Loon公司將在平流層為肯尼亞農(nóng)村的數(shù)百萬人口提供移動電話服務(wù)

肯尼亞是一個移動電話大國。肯尼亞擁有近5 000萬公民，約有4 300萬人使用移動電話，也就是說，這個東非國家的移動電話使用率高居世界第33位。相比之下，肯尼亞只有不到7萬條固定通信線路。

然而，除了內(nèi)羅比這樣的大城市外，肯尼亞的移動電話基礎(chǔ)設(shè)施非常匱乏，因此，2019年電信運營商肯尼亞電信將使用Alphabet子公司Loon建造的高空氣球提供移動電話服務(wù)。

“實際上，高空氣球是解決這個問題的最合理方式，”Loon公司工程部主管薩爾?坎迪多（Sal Candido）說，“它們在很高的地方，能覆蓋很大面積，并且沒有障礙物。”這很簡單，但是坎迪多補(bǔ)充道，氣球要在平流層的固定位置為一個地區(qū)提供幾百天的服務(wù)，直到被替換。

坎迪多已為Loon的項目工作了5年，而Loon公司的工作（當(dāng)時還被稱為Loon項目）在2018年7月才從Alphabet的研發(fā)子公司X獨立出去。坎迪多一開始開發(fā)氣球的導(dǎo)航系統(tǒng)，這是將想法變?yōu)楝F(xiàn)實需要解決的一個主要問題。

坎迪多在Loon期間，導(dǎo)航氣球的挑戰(zhàn)發(fā)生了巨大的變化，因為這些年對Loon如何運行的認(rèn)識也發(fā)生了巨大的變化。

坎迪多說：“一開始我們對Loon的運行原理有著不同的概念。當(dāng)時我們的想法是讓大量的氣球升空，它們就像漂在河上的樹葉一樣隨波逐流，繞著地球移動。”工程師們想象，在環(huán)繞地球一周后，氣球所在的位置將與它們一開始所在的位置大致相同。這樣，氣球就可以排成一長列環(huán)繞地球，同時，還可以在空中相互替換覆蓋范圍。

隨著Loon試飛的氣球越來越多——該公司的氣球航行已超過3 000萬公里——工程團(tuán)隊認(rèn)識到他們可以控制氣球飛行的位置。“有時候，最淺顯的答案很晚才會出現(xiàn)。”坎迪多說，“氣球為什么就不能一直固定在覆蓋范圍內(nèi)呢？”后來證明，在合理的持續(xù)時間內(nèi)，這是可能的，至少在大多數(shù)地方是可能的。

“我認(rèn)為，Loon項目的優(yōu)勢是恰好位于熱帶地區(qū)，”馬薩諸塞州列克星敦大氣與環(huán)境研究中心顧問、氣象學(xué)家喬治?莫迪卡（George Modica）說。莫迪卡表示，有兩種情況可能會對氣球的航行路線造成影響：一種是高緯度氣象現(xiàn)象，稱為極地渦旋，另一種是風(fēng)經(jīng)過高山時所產(chǎn)生的平流層效應(yīng)。Loon很幸運，肯尼亞不存在上述兩種情況。

Loon的每個氣球?qū)嶋H上是將兩個氣球套在一起。外部氣球充滿氦氣，可以為整個氣球提供所需的升力，內(nèi)部是一個填充空氣的氣球，可以充氣或排氣。當(dāng)內(nèi)部氣球充氣膨脹時，外部氣球中的氦氣受到擠壓，密度升高，從而降低升力。通過這種方式，Loon的工程師可以利用不同高度的風(fēng)來控制氣球的高度，使其能夠移動到需要的地方。

工程師們已經(jīng)可以很嫻熟地使用這個導(dǎo)航系統(tǒng)，他們現(xiàn)在可以在千里之外將氣球?qū)Ш降竭_(dá)目的地。在一次測試中，他們對從新西蘭發(fā)射的氣球進(jìn)行精確導(dǎo)航，使其為阿根廷和澳大利亞的目標(biāo)地區(qū)提供移動電話服務(wù)。實際上，為肯尼亞各地提供移動電話服務(wù)的氣球?qū)牟ǘ嗬韪魃眨┰酱笪餮螅竭_(dá)最終目的地。

“將氣球從波多黎各送到肯尼亞，這聽起來確實有點奇怪。”莫迪卡說，“但這與讓氣球固定在同一位置的導(dǎo)航?jīng)]有什么本質(zhì)區(qū)別。”它們的原理是一樣的：升高或降低氣球的高度，捕捉它所需要的風(fēng)。

除了對氣球進(jìn)行導(dǎo)航外，Loon還克服了其他挑戰(zhàn)，才最終使整個系統(tǒng)成功運行。當(dāng)手機(jī)連接到傳統(tǒng)的地面信號塔時，非常簡單。畢竟信號塔是不會移動的。

但氣球就不一樣了，它們一直隨著平流層的風(fēng)不斷漂移。“問題的特別之處在于，所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都在不停地移動。”坎迪多說。為此，Loon的工程師開發(fā)出了能夠使網(wǎng)絡(luò)匹配不斷變化的配置方法，以保證數(shù)據(jù)的移動性。

在不同氣球之間傳輸數(shù)據(jù)采用的是點對點毫米波通信技術(shù)。每個Loon氣球都帶有一個由碳復(fù)合材料制成的三角形吊艙，吊艙內(nèi)除了放置有為一個地區(qū)提供LTE覆蓋所需的所有通信設(shè)備外，還有3個安裝在平衡架上的毫米波無線設(shè)備，每個無線設(shè)備差不多有沙灘球大小。平衡架可使毫米波無線設(shè)備靈活地與網(wǎng)絡(luò)中最近的氣球保持直接的高寬帶連接。因此，氣球網(wǎng)絡(luò)不需要大量的地面基礎(chǔ)設(shè)施即可運行。

2017年，在颶風(fēng)瑪麗亞之后，Loon在波多黎各部署氣球時，每個氣球都連接到了自己的地面站。據(jù)坎迪多說，這種方法對島嶼來說效果很好，但波多黎各比肯尼亞要小得多。他指出，如果在大范圍內(nèi)為每個氣球設(shè)置一個地面站，那還不如不使用氣球，直接投資建設(shè)地面基礎(chǔ)設(shè)施好了。

正因如此，Loon在2018年9月宣布了一項驚人舉措，通過加州上空連成一排的7個氣球，公司成功將數(shù)據(jù)接力傳輸了約1 000公里。有了這項成果，城市地面站的數(shù)據(jù)將能夠發(fā)送到空中的氣球上，然后再傳遞到更遠(yuǎn)的其他氣球上。為了在肯尼亞實現(xiàn)這一目標(biāo)，Loon已經(jīng)開始在內(nèi)羅畢和納庫魯建造地面站。

Loon公司計劃在完成2019年測試任務(wù)的一半后，由肯尼亞電信開始使用氣球網(wǎng)絡(luò)向該國農(nóng)村地區(qū)的數(shù)百萬人提供移動電話服務(wù)。首次實現(xiàn)這樣的永久部署后，應(yīng)該能夠讓持懷疑態(tài)度的人相信，這種方法并沒有那么瘋狂。