Loon公司將在平流層為肯尼亞農村的數百萬人口提供移動電話服務

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，除了內羅比這樣的大城市外，肯尼亞的移動電話基礎設施非常匱乏，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。

“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，但是坎迪多補充道，氣球要在平流層的固定位置為一個地區提供幾百天的服務，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（當時還被稱為Loon項目）在2018年7月才從Alphabet的研發子公司X獨立出去。坎迪多一開始開發氣球的導航系統，這是將想法變為現實需要解決的一個主要問題。

坎迪多在Loon期間，導航氣球的挑戰發生了巨大的變化，因為這些年對Loon如何運行的認識也發生了巨大的變化。

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——工程團隊認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。”坎迪多說，“氣球為什么就不能一直固定在覆蓋范圍內呢？”后來證明，在合理的持續時間內，這是可能的，至少在大多數地方是可能的。

“我認為，Loon項目的優勢是恰好位于熱帶地區，”馬薩諸塞州列克星敦大氣與環境研究中心顧問、氣象學家喬治?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象，稱為極地渦旋，另一種是風經過高山時所產生的平流層效應。Loon很幸運，肯尼亞不存在上述兩種情況。

Loon的每個氣球實際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，內部是一個填充空氣的氣球，可以充氣或排氣。當內部氣球充氣膨脹時，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。

工程師們已經可以很嫻熟地使用這個導航系統，他們現在可以在千里之外將氣球導航到達目的地。在一次測試中，他們對從新西蘭發射的氣球進行精確導航，使其為阿根廷和澳大利亞的目標地區提供移動電話服務。實際上，為肯尼亞各地提供移動電話服務的氣球將從波多黎各升空，穿越大西洋，到達最終目的地。

“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航沒有什么本質區別。”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。

除了對氣球進行導航外，Loon還克服了其他挑戰，才最終使整個系統成功運行。當手機連接到傳統的地面信號塔時，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不斷漂移。“問題的特別之處在于，所有的網絡節點都在不停地移動。”坎迪多說。為此，Loon的工程師開發出了能夠使網絡匹配不斷變化的配置方法，以保證數據的移動性。

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

2017年，在颶風瑪麗亞之后，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，如果在大范圍內為每個氣球設置一個地面站，那還不如不使用氣球，直接投資建設地面基礎設施好了。

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，公司成功將數據接力傳輸了約1 000公里。有了這項成果，城市地面站的數據將能夠發送到空中的氣球上，然后再傳遞到更遠的其他氣球上。為了在肯尼亞實現這一目標，Loon已經開始在內羅畢和納庫魯建造地面站。

Loon公司計劃在完成2019年測試任務的一半后，由肯尼亞電信開始使用氣球網絡向該國農村地區的數百萬人提供移動電話服務。首次實現這樣的永久部署后，應該能夠讓持懷疑態度的人相信，這種方法并沒有那么瘋狂。