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你可能正在连接最近信号塔的智能手机上，或在连接WiFi路由器的笔记本上浏览本文。此时，肯尼亚也有人在做同样的事情，不过他们靠的是漂浮在地表65000英尺上方的气球。
这些气球由谷歌母公司Alphabet的子公司Loon运营，旨在解决许多人尚未意识到的问题。尽管互联网似乎无处不在，但世界上仍有近一半的人无法使用它。换句话说，世界上每两个人中就有一个人无法参与21世纪的数字革命。
Loon气球 | 图源：Alphabet X
这些数据在地区间存在巨大差异。在美国和欧盟等发达国家中，互联网普及率远超80％。但在许多非洲国家，这一数字却低于30％。将这项技术推向欠发达国家的挑战之一是基础设施成本高。提供可靠的互联网访问需要铺设数万英里的电缆，建造尽可能多的移动信号塔。
有许多创新型解决方案正在努力克服这一挑战。其中如SpaceX计划从太空创建卫星群和电波互联网，Facebook的计划则是让提供互联网服务的无人机运行。
Loon气球的飞行高度为65,000英尺，是商用飞机高度的两倍。| 图源：Loon
最有趣的想法来自Google，他们计划用气球提供互联网。这个想法荒唐至极，该项目首席执行官的人最近评论道：“说实话，我觉得这行不通。即使是对于一家以善于制造稀奇古怪的事情而闻名的公司来说，这也太疯狂了。”但是，这的确是目前最有前景的解决方案。
图源：Our World in Data
Loon气球真的有用吗？
从2011年最初作为Google秘密项目开始，这个项目至今已经走了很长一段路。最初的测试包括将现成的WiFi路由器装入泡沫聚苯乙烯保温箱中，并装到各种外观怪异的气球上。团队通过这些测试研究该项目的可行性，并为气球选择合适的形状和材料。
Loon早期使用的设备和气球原型。| 图源： Loon
2013年，新西兰坎特伯雷的养羊场首次通过Loon发射测试气球并连接到互联网。第二天，该试验成功地让新西兰基督城近50个用户连接上网络。
2013年新西兰测试启动 | 图源：Loon
2014年，该团队让巴西坎普迈奥的一所学校首次连接到互联网，展示了该项目的潜力。同年，该项目进行了将近300万公里的试飞，积累了大量可供学习的数据。
2017年初，秘鲁发生了可怕的洪水，有些电信基础设施遭到了破坏，Loon的大规模服务能力得到了证明。Loon因为差不多在同一时间在该国进行测试，与电信运营商Telefonica和秘鲁政府合作，为成千上万受洪水影响的人们提供了互联网。
同年晚些时候，当玛丽亚飓风摧毁了波多黎各并破坏了95％的手机发射塔时，Loon再次前往进行营救。这次，Loon与美国蜂窝电话提供商AT＆T和T-Mobile合作，为更多人提供了服务。它能够在四个星期内恢复大约20万人的基本网络连接。
到2018年，人们不再怀疑Loon提供互联网连接的能力，也不再觉得这很疯狂。而该项目再次在一个不幸的时刻力挽狂澜——秘鲁发生了8.0级地震，Loon在惊人的48小时内填补该地区的连接空白。一年后，Loon与InternetPara Todos签署了一项商业合同，将互联网连接带到秘鲁的亚马逊雨林区域。
巴西的一所学校通过Loon气球首次连接网络 | 图源：Loon
到目前为止，Loon可能会取得最重大的成就，就是在2020年7月上旬，Loon在肯尼亚启用服务后开始了其首个商业运营。因冠状病毒大流行引起的互联网需求的突然增加，加快了该服务的推出。为了实现这一里程碑式的壮举，Loon与肯尼亚Telkom合作，为该国西部和中部地区服务水平较低的用户提供LTE覆盖。50000平方公里的服务区域覆盖了约35个气球。
这些气球确实有效，但它们是如何工作的呢？
Loon气球是由何制成？
气球本身由聚乙烯制成，在平流层条件下可持续使用一百天，在平流层，风速可以超过100 km / h，温度可以降至零下90摄氏度。气球底部连接着一组高度复杂的设备，下图概括了这些设备：
图源：Google X
该设备最多的仪器设备是收发器，你可以将它们看作漂浮的信号塔。由于Loon使用标准的蜂窝技术，因此任何支持LTE的电话都将能够连接到其网络，就像连接到常规蜂窝塔一样。这样就无需用户再花费成本来利用该技术。实际上，客户可能永远不会知道他们已连接到Loon气球。
Loon气球的工作原理很容易掌握。机载收发器与地面上的移动网络运营商（如肯尼亚的Telkom）的地面中心相连，后者通过传统的光纤电缆与互联网的其余部分相连。然后，这些天线在网状气球之间中继此网络信号，最后到达用户的手机。
与传统信号塔相比， Loon最大的优势是它的运行高度——它在地球20公里以上（商用飞机飞行高度的两倍）。这可让每个气球覆盖范围更大，不然将需要数百个移动塔。一个气球可以覆盖超过5000平方公里，约是四个纽约市的面积，是普通手机发射塔的一百倍，但是最好让多个气球为一个区域提供与蜂窝塔相同的带宽容量和性能。
Loon气球如何到达服务区域？
与你的直觉可能不同，这些气球不只是从它们所服务的地面上释放出来的，而是从内华达州或波多黎各的Loon发射场飞来。
Loon发射场 | 图源：Loon
以其前往肯尼亚的旅程为例，一旦充满气体的气球通过发射系统从波多黎各释放到平流层中，它就必须驶向距离11000公里远的国家。但是，由于气球不是沿直线行进，因此行进距离实际上受多个因素影响。
在平流层中，尽管温度可能较低且风速较高，但没有云、野生动植物或恶劣天气事件。在这些稳定的气流层中，风向是可预测的，Loon气球凭借风到达目的地。
尽管具有相对可预测性，但风型仍会改变。这使我们无法预测气球将要走的确切路线，路线是由Loon的机载自主导航系统实时确定的，该系统使用了来自美国国家海洋与大气管理局（NOAA）机构的实时数据以及该团队这些年收集的数据。
该系统使用预测模型和机器学习算法来创建空中地图，确定要锁定到目的地的风层。Loon气球HBAL125采取的路线如下所示。气球从波多黎各起飞，绕过好望角，然后计划绕道而行，收集印度洋上空的天气数据。最终，它找到了通往肯尼亚的道路。整个过程大约花了一个月的时间，其中包括绕行时间。
HBAL125从波多黎各飞往肯尼亚的路线 | 图源：Loon
HBAL125采取上述路线，但另一个具有相同起点和目的地的气球几乎不会走同样的路线。两个气球的路线可能相差甚远，一个可能会飞越非洲中部地区去往肯尼亚，另一个可能会飞越跨太平洋的路线并穿过亚洲到肯尼亚。若有兴趣，你可以用flightradar24.com上的通信信号HBAL跟踪Loon气球的路线。
气球到达目的地后如何待在原地？
当这些气球到达目的地后事情还没完。Loon的首席工程师萨尔瓦托·坎迪多承认：“真正的困难在于将气球放置在想要的位置。”
这些气球受风速为100 mph的风所控制，它们唯一能做的就是上下浮动。当气球要坠落时，内部较小的气球会充满更多的空气。当它想返回时，它会释放空气。但是要合理的执行此简单路线，Loon气球要能够停留在预定区域内或周围。
为了向给定区域提供稳定的24/7网络，它们会轮流工作，因此当另一个气球离开服务区域时，一个气球会接管另一个气球。
四个气球改变高度，以便在肯尼亚服务区域附近停留 | 图源：Loon
最初，Loon计划让足够多的气球绕地球旋转，这样一个气球就可以像传送带那样以可靠的方式与另一个气球进行通讯。但Loon在波多黎各的测试中发现，它的算法十分复杂和智能，足以在更狭窄的区域进行如此复杂的操作。这大大减少了某个区域所需的气球，从而降低了成本。
玛丽亚飓风过后波多黎各提供互联网的气球 | 图源：flightradar 24
Loon会成为未来吗？
世界各地的电信运营商都在密切关注Loon在肯尼亚的情况，以确定该解决方案可靠且有利可图。
Loon气球持续时间有几天到一百多天，在最后会将它们放下并由回收小组收集起来进行分析，这意味着为了持续提供互联网服务，每隔几个月就要发射一次新气球。其物流情况尚待大规模验证。
商业方面仍然不透明。我们对Loon与合作伙伴签署的收益分成协议以及何时开始收支平衡一无所知。但是我们知道，与铺设电缆，建造手机信号塔和向太空发射卫星相比，气球更具成本效益。
建造和发射人造卫星可能要花费数百万美元，而气球只要花费数万美元。如果Loon能够占领5％的有近40亿人口而服务水平低下的市场，并且每月向他们收取几美元的费用，那么其收入每年将飙升至数百亿美元。
这些气球完全依靠太阳能供电和随处可得的风能。但是最大的成本优势来自于单个气球比单个蜂窝塔可为更多的人服务。但这个优势也存在问题：服务于更大数量人群的能力限制了用户的带宽。在肯尼亚，初步测试显示，上行速度约为5Mbps，下行速度为19Mbps，延迟为19毫秒。
尽管这些速度对于大多数常规用途而言还行，但与光纤连接所提供的功能以及5G的承诺相差甚远。Loon说，它可以在给定的区域增加更多的气球，以增加带宽容量，但是，气球能否与5G的出色性能相比较，或者它是否可以服务于高密度区域，还有待观察。
Loon因选择肯尼亚作为他们的首个基地而受到批评。与其他非洲国家相比，肯尼亚连接网络的人口比例更高。Loon的独特卖点是连接未连接的人，而肯尼亚却不符合这个条件，与卖点相违背。
但是，Loon团队多年来具有坚持不懈并战胜一切的能力。在他们的第一次尝试中，气球在起飞后瞬即破裂。在接下来的大约60次尝试中也发生了同样的情况。
图源：unsplash
当时，一些最优秀的气球专家放弃了这个想法。但是经过数百次尝试之后，该公司能够成功地让气球一次可飞行几个星期。很快时长变成了几个月，甚至一个气球创造了在一次飞行中停留223天、飞行18万公里的纪录。
随着飞行时间取得进展，Loon在开发导航算法方面取得了显著进步，该算法使气球能够飞行数千英里并在复杂的网络中聚集停留。Loon在秘鲁和波多黎各进行营救时，就检验了这些成就，并证明了确实有效。
如今，随着它在肯尼亚的首家企业的发展，以前古怪的想法不仅可能实现，而且成为将互联网连接引入服务欠缺和服务不足地区的先进解决方案。
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编译组：卢艳红、熊俨
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