谷歌气球听上去像天方夜谭，但它真的在运转了

surui0421

本文来源slate，由机器之心翻译，微信公众号：机器之心（ID：almosthuman2014）

目前，全球的大多数人仍然与互联网无缘，他们不是无法支付网络连接的费用，就是所生活的地区根本没有网络服务。而在所有致力于连接全世界的项目中，谷歌的“Project Loon”听上去最像天方夜谭。在秘密的谷歌X实验室里，这个计划就其中一个匪夷所思的项目。

但该计划好像真的在运转了。

2013年6月，谷歌宣布推出“Project Loon”，希望利用“Wi-Fi热气球”为农村、偏远及贫困地区提供廉价的互联网服务，专家们对此的态度从怀疑转变为不屑一顾。据悉，谷歌计划同时放飞上百个太阳能热气球，即便平流层遭遇高速不稳定的风向，仍能确保每个气球协调运动，从而提供持续稳定的网络服务。

“绝对不可能实现”，Per Lindstrand 表示，这位来自瑞典的航空工程师，或许也是世界上最富盛名的气球驾驶者，他在一篇《连线》的文章中对此发表过看法，“从科学的角度来看，该计划就是纸上谈兵，” 他尤其质疑谷歌对气球的描述——热气球材料足够耐用，可在空中飘浮100天，几乎是世界最先进的NASA热气球耐用度的2倍，“即便这样，NASA气球飘浮3周都很罕见，” 他嘲笑到。

但是，当你在读这篇文章时，已经有75个谷歌气球飞行在空中了，覆盖范围远至南半球。为了利用风向保持运行状态，这些气球会根据一套复杂的算法自动调整高度。谷歌自信在明年之前就能在全球范围内建立一个连续的、宽约50英里的互联网服务带。Project Loon主管Mike Cassidy期望在2016年前，南美、南非或是大洋洲的第一批用户可以用上由谷歌气球提供的cellular LTE服务。谷歌会先选择在人口相对较少的南半球进行试验，然后再向全球范围推广。

但我并不希望被谷歌最近宣传的这些酷炫的高科技所迷惑，所以我问Cassidy，这些事真正能够实现的概率究竟有多少？Cassidy 回答说：“在开始这个项目时，我可能会说5%，但随着项目的进展，我们惊喜的发现到目前为止还没有什么东西能够阻止它的正常运行。生活中没有什么是百分百确定的，但至少目前看来，这个项目进展的相当不错。”

谷歌为何进行这项生僻的研究工作？这需要坚持不懈的力量，以及公司自身资源、灵活性以及技术雄心。在全球资本主义史上，都鲜有竞争对手去做这些事情。

去年夏天，公司在新西兰首次尝试放飞超压气球，如果Lindstrand在场，他可能会笑掉大牙。在处女秀中，气球在起飞不久后爆炸，尼龙织物被球内10万磅高压撑破。第二次试飞同样遭此厄运，第三次直至接下来五十次都是如此。团队不停的调整织物，并用更多的合成纤维类绳索进行加固，但气球仍然爆炸，直至他们精确掌握了绳子的长度。“我们知道制造超压气球很难，” Cassidy回忆到，“我们当时真没想到要尝试61次才会成功。”

即便如此，成功也是转瞬即逝。气球不再爆炸，但里面的氦气开始缓慢泄露，刚飞行一到两天，气球就下降。“即使毫厘大小的漏洞也会迫使气球飞行数天后下降，” Cassidy说，“我们接下来制造的40-50个气球，都出现了这个问题。”

谷歌的工程师们花了几周时间来解决此问题。他们在位于山景城莫非特基地的机库里将气球开箱充气，然后用偏振光照透球面，甚至还动用质谱仪来嗅探氦气的泄漏。他们对每个掉落的气球都进行了“故障分析”，细致查看关于装配人员、地点、工具和运输过程的详细记录。

泄漏的原因最终被确定为两类问题。一是由运输过程中对气球的多次折叠造成的，重复的折叠使得一些气球在折角处产生了细小裂隙。谷歌已着手找到能够将压力均匀分布在球囊面料上的折叠和卷收方法。第二类问题是当工人用脚踩压球囊面料时袜子将气球轻微撕裂了。这可以用绒毛软袜来解决，Cassidy说，“确实不一样。袜子越软，泄漏越少。”

随着工作团队将泄漏减少，气球的飞行时间逐渐变长——从四天到六天，然后增加到一次飞行持续几周。就11月的情况看，Cassidy说，有三分之二的气球可以在空中飞行100天以上。

但让气球保持飘浮状态只是这项工程遇到的第一个代表性问题。如何让气球保持在轨道上飞行才是更加困难的。

当谷歌第一次宣布这项工程时，我拍到了颜色明亮的装置悬停在目标村落上方成百上千英尺的地方，用可能是世界上最长的绳索将其连接。这项工作在现实执行中会更复杂，但景象也更迷人。

首先，气球离地升空超过60000英尺，到达平流层，并超过所有飞机的飞行高度，高到在地面上几乎看不到它们。此外，这些气球装置无法在预定位置悬浮。它们被平流层时速高达100公里/小时的气流持续吹着移动，让原本计划通过定位装置提供稳定数据服务的想法彻底泡汤。

谷歌对此提出的应对方案是在空中同时部署一大群气球，其中一些沿着其他气球的航迹移动。通过这种方式，一旦其中一个气球即将离开设定区域，另一个气球恰好会到达这一区域，它们共同保证了连结信号始终处于活跃状态。

谷歌轻描淡写的用这个精妙的办法就使得高性能飞行器（即气球）能够精确在轨道上运行。但这些都是低功率气球，没办法直接控制他们的轨迹。你所能做的只能是调整它们的高度。对气球的操控就是根据不同海拔的风速和方向，操纵气球上下移动以捕捉到那些能够让气球在所需轨道上运行的一连串气流。

谷歌的工程师们知道这项工作异常艰难，他们把希望寄托于从国家气象局的气象气球和档案记录来获得风力和风向数据。可是他们没有预料到这些风流是如此的不可预测。例如，国家气象局可能报告说，在距地5万5千英尺高空正向南刮着时速20英里的风，而在6万5千英尺高空东南向的风速达到30英里每小时。基于线性插值法，谷歌会计算出，在6万英尺高空，南向/东南向的风速是每小时25英里。有时这是正确的，但团队有时也会发现，6万英尺上空吹着完全相反方向的风。

对于这个问题有一个令人尴尬的例子，谷歌于5月份在巴西通信部长和Telefonica总裁面前为他们的气球做了一次高调展示。“他们说从来没有进行过现场演示，” 谷歌气球项目负责人Cassidy说到，“第一个气球升起时，我们对他们说，我们的模拟数据显示这些气球将向这个方向飞去。但气球却在所有人的注视下飞向另一个方向。” 这位面红耳赤的项目负责人立刻要求将任性的气球降下，并派出一辆卡车去12英里外将其取回。接着他们升起了第二个气球，这次风非常配合，当地学校的学生成功登录上了网络。

有迹象表明，Google有可能兑现这个承诺——给没有互联网服务的地区提供某种形式的互联网接入服务。所有这些努力是否值得，完全取决于此类服务的速度和可靠性，以及维持他们运行的成本。

最初的想法是用气球向地面基站传输Wi-Fi信号。但谷歌很快意识到功率限制所带来的弊端与不受限制的频谱带来的便利相比更容易解决。于是谷歌开始和电信公司合作，在相同的LTE框架协议下提升原有蜂窝网络的效率。本质上来说，在基于一个标准发射塔且采用相同LTE制式的条件下气球是一种低成本、低功耗的选择。谷歌方面表示如今向移动设备传输数据的速度可以达到5Mbps，固定装置则达到22Mbps。而美国现在的平均宽带速度是11Mbps。

通过与电信公司合作来提供服务，谷歌把自己从蜂窝数据的销售和客服中抽身出来，同时也让自己在国与国之间为争夺2.6GHz频段所涉及利益而产生纷争时置身事外。同直接与客户交涉以及游说官僚机构相比，谷歌还是更擅长也更乐意解决复杂的工程技术问题。

通过一组基于算法定向的气球来提供互联网服务可能听起来付出的成本过高，但Cassidy表示，事实上这种方案的成本比起建造和维护信号塔要低一个数量级，所以对于偏远地区来说，这是更加经济的选择。尽管谷歌气球的服务质量永远也无法与Google Fiber媲美，但Cassidy深信谷歌能使这项服务取得长足进步，远好于目前一些区域的网络服务水平。我们对一些城市做过调研，这里的人们通过城际客车上的Wi-Fi热点上网，当客车到达时，人们的手机一下子就可以上网了。而当客车去到另外一个城市时，那里又突然有了热点（指这种互联网服务无法持续和稳定）。

如果谷歌气球获得成功，谷歌也会面临一系列质疑者老生常谈的问题，例如，它会盈利吗？国家会同意和信任谷歌使用他们自己国家的平流层领空吗？谷歌X的负责人Astro Teller在6月份《连线》杂志的后续采访中称气球项目为“谷歌X孵化出的典范项目”。团队完成了一项了不起的工作——驾驭了每只气球内10万磅的压力，而下次检验将是如果处理将“登月计划”进行商业化的压力。