svako neobično ponašanje. Mogli bi se uočiti automobili koji se kreću brže od dozvoljene brzine, mogli bi se vidjeti veći nepredviđeni skupovi ljudi, a u slučaju nekog krivičnog djela moglo bi se vidjeti kuda je neki čovjek ili automobil otišao ili odakle je došao. Time bi se znatno olakšala borba protiv kriminala.

A osnovni problem je kako te repetitore i videonadzor smjestiti visoko u atmosferu?

Velike sile imaju satelite na kojima se nalaze kamere i odašiljače za satelitske mobilne. Problem je što su sateliti vrlo skupi, ali su i previše visoko. Zbog toga sateliti snimaju fotografije područja nad kojim prolaze, ali ne mogu stalno snimati određeni prostor. Satelitski mobiteli također imaju ograničeni broj frekvencija pa je korištenje satelitskih veza vrlo skupo.

Problem postavljanja repetitora i video nadzora može se riješiti stratosferskim balonima ili avionima, dronovima na sunčani pogon koji bez slijetanja stalno lete iznad određene lokacije. Stratosferski baloni na sunčevu energiju koji ostaju uvijek na jednom mjestu već postoje, ali imaju na raspolaganju malo energije, ali i nakon nekog vremena se moraju spustiti.

Google je u svom projektu Loon razradio mogućnost za dovođenje interneta u zabačene krajeve svijeta.

Američka vojna znanstvena agencija DARPA već testira stratosferske balone koji se nikada ne trebaju spuštati na tlo. U njihovom projektu ALTA (Adaptable Lighter – Than - Air) balona razvijena je mogućnost da ti baloni služe za praćenje uragana, osiguravanje komunikacije na područjima pogođenim prirodnim katastrofama, za nadzor granica na kopnu i moru, te špijuniranje. Kako bi balon u stratosferi uvijek ostao na jednom mjestu, on ima senzor Strat-OAWL tvrtke Ball Aerospace koji može ustanoviti brzine i smjerove puhanja vjetra na velikim udaljenostima (do 14 km) s točnošću većom jednog metra u sekundi. Pošto vjetrovi na različitim visinama pušu u različitim smjerovima balon promjenom visine mijenja svoj smjer kretanja, te tako uvijek ostaje na jednom mjestu. Ovi balovi nose fotoćelije koje proizvode energiju za manju količinu elektronike, ali nemaju dovoljan kapacitet za veće potrošače električne energije. I fotoćelije imaju svoju težinu pa balon ne može nositi puno.

Drugo riješenje su “avioni bez posade na sunčev pogon” koji mogu mjesecima ostati na jednom mjestu. Amerikanci su napravili ovakav avion koji može neograničeno dugo letjeti, ali on nema dovoljno energije za pokretanje dodatne opreme kao što je video nadzor ili repetitora za mobitele. Fotoćelije koje su smještene na njegovim krilima proizvoe dovoljno energije za pokretanje motora, te za punjenje baterija kojima leti noću, ali ne mogu proizvesti dovoljno energije za dodatne potrebe. Površina fotoćelija je ograničena površinom krila, a i same fotoćelije imaju svoju težinu koju avion mora nositi.

Kako bi se riješio problem energije potrebno je proizvesti efikasnije fotoćelije koje proizvode više energije, ali potrebno ih je i postaviti u položaj prema suncu pri kojem mogu proizvesti više energije.

Ove godine na tržištu se pojavile savitljive fotoćelije koje imaju faktor efikasnosti iznad 30%.

A njihov kapacitet u proizvodnji energije se može povećati njihovom ugradnjom u dugački uski balon koji je prikazan na gornjoj slici.

Balon (1) izgleda kao dugačka cijev. Ispod balona (1) na užadi (3) visi teretna cijev (2) u kojoj se nalaze baterije, elektromotori i sva ostala oprema. Ova dugačka i uska teretna cijev (2) na svom vrhu ima elisu (4) koja pokreće balon u potrebnom smjeru. Na ovaj način balon (1) svoju lokaciju ne bi morao vršiti promjenom visine kako bi uhvatio vjetar potrebnog smjera već bi ga elisa (4) pokretana elektromotora.

Gornja stjenka balona (5) izrađena je od prozirnog materijala koji propušta sunčanu svijetlost.

Donja stjenka balona (6) je izrađena od reflektirajućeg materijala kao što je aluminijska folija.

Na dnu donje stjenke balona (6) nalazi se uža fotoćelija (7) koja se proteže čitavom dužinom balona (1).

Kako bi ova fotoćelija (7) proizvela maksimalnu količinu energije potrebno ju je u svakom trenutku postaviti u optimalan položaj u odnosu na sunce. To se postiže uz pomoć užadi (3) koje spajaju balon (1) sa teretnom cijevi (2). U ovoj teretnoj cijevi (2) nalaze se mali elektromotori koji mogu užad (3) uvlačiti sa jedne strane i popuštati ih sa druge strane. Na taj način se balon (1) može zakretati za 180 stupnjeva u odnosu na svoju os. Tim zakretanjem balona (1) fotoćelija (7) se postavlja u optimalni položaj u odnosu na sunce. Time se količina proizvedene električne energije može povećati za nekoliko puta. Osim ovog, donja stjenka balona (6) reflektira sunčanu svjetlost prema fotoćeliji (7) čime se proizvodnja električne energije fotoćelija (7) može povećati za još nekoliko puta.

Zahvaljujući ovakvoj višestruko povećanoj efikasnosti fotoćelija (7) u proizvodnji električne energije dobivena količina energije je puno veća nego što je potrebno za samo upravljanje balona (1) i njegovo pozicioniranje iznad određenog mjesta.

Ta energija se može iskoristiti za pogon kvalitetnih videokamera, te za repetitore koji se nalaze sa donje strane teretne cijevi (2).

Ovakav balon bi se mogao smjestiti iznad svih velikih gradova, ali i iznad nenaseljenih dijelova zemlje. Oni smješteni iznad gradova morali bi imati puno fokusiranije kamere, te repetitore sa puno većim brojem frekvencija. Baloni smješteni iznad nenaseljenih područja ili iznad oceana bi morali imati kamere sa puno šire podešenim objektivom, a repetitori bi mogli biti sa manje frekvencija, ali i sa većim dometom.

Ovakvi stacionarni baloni mogli bi raditi sve ono za što se danas koriste vojni sateliti.

Osim za video nadzor i mobilnu komunikaciju moći će se koristiti i za realne vremenske kontinuirane vizualne podatke, za praćenje usjeva ili stada, za za praćenje kamiona trgovaca robama, za proučavanje uzoraka gradskog prometa, za otkrivanje požara u samom začetku i slično.

Prednost "stratosferskih prostornih balona" sa "neprekidnom" geoprostornom pokrivenošću je i cijena mobilnih usluga. Ta cijena će biti desetke puta manja od cijene satelitskih telefona. A ta cijena će omogućiti i postupno ukidanje zemaljskih repetitora pošto nove 5G i 6G mreže zahtijevaju optičku vidljivost između repetitora i mobitela, a to je najlakše ostvariti upravo sa repetitorima koji se nalaze visoko iznad nas.