谷歌熱氣球：平流層之夢

Nyrola+(瑞典)

最終，其希望販賣的不僅僅是一種簡單的代步工具，而是一套車內(nèi)生活方式

日前，谷歌公司已經(jīng)在美國內(nèi)華達州的沙漠秘密測試了熱氣球聯(lián)網(wǎng)項目（Project Loon），這是谷歌繼2013年在新西蘭首次公開亮相熱氣球聯(lián)網(wǎng)項目之后，首次借助熱氣球測試授權(quán)無線頻譜信號。雖然谷歌拒絕就此項目披露任何細節(jié)，但根據(jù)當(dāng)?shù)毓賳T透露，此次試驗與谷歌熱氣球有關(guān)。來自政府的備案文件顯示，目前已有幾個氣球成功升空。

谷歌熱氣球的材質(zhì)是超壓力氣球所使用的聚乙烯泡沫，完全充氣后高12米，寬15米。這一材質(zhì)比氣象用氣球更加耐久，可以承受更高的壓力。氣球頂部有個降落傘，可以控制氣球起降，以便進行維修和更換。而氣球上的電子設(shè)備是由太陽能面板供電的，因為平流層沒有云遮蔽陽光，這些面板4個小時就可充電完畢，生成100瓦的電力，足夠保證儀器運轉(zhuǎn)，還可以充電用于夜間使用。在面板充電時，氣球也可以使用可再生能源運轉(zhuǎn)。

谷歌熱氣球是繼谷歌無人駕駛汽車和谷歌眼鏡之后，谷歌X實驗室推出的新產(chǎn)品。谷歌公司于2013年6月在新西蘭首次公開測試了這項新產(chǎn)品—可以用來連接互聯(lián)網(wǎng)的熱氣球。他們放飛了30只氣球，并向至少五十名的幸運的志愿者提供了15分鐘基于氣球的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

谷歌熱氣球計劃的設(shè)想是，讓無數(shù)熱氣球隨平流層氣流運動飄浮在距地面2萬米的高空，組成一個無線網(wǎng)絡(luò)，熱氣球上攜帶著無線網(wǎng)絡(luò)信號的收發(fā)設(shè)備，從而與附近的其他氣球和區(qū)域性地面基站通信，為更多尚未聯(lián)網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)條件不穩(wěn)定的地區(qū)提供更加廉價的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，填補網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的盲區(qū)。

當(dāng)然，由于普通的電腦和手機無法從兩萬米的高空接受無線信號，所以這一切需要用戶安裝谷歌特別設(shè)計的天線來收發(fā)無線信號。

氣球上的互聯(lián)網(wǎng)

新西蘭小鎮(zhèn)里斯敦的農(nóng)夫查爾斯·尼莫（Charles Nimmo）是世界上第一位成功接入“熱氣球網(wǎng)絡(luò)”的用戶。當(dāng)時，谷歌技術(shù)人員將一個籃球大小的鮮紅色接收器安裝在他家中，接收器形狀好比谷歌地圖的標記圖標。接著，工作人員把一個個外形酷似水母的半透明熱氣球放飛，于是尼莫成了世界上第一個成功接入“熱氣球網(wǎng)絡(luò)”的用戶。

尼莫上網(wǎng)后的第一件事，就是打開谷歌頁面查詢天氣，以便決定當(dāng)天是否該給綿羊剪毛。盡管熱氣球僅在尼莫家上空停留了15分鐘，但他還是非常高興：“感覺很怪，但能見證到一項新事物誕生的過程是非常令人興奮的。”

據(jù)谷歌估計，目前全球人口中仍有三分之二因為森林、群島或者高山等地形，無法使用快速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，以及無法廉價地連接享受寬帶互聯(lián)網(wǎng)鏈接。而谷歌用熱氣球傳播無線網(wǎng)絡(luò)信號的理念是利用熱氣球為農(nóng)村，偏遠和欠發(fā)達地區(qū)提供等同于現(xiàn)在的3G網(wǎng)絡(luò)或更快的網(wǎng)絡(luò)連接，以及提供更加廉價的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

谷歌選用新西蘭作為第一個公開的實驗基地的條件正符合于此。尼莫所在的小鎮(zhèn)，正如新西蘭其他很多地方的農(nóng)場一樣，一個月使用衛(wèi)星上網(wǎng)的網(wǎng)費高達1000美元。雖然很多地廣人稀的國家，像澳大利亞、新西蘭、加拿大都是高收入國家，可是這樣的互聯(lián)網(wǎng)賬單還是偏遠地區(qū)的農(nóng)場主難以承擔(dān)的，更別說欠發(fā)達地區(qū)。

與居住、辦公在市中心，或隨時可以在星巴克麥當(dāng)勞等消費場合接入互聯(lián)網(wǎng)的城市居民不同，偏遠地區(qū)的人們要想隨時連網(wǎng)并不是一件易事。比如用光纖連接網(wǎng)絡(luò)，電信運營商首先需要從城市的中心修建幾百公里的地下光纖到偏遠地區(qū)，但這完全不同于城市中修一小段光纖就可以滿足成百上千用戶接入網(wǎng)絡(luò)的需求。由于人口密度過低，在偏遠地區(qū)修一大段光纖投入和產(chǎn)出并不成正比，這對于電信運營商來說幾乎是賠本的生意。

也許有人會設(shè)想，如果用無線上網(wǎng)，偏遠地區(qū)的人們可以直接發(fā)送無線信號到城市中心，城市中心也可以直接發(fā)送信號到偏遠地區(qū)，那么問題就會迎刃而解。但遺憾的是現(xiàn)實生活中其實并沒有這樣的無線上網(wǎng)方式。無線上網(wǎng)時，電腦和wifi基站只有幾百米的距離，而且只是電腦和wifi基站中間的這一段的是無線的，wifi基站向外連接還是需要用光纖。所以要想在城市中心和偏遠地區(qū)之間建立互聯(lián)網(wǎng)的連接，讓大片荒蕪之地隨處都可以接入互聯(lián)網(wǎng)，無論在地面上采取何種方式，電信公司都需要投入巨資修建很多設(shè)備，成本非常高昂。

因此即使在發(fā)達國家也會出現(xiàn)：一，電信運營商對于偏遠地區(qū)沒有提供寬帶連接服務(wù)，很多人甚至仍然要靠幾十年之前的老式有線電話線來連接互聯(lián)網(wǎng)，帶寬仍然以KB為單位，平時只能看一看文字網(wǎng)頁和發(fā)封電子郵件，如果要打開一個圖片甚至要花上十分鐘左右；第二種結(jié)果是電信運營商提供寬帶的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，費用卻高出城市用戶很多倍。

除了在地面上采取寬帶連接方式，另一個保證讓全球各個偏僻的地方都可以接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)的辦法就是衛(wèi)星了。通信衛(wèi)星在高處發(fā)出的信號，受地面起伏的地形影響較小，所以可以發(fā)射到各個偏僻角落。但使用衛(wèi)星來提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)費用極其昂貴。

上個世紀末九十年代，摩托羅拉公司的銥計劃就是一個充滿遺憾的衛(wèi)星案例。1990年，摩托羅拉公司在紐約、倫敦、墨爾本和北京四地舉行新聞發(fā)布會，正式向全世界公布銥系統(tǒng)的建立運營計劃。銥系統(tǒng)共發(fā)射66顆衛(wèi)星在地球低軌道上運行，覆蓋著整個地球的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，把全球衛(wèi)星通信和本地地面無線通信業(yè)務(wù)集合起來，在有地面無線通信系統(tǒng)時，則使用當(dāng)?shù)責(zé)o線系統(tǒng)進行聯(lián)絡(luò)，而在地面無線系統(tǒng)無法覆蓋的邊遠偏僻地區(qū)或系統(tǒng)受損時，銥系統(tǒng)就會利用無所不在的衛(wèi)星信號進行聯(lián)絡(luò)—無論身在何處，聯(lián)絡(luò)永不中斷。

銥系統(tǒng)于1998年11月開始運營，在正式開通運行16個月之后，由于不堪債務(wù)重負而結(jié)束其使命。2002年歷時12年、耗資50多億美元建造的66顆衛(wèi)星隨之消逝在了太空之中。債權(quán)人也因此血本無歸。

從某種程度上來說，谷歌的熱氣球計劃也是一種低空衛(wèi)星的理念。但相比于在地面鋪設(shè)電纜光纖和建立通訊基礎(chǔ)設(shè)施，或者向天空發(fā)射通信衛(wèi)星，谷歌的熱氣球計劃的優(yōu)勢就是可以在提供和城市中一樣的寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接的同時，價格卻比衛(wèi)星和地面的方式都低廉許多。因為熱氣球飄到指定的位置除了需要平流層的氣流運動以外，它并不需要任何額外的成本，便可以為偏遠地區(qū)提供價格可以承受的高速互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)。

雖然熱氣球計劃主要是針對偏遠和欠發(fā)達地區(qū)，但對于人口密集地區(qū)來說，熱氣球也會有用武之地。如2008年汶川和2011年新西蘭基督城在經(jīng)歷強震后，地面的光纖等無線上網(wǎng)設(shè)備幾乎都被摧毀。熱氣球則是在云層上方海拔2萬米的平流層之中，臺風(fēng)、暴雨、龍卷風(fēng)都發(fā)生在云層的下方，所以這些熱氣球在各種受災(zāi)斷網(wǎng)地區(qū)可以毫發(fā)無損的完全正常工作。

平流層中的政治雷區(qū)

谷歌在技術(shù)上面臨的挑戰(zhàn)是，氣球在平流層基本不會穩(wěn)定。因此谷歌必須通過非常精準的軟件算法決定熱氣球的移動位置，而后上升下降到特定高度，隨著風(fēng)向進行移動，從而構(gòu)成一個巨大的通信網(wǎng)絡(luò)。谷歌的一位負責(zé)人提到，如果這些氣球環(huán)繞世界底部的一半，那么網(wǎng)絡(luò)將會從南非覆蓋到同緯度的南美，這便會形成一個由熱氣球組成的環(huán)。谷歌最終打算發(fā)射數(shù)千個熱氣球至平流層，利用環(huán)繞全球的“熱氣球網(wǎng)絡(luò)”，為全球48億無網(wǎng)絡(luò)人口提供服務(wù)。

熱氣球計劃對谷歌來說，不僅只是一項巨大的計算機工程，事實上熱氣球從高空散播無線網(wǎng)絡(luò)這對于全球政治關(guān)系也是一個挑戰(zhàn)。甚至可以確定的這是一個無法回避的政治雷區(qū)。如果熱氣球計劃成功了，那么這將會使谷歌陷入很深的國際關(guān)系的困境中。

谷歌想要建立的是一個沒有國界的互聯(lián)網(wǎng)。但這不只是谷歌本身想要服務(wù)每一個國家和地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)用戶，而是網(wǎng)絡(luò)本身就可以無國界的傳播于各大洲之間。這個設(shè)想聽起來非常的美好，但面臨著最大的挑戰(zhàn)---進入各國領(lǐng)空。領(lǐng)空的概念是包括一切有空氣的高度，只要航空器可飛行的高度，即屬領(lǐng)空范圍。那么比如，伊朗恰好和美國的德克薩斯州屬于同緯度，如果同樣的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施作用于德克薩斯州，那么熱氣球組成的環(huán)，也會同樣傳遞信號于同緯度的伊朗。

筆者相信并不是世界上的每一位領(lǐng)導(dǎo)人都愿意看到無國界的互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)在自己的領(lǐng)空。著名的U2偵察機的飛行高度是兩萬米，是飛機飛行高度的兩倍，但導(dǎo)彈依舊能夠擊落。所以如果熱氣球環(huán)內(nèi)向全世界散播互聯(lián)網(wǎng)的理念成功了，也許到時候真的會出現(xiàn)一些國家會像擊落間諜飛機一樣用導(dǎo)彈摧毀滿空的熱氣球。

其次，由于熱氣球是需要使用無線電的，那么就會不得不使用頻譜，而這是在各國政府中嚴格管制的。谷歌必須說服數(shù)以千計的監(jiān)管機構(gòu)同意谷歌和他們使用同一個頻譜。

去年，在新西蘭首次公開測試時谷歌還只是使用未授權(quán)的2.4GHz的頻譜。但去年9月谷歌熱氣球網(wǎng)絡(luò)工程負責(zé)人賽魯斯·貝魯茲（Cyrus Behroozi）向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）遞交申請獲準在美國內(nèi)華達州北部大片區(qū)域使用兩個用于4G LTE的授權(quán)頻段，來進行熱氣球聯(lián)網(wǎng)測試。去年11月，聯(lián)邦通訊委員會批準了谷歌進行為期6個月的測試。兩個無線電平臺的其中一個，位于地面；而另一個，則位于2萬米的高空中。測試范圍只覆蓋了內(nèi)華達州Carlin周邊161公里、人口不到3000的一個偏僻小鎮(zhèn)。在內(nèi)華達州北部的這一大片區(qū)域，谷歌雖然獲得來自當(dāng)?shù)責(zé)o線運營商的同意，但熱氣球的測試不得在當(dāng)?shù)剡\營商基站40公里的范圍內(nèi)進行，因為這里屬于當(dāng)?shù)剡\營商的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)范圍。

我們可以設(shè)想一下，谷歌的熱氣球從高空中散射更為強大和穩(wěn)定的無線網(wǎng)，如果你的無線路由器使用的是同樣的無線頻譜，那么你的無線網(wǎng)將會直接被更穩(wěn)定更強大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。目前世界很多國家提供互聯(lián)網(wǎng)連接的電信運營商都是屬于政府或者大財團，在一些偏遠地區(qū)電信運營商已經(jīng)花巨資修建了地面光纖，天空中也有通信衛(wèi)星在服務(wù)，如果谷歌的產(chǎn)品真的價格比原來的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)低很多，網(wǎng)絡(luò)又更穩(wěn)定和快速，那么就會使原有的這些已建設(shè)備成為被拋棄的廢品。這勢必會讓很多政府和大財團阻撓甚至拒絕引入谷歌的熱氣球網(wǎng)絡(luò)項目。

另一方面，美國“棱鏡門”泄密者斯諾登在媒體公布美國國家安全局和聯(lián)邦調(diào)查局通過代號“棱鏡”的項目，直接接入9家美國IT公司中心服務(wù)器，搜集情報。微軟、雅虎、谷歌等公司均被指牽涉其中?！袄忡R門”事件讓谷歌公司遭遇了很嚴重的信譽危機。據(jù)媒體報道，“棱鏡”項目組通過入侵骨干網(wǎng)絡(luò)，比如大型互聯(lián)網(wǎng)路由器，就可以監(jiān)控數(shù)十萬電腦的通信，而不需要逐個入侵。骨干網(wǎng)絡(luò)是連接不同地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通道，其數(shù)據(jù)會涉及成千上萬的電腦。因此，谷歌的熱氣球在各國政府眼中恐怕也并不符合“信息安全法”。熱氣球網(wǎng)絡(luò)可以作為間諜設(shè)備來竊取國內(nèi)大量的通信信息的理由也足以將谷歌這件新發(fā)明拒之門外。

誰在占領(lǐng)平流層

目前，谷歌熱氣球項目只是處在雛形階段，距離商業(yè)化似乎也遙遙無期。但全球性散播無線網(wǎng)爭奪客戶群的理念，并不是只有谷歌一家互聯(lián)網(wǎng)巨頭有野心。Facebook公司在不久前聯(lián)合其他6 家互聯(lián)網(wǎng)、電信公司，建立了一個非營利網(wǎng)站Internet.org，目標也是幫助地球上近48億無法使用互聯(lián)網(wǎng)的用戶，盡早體驗到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

今年三月初，有媒體報道Facebook公司正準備以6000萬美元的價格收購太陽能無人機制造商Titan航空（Titan Aerospace）。但4月14日，谷歌公司突然正式宣布，已經(jīng)達成對這家創(chuàng)立僅2 年多的無人飛機制造商的收購協(xié)議，但拒絕透露具體交易價格和其他細節(jié)。

谷歌在官方發(fā)布的聲明稱“盡管技術(shù)還處于初始階段，但Titan航空的無人機能幫助我們向全球成百上千萬人提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，并有助于解決其他問題，如災(zāi)害救濟和濫伐森林等環(huán)境破壞行為等?！盩itan航空生產(chǎn)的無人機最大的特點是，依靠太陽能獲得動力，一次升空后能在高空飛行長達5年時間，并可飛到近2萬米的高空，充當(dāng)“衛(wèi)星”的角色，通過無線信號向無法享受互聯(lián)網(wǎng)的地方提供服務(wù)。這一特點恰好與谷歌的熱氣球計劃非常契合。谷歌收購Titan航空無疑是對占領(lǐng)平流層的近一步投資。

其實，無人機項目方面，除了谷歌收購titan航空之外，F(xiàn)acebook公司也以2000萬美元的價格入主總部位于英國的太陽能無人機公司Ascenta，并聘請美國宇航局（NASA）噴氣式推進實驗室和艾姆斯研究中心（Ames Research Center）的宇航和通信專家參與Internet.org項目。

除了面對同業(yè)競爭和如何進入他國領(lǐng)空等潛在障礙的同時，谷歌通過熱氣球或無人機散播無線網(wǎng)的項目也不得不面臨來自美國本土法律的困擾。比如，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）能否允許這種熱氣球和無人飛行機在美國本土的平流層中飛行？

按照計劃，今年11月，聯(lián)邦航空局將會提交商業(yè)無人機監(jiān)管政策并嘗試制定美國無人機在美國領(lǐng)空飛行的操作規(guī)則，并尋求在規(guī)則“落地”前，禁止幾乎所有的商業(yè)無人機活動。這一過程從政策提交、修改、到真正生效，可能還需要數(shù)年的時間。但這一切并不是說谷歌永遠無法克服這些潛在障礙。盡管困難重重，但不難看出通過占領(lǐng)平流層來爭奪全球性客戶群，已經(jīng)是互聯(lián)網(wǎng)巨頭們未來數(shù)年希望開拓地下一個淘金目標。