SkySense LLC: HAPS — Khinh khí cầu tự hành cung cấp dữ liệu siêu phân giải, tần suất cao, chi phí thấp từ độ cao 20 km trong tầng bình lưu

Tôi tên là Adin Pavel từ SkySense LLC. Chúng tôi đang phát triển "Nền tảng tầng bình lưu (HAPS: High Altitude Platform Station)" nhằm thay đổi căn bản tương lai của ngành quan sát trái đất và phân phối dữ liệu.

Khỏa lấp khoảng trống: Nhu cầu về dữ liệu tầng bình lưu

Mặc dù dữ liệu quan sát trái đất là tối quan trọng cho nông nghiệp, giám sát hạ tầng, ứng phó thiên tai và quốc phòng, các phương pháp hiện tại đều có những hạn chế nghiêm trọng.
Dữ liệu vệ tinh bao phủ khu vực rộng lớn nhưng dễ bị mây che khuất, đồng thời thường thiếu độ phân giải hoặc tần suất cần thiết. Ngược lại, chụp ảnh bằng máy bay có người lái hoặc flycam cung cấp độ phân giải cực cao nhưng bao phủ khu vực rất hạn chế và đi kèm chi phí bay khổng lồ.

Điều người dùng cuối thực sự cần là dữ liệu quan sát tần suất cao, độ phân giải cực cao được phân phối với chi phí thấp.
Chúng tôi giải quyết thách thức này bằng cách triển khai các khinh khí cầu tự hành (HAPS) trong tầng bình lưu, cách mặt đất khoảng 20 km. Vì HAPS hoạt động gần mặt đất hơn nhiều so với vệ tinh, nó có thể chụp ảnh độ phân giải cực cao (xuống đến vài cm). Hơn nữa, vì có thể đứng yên so với mặt đất, nó cho phép "quan sát cố định" theo thời gian thực, chi phí thấp và an toàn tại bất kỳ vị trí nào. Không giống như vệ tinh, nó không mang rủi ro nổ khi phóng, và có thể được đưa xuống mặt đất để bảo trì và nâng cấp phần cứng bất kỳ lúc nào, mang lại sự linh hoạt vận hành đặc biệt.

Đạt độ phân giải 8 cm với chuyển giao công nghệ từ JAXA và PoC thành công

HAPS của chúng tôi sử dụng thiết kế khinh khí cầu tự hành có khả năng ở trên không hơn 6 tháng. Trong quá trình phát triển, chúng tôi đã chính thức nhận chuyển giao công nghệ từ dự án khinh khí cầu tầng bình lưu trước đây của JAXA, và đã được lựa chọn cho các chương trình danh giá như "Thử thách đổi mới hàng không JAXA" và "Liên đoàn khởi nghiệp ICT".

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm xác minh (PoC) chung thông qua chương trình "MUGENLABO Universe" của KDDI. Do khinh khí cầu quy mô lớn đang trong quá trình phát triển, chúng tôi đã sử dụng một khí cầu buộc dây ở độ cao 500 mét để xác minh việc chụp ảnh tầm cao. Trong khi ảnh chụp hàng không tiêu chuẩn đạt độ phân giải tối đa 10 cm hoặc tệ hơn, PoC của chúng tôi đã đạt độ phân giải mặt đất là 8 cm. Điều này chứng minh rằng chúng tôi có thể phát hiện rõ ràng các mẫu xe và theo dõi chuyển động của con người từ trên cao.

Dữ liệu siêu phân giải này đã thu hút sự quan tâm mạnh mẽ từ cả khách hàng thương mại và chính phủ — như các nhà thầu xây dựng lớn để giám sát công trường, các công ty bảo hiểm để đánh giá thiên tai, Bộ Quốc phòng để giám sát, và các cơ quan phóng không gian để giám sát tàu xâm nhập vùng cấm.

Lộ trình đạt lợi nhuận sớm thông qua vận hành 6 khinh khí cầu

Mô hình kinh doanh chính của chúng tôi là Dữ liệu như một dịch vụ (DaaS), sản xuất và vận hành HAPS nội bộ để cung cấp dữ liệu thu thập được cho các công ty giải pháp và người dùng cuối thông qua đăng ký thuê bao. Đối với các nhu cầu đặc biệt như quốc phòng, chúng tôi cũng lên kế hoạch cho "mô hình thuê máy móc" nơi khách hàng thuê khinh khí cầu hoặc gắn tải trọng riêng của họ (thiết bị truyền thông hoặc hình ảnh).

Phát triển được chia thành ba cột mốc. Chúng tôi hiện đang xây dựng một mô hình thử nghiệm dài 5 mét như Bước 1. Để tài trợ cho đợt thử nghiệm bay này và phát triển camera tầng bình lưu, chúng tôi hiện đang gọi vốn vòng Seed từ 1,0 đến 1,2 triệu USD (100 đến 120 triệu JPY).
Trong tương lai, chúng tôi sẽ chế tạo một mô hình sản xuất dài 30 mét. Chúng tôi ước tính chi phí sản xuất khinh khí cầu thương mại là 1,2 đến 1,5 triệu USD mỗi chiếc, với tổng ngân sách phát triển tích lũy từ 20 đến 25 triệu USD. Con số này rẻ hơn nhiều so với việc phóng vệ tinh. Chúng tôi kỳ vọng sẽ đạt được lợi nhuận khi có 6 đơn vị hoạt động. Được hỗ trợ bởi các chuyên gia hàng không vũ trụ và cựu kỹ sư JAXA, những người đã thiết kế khinh khí cầu dài 67 mét, chúng tôi quyết tâm xây dựng hạ tầng tầng bình lưu đầu tiên của Nhật Bản.

Hỏi đáp và Phản hồi

Người bình luận (Ông Ito): Anh Pavel, cảm ơn anh vì phần trình bày. Tôi rất hào hứng khi thấy một nền tảng tầng bình lưu do Nhật Bản phát triển. Anh coi rào cản kỹ thuật lớn nhất trong việc phát triển và vận hành HAPS là gì, và thế mạnh kỹ thuật của các bạn là gì?

Anh Adin Pavel: Cảm ơn câu hỏi của ông. Không ngoa khi nói rằng dự án này "không có gì ngoài các rào cản kỹ thuật". Việc ở lại tầng bình lưu trong thời gian dài đòi hỏi cấu trúc khinh khí cầu siêu nhẹ nhưng có độ bền cao, hệ thống đẩy (cánh quạt và động cơ) hoạt động được trong không khí loãng và cực lạnh, và vật liệu vỏ tiên tiến để chịu được tia UV khắc nghiệt và khí gas. Vì các sản phẩm tích hợp chưa tồn tại, chúng tôi đang đồng phát triển các thành phần này với các nhà sản xuất vật liệu hàng đầu tại Nhật Bản.

Người bình luận (Ông Ito): Tôi hiểu rồi. Vậy các bạn cũng cần tùy chỉnh camera và hệ thống truyền thông để chịu được môi trường tầng bình lưu?

Anh Adin Pavel: Chính xác. Việc phát triển thân máy ảnh và ống kính hoạt động đáng tin cậy ở độ cao 20 km dưới nhiệt độ khắc nghiệt và áp suất thấp — trong khi vẫn duy trì độ phân giải 8 cm — đòi hỏi phải đồng phát triển với các nhà sản xuất máy ảnh. Việc tích hợp đồng thời các công nghệ phía nền tảng và phía dữ liệu này — như tấm pin mặt trời, pin nhiên liệu, hệ thống điều khiển bay tự hành và truyền dữ liệu thời gian thực — là cốt lõi trong dự án kỹ thuật của chúng tôi và là thế mạnh chính của chúng tôi.

Người bình luận (Ông Ito): Không giống như các startup thông thường, dự án cấp độ hàng không vũ trụ này dường như đòi hỏi nguồn vốn khổng lồ. Anh có thể chia sẻ các cột mốc gọi vốn và dự báo chi phí tích lũy không?

Anh Adin Pavel: Chắc chắn rồi. Mặc dù nó tuân theo quy trình phát triển tương tự như công nghệ không gian, HAPS rẻ hơn từ một đến hai lần so với vệ tinh (vốn tốn hàng trăm triệu USD). Chúng tôi hiện đang gọi vốn từ 1,0 đến 1,2 triệu USD cho các chuyến bay thử nghiệm vòng Seed. Sau đó, chúng tôi ước tính tổng chi phí tích lũy để phát triển và thương mại hóa nguyên mẫu thương mại dài 30 mét là khoảng 20 đến 25 triệu USD.

Người bình luận (Ông Ito): Nếu mô hình thương mại có chi phí từ 1,2 đến 1,5 triệu USD mỗi chiếc, nó vô cùng hiệu quả về chi phí so với vệ tinh. Đây dường như là một mô hình hiệu quả cao về vốn trong lĩnh vực không gian/hàng không vũ trụ. Chúc các bạn may mắn trong việc triển khai nền tảng tầng bình lưu đầu tiên của Nhật Bản.

Anh Adin Pavel: Cảm ơn ông. Chúng tôi sẽ liên tục đạt được các cột mốc kỹ thuật và kinh doanh để cung cấp nền tảng dữ liệu tầng bình lưu hàng đầu thế giới.