بالون‌ها، کشتی‌های هوایی، پهپادها و دیگر شبه ماهواره‌های فعال در لایه استراتوسفر در آینده نه چندان دور ظرفیت‌های مخابراتی، سنجش از دور و حتی گردشگری فضایی را دگرگون می‌کنند. استراتوسفر لایه دوم اتمسفر زمین است که از ارتفاع ۱۰ کیلومتری از سطح زمین شروع شده و تا ارتفاع ۵۰ کیلومتری ادامه دارد.
بالون‌های استراتوسفری معمولا در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ کیلومتری سطح زمین پرواز می‌کنند که بالاتر از ارتفاع پروازی اکثر هواپیماها قرار دارد. به دلیل هزینه کمتر این شبه ماهواره نسبت به فرستادن خود ماهواره به فضا، چند سالی می‌شود که ایده استفاده از بالن استراتوسفری به جای ماهواره در برخی موارد به صورت جدی مطرح شده است.
کاربردهای بالون‌های استراتوسفری
بالون‌های استراتوسفری با محموله‌های مخابراتی می‌توانند یک جایگزین ارزان‌قیمت با قابلیت پیاده‌سازی سریع در موارد اضطراری همچون مدیریت بلایای طبیعی یا ارائه اینترنت در رویدادهایی مانند پیاده‌روی اربعین باشند. بالون‌های استراتوسفری سنجشی نیز برای تهیه تصاویری با دقت یکسان با ماهواره‌های مدار ژئو به دوربین‌های ضعیف‌تری احتیاج دارند چرا که در فاصله بسیار نزدیک‌تری نسبت به سوژه قرار می‌گیرند.
پروژه بالن استراتوسفری گوگل
گوگل به عنوان یکی از غول‌های حوزه فناوری اطلاعات، با پروژه معروف لون (Google Loon) در سال‌های اخیر بالون‌های مخابراتی استراتوسفری را از مرحله تحقیق و توسعه مطلق خارج کرده است. پروژه لون (Loon) که از سال ۲۰۱۳ آغاز شده است، به کمک بالن‌های استراتوسفری که در ارتفاع حدودا ۱۸ کیلومتری از سطح زمین مستقر می‌شوند، اینترنت 4G را برای مناطق محروم ارائه می‌دهد.
سازوکار این سامانه به این صورت است که بالون‌های مستقر در استراتوسفر با یکدیگر ارتباط دارند و شبکه‌ای را با هم تشکیل می‌دهند که در انتها از یک بالون با ایستگاه زمینی ارائه‌دهنده اینترنت ارتباط دارد و به زبان ساده‌تر اینترنت را دست به دست بین بقیه بالون‌ها پخش می‌کند.
در این پروژه بالون‌ها اینترنت را با یکدیگر تقسیم کرده و هرکدام مانند یک مودم بی‌سیم معلق در هوا عمل می‌کنند. پروژه لون تابحال به صورت آزمایشی در نقاط مختلف دنیا از جمله پورتوریکو، برزیل و سریلانکا دسترسی اینترنتی را برای مردم و امدادگران فراهم کرده است اما اولین قرارداد تجاری آن در سال ۲۰۱۹ و با ارائه اینترنت به مناطق محروم کنیا اجرایی می‌شود. ناگفته نماند که گوگل در منظومه اینترنت ماهواره‌ای استارلینک (Starlink) متعلق به اسپیس ایکس نیز سرمایه‌گذاری کرده است، اما پروژه لون دو مزیت غیر قابل انکار نسبت به منظومه‌های مدار لئو دارد؛ یکی کمتر بودن رقبا با سامانه‌های مشابه و دیگری احتمال پایین‌تر برخورد و از رده خارج شدن.
شرکت‌های فعال در حوزه بالن استراتوسفری
پس از ورود گوگل، شرکت‌های کوچک و بزرگ دیگری نیز عرصه بالون‌های استراتوسفری را جدی‌تر گرفتند. شرکت آمریکایی ورلد ویو (World View) یک بالون استراتوسفری به نام استراتولایت (Stratollite) معرفی کرده است که مجهز به حسگرها، دوربین‌ها و انواع دیگر ابزارها می‌باشد. این وسیله می‌تواند در برخی کاربردهای مخابراتی و سنجش از دوری شامل تحقیقات آب و هوایی و نظارت بر حوادث استفاده شود. به‌عنوان‌مثال این وسیله می‌تواند با حمل حسگرها اخطار زودهنگامی از تشکیل گردباد در یک منطقه صادر کند.
استراتولایت با استفاده از داده‌های وزش باد از خدمات هواشناسی ملی و همچنین با استفاده از فناوری پالس لیزری می‌تواند الگوی حرکت بادها در ارتفاعات را دریابد و سپس بر این اساس ارتفاعش را تغییر دهد. با این ترفند، استراتولایت می‌تواند با بادها در استراتوسفر حرکت کند تا منطقه‌ای مشخص را پوشش دهد. تصاویر استراتولایت در ارتفاع ۶۵ تا ۷۵ هزار پایی، با استفاده از یک حسگر تصویربرداری معمولی و با دقت ۵۰ سانتیمتر تهیه شده‌اند و طبق اعلام ورلد ویو قرار است این دقت در آینده نزدیک به ۱۰تا ۱۵ سانتیمتر هم برسد.
مسلما دلیل اینکه این شرکت می‌تواند با دوربین‌های معمولی، تصاویری با دقت قابل رقابت با بهترین ماهواره‌های سنجشی تجاری ارائه کند، نزدیکتر بودن بالون‌های استراتوسفری به زمین، نسبت به ماهواره‌ها می‌باشد. برای مثال، ماهواره نسبتا پیشرفته ورلدویو-۳ (WorldView-3) شرکت دیجیتال گلوب (DigitalGlobe) (که هیچ ربطی هم به شرکت ورلد ویو ندارد)، در بهترین حالت می‌تواند تصاویری سیاه و سفید با دقت ۳۱ سانتیمتر تهیه کند.
علاوه بر دو مثال فوق و شرکت‌های دیگری مثل فیسبوک یا سازمان پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) که برنامه‌هایی مشابه برای استفاده از بالون‌های استراتوسفری به جای ماهواره دارند، شرکت‌هایی نیز هستند که کاربردهای دیگری برای این پلتفرم‌های ارتفاع بالا یافته‌اند. به عنوان نمونه شرکت‌های هنگ‌کنگی کوانگ‌چی ساینس ((KuangChi Science و استارت‌آپ فرانسوی زفیر(Zephyr) قصد دارند به وسیله بالون‌های استراتوسفری خود گردشگران را در یک سفر چند ساعته به ارتفاع ۲۵ کیلومتری از سطح زمین ببرند و چشم‌اندازی به وسعت هزار کیلومتر از سطح زمین را پیش روی آن‌ها قرار دهند.
بالون‌های این دو شرکت به ترتیب تراولر (Traveler) و زفیر اکسالتو (Zephyr Exalto) نام دارند. همچنین شرکت اسپانیایی زیرو ۲ اینفینیتی (Zero 2 Infinity) استارت‌آپ آمریکایی لئو آیرواسپیس (Leo Aerospace LLC) قصد دارند از بالون‌های استراتوسفری برای پرتاب ماهواره‌بر به فضا استفاده کنند. در این روش، بعد از بالا بردن مجموعه پرتاب تا استراتوسفر توسط بالون، ماهواره‌بر از نقطه‌ای روشن می‌شود که اتمسفر به میزان ۹۵ درصد رقیق‌تر است و نیروی پسا در برابر حرکت ماهواره‌بر به حداقل می‌رسد. بنابراین نیاز به سوخت کمتر شده و ابعاد ماهواره‌بر کاهش می‌یابد.
بالون استراتوسفری در ایران
با توجه به ظرفیت‌های ذکرشده و هزینه مناسب، بالون‌های استراتوسفری در کشور ما نیز اخیرا مورد توجه قرار گرفته‌اند. هرچند بالون‌هایی که در چند سال گذشته در پیاده‌روی اربعین و خدمت رسانی به مردم زلزله زده غرب کشور استفاده شده‌اند ارتفاعی کمتر از هزار متر داشته‌اند اما با توجه به سخنان مسئولین فضایی کشور و شرکت دانش‌بنیان ایمن اتصال پاسارگاد که سازنده این بالون‌ها می‌باشد، حرکتی رو به جلو در این زمینه مشاهده می‌شود.
در دی سال جاری رحیم احسانی، رئیس پژوهشکده سامانه‌های حمل‌ونقل فضایی پژوهشگاه فضایی ایران، از طراحی و ساخت ۲۰ بالون برای ارائه خدمات مخابراتی و پایشی برای استان‌های مختلف کشور خبر داد. این بالون‌ها قرار است در ارتفاع ۴ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفته و به ارائه خدمات بپردازند.