深度丨谷歌氣球：最逆天的全球WIFI計劃

露露按：

本文介紹的「Project Loon谷歌氣球計劃」，來自谷歌內部最神秘的一個部門Google X Lab，這個項目堪稱谷歌最瘋狂的計劃之一。

篇幅長度 3761 字，預計閱讀時間：5分鐘。

本內容授權來自《科技之巔》，有刪減。

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谷歌氣球計劃是一個充滿野心的項目，試圖用漂浮在平流層的氦氣球為偏遠地區送去互聯網，入選《麻省理工科技評論》2015 年度 10 大突破技術之一。

攀上 170 級積著厚厚灰塵的木質樓梯機場的二號機棚，這高高的房梁是欣賞谷歌公司這個古怪項目的最佳場所。這座巨大，燈光昏暗的停機棚建於 1942 年，在戰時用來存放飛艇，它同時也見證了美國逐漸成長為科技霸主的過程。而谷歌公司的這個最新計劃也是美國科技統治地位近年來的又一大例證。

地面上的工作人員好似螞蟻一般細小。這兩隻氣球每隻直徑 15 米，遠遠望去好像兩個白色的大南瓜。谷歌已經發射了好幾百隻這樣的充著氦氣的大氣球。

就在此時，數十隻氣球正漂浮在海拔 20 000 米處的平流層飛越南半球。這是個飛行器罕至的高度，幾乎是普通民用飛機飛行高度的兩倍。每個氣球都攜帶了一個小箱子，配備有太陽能電池板和電子設備。

這些電子設備將為地面帶去無線通信網路，為覆蓋範圍內的智能手機和其他設備提供蜂窩數據信號。這就是我們所知的「谷歌氣球」計劃（Project Loon）。用 Loon 來命名這個計劃包含了兩層意思：一曰飛翔，二曰瘋狂（譯者註：loon 這個英語單詞有兩個意思——潛鳥和瘋子）。

全世界有將近 60% 的人口還無法連上互聯網，因為這 43 億人中的大多數都住在偏遠地區，電信公司認為在那些地方投資修建基站等基礎設施是毫無意義的。谷歌氣球計劃將為這些人帶來福音。經過 4 年的不懈努力和研究，谷歌氣球的試飛里程超過了 300 萬千米，如今它們準備大展宏圖。

圖中的氣球已經充入氦氣，這個充氣量可以讓它們飛達平流層。氣球通過「內氣囊」來控制升降：充入空氣則氣球下降，反之則會上升。

谷歌氣球攜帶的箱子重達 15 公斤，裡面配備了可遙控的電腦以及與地面互聯網連接的電子裝置。

這個氣球在實驗中被故意過量充氣引爆，以此來尋找氣球材料的缺陷。

谷歌氣球可以通過緩慢放氣來降落，同時它也配備了降落傘以應付緊急情況。

對於一家大型上市公司而言，僅僅出於對世界最貧困人群的關心來建造大量基礎設施聽起來是很荒謬的。但是對於像谷歌這樣主要盈利來自廣告的網路公司，除了幫助和改造世界以外，還有更多的其他理由促使它去實施谷歌氣球計劃。它其實非常深謀遠慮：要再去找一個像美國這麼大的互聯網市場是非常困難的，這些被「拉上線」的數十億人口是一個寶藏，從他們身上可以挖掘出更多的廣告價值。正因為如此，谷歌氣球甚至還有了它的競爭對手：另一家互聯網企業「臉書」（Facebook）於 2014 年收購了一家太陽能無人機製造公司，自此臉書也開始開展它自己的空中互聯網基站計劃。

氣球技術革命

2012 年，谷歌的秘密實驗室「X lab」在加州的中央谷地（Central Vallay）首次發射氣球。當時，氣球所攜帶的盒子上面印著大寫的「無害科學實驗」的標語，旁邊還印著一個電話號碼以及一行字「撿到歸還，必有重謝」。盒子裡面是一個改造過的商用無線路由器。製造氣球的是兩個從時裝界挖來的裁縫，所需的全部材料都是從各種硬體商店裡買來的。

谷歌對於平流層飛行器作出了許多重大改進，其中最重要的是研發了一項技術，

可以在數千千米的範圍內對這些無動力氣球進行導航

谷歌用電腦建模的方式解決了這一難題。平流層內每一層風的速度和方向都不一樣，因此只要改變氣球的高度，就可以順著合適的風，把氣球送到谷歌想要它去的地方。氣球的高度控制可以由氣球內氣囊的充放氣來實現。谷歌的數據中心風力和風向預報轉化為平流層風向風力圖，這樣就可以通過軟體來控制氣球的走向了。用這樣的方法，整個氣球「艦隊」就可以相互合作，讓某個特定的區域上空總會有一個氣球存在。

初版的導航系統每天給氣球發送一次指令：氣球先在高空閑逛一陣，然後隨風向東一路飛越太平洋，然後改變高度，搭乘最快的風，最後到達智利，全程 9 000 多千米。谷歌在 2014 年下半年升級了氣球導航系統，指令的刷新頻率變成了 15 分鐘一次，大幅提升了導航的精度。到了 2015年初，有氣球在導航系統的引導下飛行了 10 000 千米，離最終目標基站的誤差僅有 500 米。

除了導航系統以外，谷歌還必須提高氣球的強度，讓氣球能夠在平流層停留更長的時間，因為這將直接關係到整套系統的運營成本。然而，出於限重的考慮，氣球的蒙皮必須做到儘可能的薄。用聚乙烯塑料做出來的氣球看起來就像個笨重的垃圾袋，用手一戳就破。不僅如此，工廠裡面揚起的沙子可能會輕易地在氣球膜上留下一個個針孔大小的窟窿，這樣的氣球上天以後恐怕堅持不了兩周。

氣球項目里有一個專項小組專門解決漏氣問題。這個小組的成員們四處搜尋每一種漏氣的可能性並找出應對方法。他們仔細研究從平流層里回收的氣球，反覆觀看地面上故意過量充氣引起氣球爆炸的錄像，並且還發明一個「漏氣探測儀」，通過探測氦氣的方法來尋找氣球上的小洞。防漏小組的研究結果直接導致氣球蒙皮的設計和生產過程發生了一系列改變，比如工人們踩在氣球蒙皮上時必須穿上鬆軟的襪子，而一些新的機器也被投入到生產中以實現某些步驟的自動化。2013 年夏，谷歌氣球在天上待 8 天就必須回收，而現在氣球在空中的平均停留時間超過了 100 天，大多數氣球都能超過這個數字。2015 年，一個氣球甚至繞地球轉了 19 圈，在天上足足待了 187 天。

卡西迪認為，現在的技術已經足以確保開始全球範圍內的平流層互聯網服務試驗了。2015 年以來，他們做了很多試驗工作。2015 年，谷歌在南半球繞地球一周的狹長區域測試了「准連續」的互聯網服務。選擇南半球的一部分原因是因為南半球的國家比較少，需要獲取的許可證也相對較少。儘管這條狹長地帶大部分是海洋，谷歌依然發射了 100 個氣球繞著地球轉。「在 90% 的時間裡，這片區域的人們頭頂上或許都至少有一隻氣球經過，並且可以使用它的服務。」卡西迪如是說。至於網路的速度，谷歌 X lab 負責人阿斯特羅?特勒（Astro Teller）在 2016 年的一次 TED 演講中介紹說，谷歌氣球傳輸網路的速度已達每秒 15M，甚至可以用來觀看網路視頻了。

2016 年年初，谷歌氣球開始在斯里蘭卡進行測試，

總共放飛了十幾個氣球。斯里蘭卡共有 2 000 萬人口，但只有 330 萬人擁有手機網路，63 萬人擁有固網連接。目前，這個測試項目進展十分順利，預計最多只需花費一年，就能正式投入運營。斯里蘭卡電信與電子基礎設施部部長哈林?費爾南多（Harin Fernando）說，如果試驗成功，斯里蘭卡將繼梵蒂岡之後，成為全世界第二個全境覆蓋 LTE 網路的國家。

除了斯里蘭卡之外，印度也是一個巨大的潛在市場。根據印度互聯網與移動通信協會的數據，印度目前共有 4.02 億互聯網用戶，仍有 2/3 的人口無法上網。因此，谷歌正在與印度幾家電信運營商共同商討合作計劃。2015 年，印度政府曾對該項目表示了擔憂。而且，臉書的印度互聯網項目由於只向用戶提供非常有限的網路服務（其中當然包括了臉書自己的服務）而遭到詬病，被指違反了網路中立原則，導致當地電信監管部門於 2 月初屏蔽了該服務。但谷歌氣球的運營模式或許能規避這個風險，因為他們只和當地運營商合作，而不會開闢自己的頻段。近期，現任谷歌母公司Alphabet CEO 的桑德爾?皮蔡（SundarPichai）與印度總理納倫德拉?莫迪（NarendraModi）進行了會談，或許能為氣球計劃打開綠燈。 2015 年 10 月，谷歌還宣布與印度尼西亞的三家電信運營商達成合作，準備為印尼的 17 000 座島嶼帶去互聯網。

應用前景光明

「雖然只有幾分鐘，但那是非常美妙的幾分鐘。」希瓦娜?佩雷拉（Silvana Pereira）這樣說道。佩雷拉是巴西東北部偏遠地區一所小學的校長。她回憶起 2014 年夏天的一堂特別的地理課。多虧了那隻高高漂浮在平流層的氣球，這裡的學生們在課堂上用到了互聯網。佩雷拉所在的這片地區向來是無法上網的，而在那節關於葡萄牙的地理課上，老師藉助維基百科和在線地圖向孩子們傳授了更多的知識。「孩子們是如此的好學，課堂上的 45 分鐘時間對他們來說還不夠，他們想要獲得更多的知識。」佩雷拉說道。

佩雷拉的小學其實和一座人口上百萬的城市只相距 100 千米，但是貧窮和人口稀疏導致巴西沒有任何電信公司願意在這裡投資一座基站。谷歌氣球的目標就是改變這一切。卡西迪說，一個谷歌氣球可以同時連接數千個用戶，而它一天的運行費用只有幾百美元。然而谷歌公司沒有說明搭建整套系統的費用，甚至沒有透露到底有多少人參與了谷歌氣球計劃。

卡西迪完全不擔心他的氣球在與無人機和衛星的競爭中落於下風。谷歌和臉書都在開展無人機計劃，旨在用高空無人機向地面發送無線網路。而SpaceX公司的 CEO 伊隆?馬斯克（Elon Musk）正在探索用衛星實現這一目的。目前，無人機和衛星的進度都遠遠落後於谷歌氣球計劃，而且相比之下，無人機和衛星的成本要高得多。「在很長一段時間裡，氣球都會保持相當大的成本優勢。」卡西迪說道。不過，谷歌看起來準備全面開花。除了投資氣球和無人機以外，它還於2015 年 1 月向SpaceX注資 9 億美元。

技術瓶頸並不是讓這43億人上不了網的唯一原因。舉個例子，印度政府明文規定所有電信公司不分富人區和貧民區，都必須覆蓋上網路。然而政府並沒有貫徹並且確保這條規定得以實施。基於谷歌等互聯網公司過去在發展中國家的所作所為，亞伯拉罕對於谷歌氣球計劃抱著謹慎的態度。這些互聯網公司與印度等國家的電信公司達成協議，讓這些公司可以免費使用它們的服務，以此來削弱當地其他同行的競爭力。

「所有帶著錢包和新技術來的人，我都表示歡迎。」亞伯拉罕說。但是他又補充道：政府必須制定並完善相關法律和規定，確保除谷歌和它的合作夥伴以外的所有人都能從中獲益。

谷歌氣球計劃的參與者們堅信這個項目一定可以為公眾帶來益處。「讓人們活得更好」這個信念對他們的重要程度，甚至不亞於他們對氣球技術的極致追求。回想起佩雷拉的學生們在接通了互聯網以後上。地理課時快樂的樣子，卡西迪的語氣有點激動。「世界將會因此改變，」他說。

本文授權轉載自《科技之巔》，2016年最值得閱讀的黑科技圖書，由

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@ 托馬斯·維德·楊：對於可回收火箭，獵鷹9號的成功回收讓我看到了SpaceX的科技實力，也讓我開始相信，埃隆·馬斯克在其晚年火星退休的想法不再僅僅是一個單純的願景。太空探索是人類向前邁進的必由之路，而航天事業的發展需要金錢的澆灌。可回收火箭技術使得飛行成本大大降低，無疑是現階段航天的一項耀眼黑科技。我將持續關注此系列的圖書。

@歐陽木森：空中取電—當你的手機沒電，正跑步，mp3沒電了，我真的想大喊 「我真的還想要30%的電」，空中取電，雖然不能真正意義上給電器和手機這些能量密度較高的電池充電，然而超低功耗，承擔簡單的信息發送的無源感知器，能非常完美的利用這些能量，他們的實用性也會有質的飛躍，低廉的成本相信以後會被廣泛應用。

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