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HAPS. Los nuevos drones que vienen

HAPS. Los nuevos drones que vienen: “Satélites de Bajo coste”.

Ya lo han hecho en el terreno militar, cambiando la forma de “hacer la guerra”, y lo es-tán haciendo en el terreno civil: agricultura, salvamento y rescate de personas, transporte, y un largo etc… que se irá ampliando en la medida que la tecnología y la regulación que debe ordenar su uso vayan avanzando de la mano. Sin embargo, quisiera concentrarme en los menos conocidos, los denominados HAPS (High Altitude Pseudo-Satellite), que a mí me gusta denominar: “satélites de bajo coste”. Los HAPS son drones situados en la estratosfera a 20 kilómetros de altura permaneciendo allí durante un largo tiempo. Esto hace que tengan características de uso muy diferencial con respecto a los drones y los satélites. No van a permanecer minutos u horas como los drones. Lo harán meses o, incluso, años; pueden ascender y aterrizar varias veces y esta diferencia, radical con res-pecto a los satélites, permitirá relajar los requisitos técnicos de sus componentes y tener embarcados instrumentos de última generación: “Si hay algo que cambiar lo bajo y lo cambio”. Por eso yo los llamo: “satélites de bajo coste”; y, al igual que lo satélites geoestacionarios, pueden permanecer sobre una posición fija sobre el terreno, pero con un menor retardo en las comunicaciones. Las formas actuales de los HAPS son variadas. Pueden tener forma de aeroplanos muy ligeros; el más representativo es el Zephyr del fabricante Airbus, que tiene una envergadura de alas de 25 mts. Para los que tienen forma de Zeppelin el proyecto más avanzado es el Stratobus de Thales con el tamaño de un campo de fútbol. Y por último, los globos aerostáticos “tuneados” para convertirse en HAPS; fue la opción seleccionada por Google para dar coberturas regionales de internet para lo que adquirió la empresa Alphabet con su proyecto Loon.

Proyecto Loon. Alphabet

La idoneidad en el diseño de cada una de estas plataformas tiene que ver con el estado del arte de las tecnologías que precisan y con el uso y misiones que se les quiera dar. Mi impresión personal, no basada en ningún estudio empírico, es que se evolucionará hacía unos Zeppelines más pequeños, con estrategias de inflado de los globos y con mayores superficies de control; es decir, con alas. Detengámonos un momento en los usos, que van a estar especialmente orientados hacia aquellos que necesitan una cobertura continua y de altas prestaciones de precisión e inmediatez; lo que se combina con su rapidez de despliegue y su coste global. Para la observación de la Tierra presentan una buena perspectiva en todo lo relativo a medio ambiente: usos de suelos, desertificación, agricultura de precisión, gestión forestal, biomasa, aguas litorales, contaminación, etc... Por su capacidad de transmitir en tiempo real da-tos, imágenes y vídeos, son especialmente eficaces en gestión de emergencias: incendios, terremotos, inundaciones, vertidos. Y por su capacidad de vigilancia: con-trol de flota pesquera, actividades ilegales, control de fronteras. Aúnan la precisión y su relativo fácil despliegue como los drones, y la cobertura continúa de los satélites. Como ya hemos apuntado, en el terreno de las telecomunicaciones tenemos otra de sus principales utilidades. Pensemos que lo que tenemos es una antena 4G/5G, a 20 km de altura. De esta forma, conseguiremos disponer de una cobertura sin zonas de sombra en un radio de entre 70 y 200 kms; la diferencia depende de la velocidad de transmisión que se puede ofrecer desde 1 Gbps en el primero de los casos o de 100Mbps y del número de usuarios. Para este uso se podrían emplear varios HAPS interconectados o que operen de forma cooperativa con satélites, con lo que conseguiríamos coberturas más globales. Justo la diferencia de capacidad de transmisión anterior, según cobertura y usuarios, me da pie a comentar, someramente, consideraciones técnicas y tecnológicas de los HAPS. Comencemos por el entorno en que van a operar en la estratosfera, que se encuentra a -90ºC, en la que cual-quier humedad es hielo, con una densidad del aire 15 veces inferior a la del nivel del mar. La densidad del aire es, directamente, proporcional a la sustentación; es decir, a menor densidad requerirían alas más largas y/o vehículos más ligeros para poder mantenerse volando. A esto hay que sumarle la poca protección a los rayos ultravioletas, concentraciones de ozono que van a deteriorar los materiales y capas de vientos de 50 km/h que condicionan la estrategia de posicionamiento y consumo de energía.

Zephyr del fabricante Airbus. Airbus

Todo esto ya condiciona las precauciones a tomar en cada uno de los diseños. En Zephyr tenemos una envergadura de alas de 25mts y un peso de 75 kgs. Los materiales a utilizar y la estrategia de inflado para control de la nave, son críticos para los Zeppelin y los globos. Además, hay que pensar como es más eficiente subirlos y bajarlos. Pero sin adentrarnos en este mundo apasionante de la tecnología y su estado del arte, vamos a fijarnos en un aspecto crítico limitante. Para cualquier opción de HAPS, necesitamos que se mantenga volando la plataforma y sus instrumentos embarcados de forma controlada. Aquí nos aventajan los satélites que no tienen que luchar contra la grave-dad ya que vuelan solos una vez que se les ha subido. Por resumir: necesitamos motores eléctricos que con-suman el mínimo de energía para dejársela a las cargas de pago y cumplan con la misión para la que se les ha diseñado de estabilidad y posicionamiento. No hay muchas opciones, necesitamos embarcar paneles solares y baterías cuyos pesos reducirán la capacidad de carga de pago. El principal limitante es, precisamente, la eficiencia de la capacidad de las baterías, que está en 250Wh/kg y en los ciclos que soportan de carga y descarga. La capacidad de las baterías y su peso van a limitar y condicionar por peso y consumos energéticos la carga de pago que va a ser posible embarcar. El número de ciclos de carga y descarga que soporten las baterías, la permanencia en vuelo. La mejora en las baterías hará progresar radicalmente la eficiencia de las misiones con HAPS. Afortunadamente, hay un gran esfuerzo global en este sentido, más debido a los coches autónomos y la telefonía móvil, que hacen esperar mejoras sustanciales y próximas. En este sentido, los trabajos con grafeno son muy esperanzado-res. Por último, mirémoslo desde el ángulo de oportunidad, si tenemos en cuenta que:

  • No existen unos líderes comerciales que fabriquen y exploten los HAPS. Ya hemos comentado algunos proyectos avanzados; pero, aunque las empresas citadas son potentes y poderosas, los equipos de ingeniería han sido reducidos y el presupuesto modesto.
  • El grado de conocimiento de las tecnologías impli-cadas está en el estado del arte de la industria , universidades y centros tecnológicos españoles.
  • La proximidad de los usuarios por lo eficiente que resultan sus soluciones. Un gran número de estas son demandadas por las administraciones públicas regionales.

Esto hace que nos encontremos en un nicho de oportunidad para lanzar acciones decididas en política industrial para liderar el sector. Ya existen los ecosistemas colaborativos entre empresas, universidades y centros tecnológicos en el sector aeroespacial y, más específico, de drones, que acortarían los plazos para poder ponernos manos a la obra y hacer que surjan alianzas que nos hagan llegar a tiempo y conseguir que aparezca algún consorcio que sea líder del sector. Les toca a las Administraciones Regionales y Nacionales tener la visión estratégica de esta oportunidad y de forma colaborativa lanzar un plan decidido a hacer política industrial que genere riqueza, colocándonos en la cresta de esta industria. El presupuesto de este plan es alcanzable y podría aprovechar sumar inversión priva-da, regional, nacional, y por supuesto la proveniente de la Unión Europea.