連線雜誌：谷歌氣球項目背後的故事

導語：美國《連線》雜誌網絡版周二刊登題為《谷歌氣球項目背后不為人知的故事》(The Untold Story of Google’s Quest to Bring the Internet Everywhere—By Balloon)的文章，詳細講述了“谷歌氣球”項目從構思、立項到攻堅、測試等各個環節的歷程。

以下為文章全文：

“UFO”引發轟動

2012年10月16日，艾倫·艾普林(Allen Epling)家一位客人的孫女發現天上有一個閃光的東西。身為天文愛好者的艾普林立刻拿起望遠鏡，他看到了一個閃微光的管狀物體漂浮在高空。他和妻子及客人們盯這個東西看了兩個多小時。“我認不出那是什麼東西。”艾普林后來對當地記者。

肯塔基州派克縣(Pike County)還有很多人也看到了這個物體：肯塔基州警察局收到了很多報警電話。幾天后，《阿巴拉契亞新聞速遞》(Appalachian News-Express )刊登了一篇題為《天空中的神秘物體引發居民關注》(Mystery Object in Sky Captivates Locals)的報導。當地電視台也跟進了此事。就連CNN都進行了報導。UFO愛好者網站Ashtar Command Crew則認為，這是銀河聯盟艦隊造訪地球的證據。不過艾普林並不認為這跟外星人有什麼關係。可是，那到底是什麼呢？

裏奇·德瓦奧(Rich DeVaul)知道答案。他坐在加州山景城的會議室裏通過YouTube觀看其中的一則新聞報導時，不由得洋洋得意。這個神秘飛行器正是出自他的手筆。或者，是他領導的谷歌團隊的傑作。派克縣的居民們看到的是“谷歌氣球”的一次測試，這個野心勃勃的項目想要把互聯網帶給大批尚未領略到網絡世界風采的人們——具體方法，則要借助數千個漂浮在6萬英尺(約合1.8萬米)高空的太陽能高壓氣球。

谷歌一心想要解決全世界的寬頻問題。高速互聯網相當於21世紀的電，但這個星球上的很多人至今仍處在“煤油燈時代”——甚至連美國的某些地方也不例外。全球能上網的人大約只有27億。當然，把更多的人吸引到網絡世界也符合谷歌的戰略利益——畢竟，只要上網，就難免會點擊幾個谷歌廣告。

谷歌氣球會漂浮在高空，通過無線網絡與為數不多的幾個地面基站連接，然后相互傳輸信號。每個氣球都可以為下方直徑約25英裏(約合40公里)的區域充當無線基站。在信號覆蓋範圍內，只要擁有一個谷歌發放的天線，便可通過一種WiFi變體技術獲得寬頻服務。這太了不起了，只需要很低的成本，便可為無緣上網的人提供網絡服務。通過智能手機接入這種服務很快也將變得十分便宜。

近些年來，谷歌已經啟動了多試點項目。在美國，他們在堪薩斯城、奧斯汀、普羅佛等地推出了自主建設的高速互聯網服務，還在大舉遊說政府將空的電視頻段(即“白色空間”)分配給上網服務。但這些模式要麼成本太高，要麼太過複雜，難以應用到根本沒有鋪設線路的地區。於是，谷歌把低價上網服務的目光投向了一片不可思議的地方：天空。

6月15日，經過了兩年的研發后，谷歌終於新西蘭基督城(Christchurch)的一次新聞發布會上公佈了“谷歌氣球”項目。就當新西蘭總理約翰·基(John Key)發表講話時，還有30個裝有天線的氣球仍然漂浮在太平洋上空，它們剛剛為當地大約50個家庭提供臨時的上網服務。

這個數字能否擴大到5萬？5000萬？5億？幾十億？這正是谷歌希望的。這個項目已經被谷歌正式定性為高風險、高回報的“登月項目”。之前的很多“登月項目”都涉及到計算機技術的挑戰，例如無人駕駛汽車。但這一次，谷歌的成敗與否卻與氣球技術密切相關——這種誕生於幾個世紀前的飛行器至今仍有很多未解之謎。該項目需要更加精確地駕駛這些飛行器，而且飛行的時間也遠超以往。為了實現谷歌氣球項目，這家以計算機算法著稱的公司，必須與凡爾納(Jules Verne)筆下的天空探險家菲利斯·弗格(Phileas Fogg)的世界融為一體。換句話，蒸汽朋克時代的小將會成為現實。

構思與立項

Google X或許是全世界唯一一家願意花幾百萬美元開發互聯網氣球的機構了。這個創立於2010年初的實驗室專門負責無人駕駛汽車和谷歌眼鏡等 “登月計劃”。德瓦奧從麻省理工學院畢業時以“記憶眼鏡”為方向撰寫了博士論文，他在蘋果公司參與了一系列秘密研究后，於2011中加盟谷歌。

[NT:PAGE=$]德瓦奧加入了Google X的“快速評估”(Rapid Evaluation)團隊，他們的任務是對各種理念進行分類，把有可能成功的瘋狂想法與完全無法成功的瘋狂想法區分開來。“他們的思維彈性很大，有能力以不同的方式來看待世界。”Google X實驗室阿負責人斯特羅·泰勒(Astro Teller)。泰勒給了德瓦奧一些等待評估的創意，其中一個是通過平流層的氣球提供無線上網服務。谷歌CEO拉裏·佩奇(Larry Page)經常提起這個想法，泰勒知道，谷歌聯合創始人偏愛的項目通常更容易獲得資金支持。所以，包括德瓦奧在內的多技術專家早在幾年前便開始思考氣球通訊技術的前景。

但還有一個很重要的問題：氣球要受制於風向的變化。如果你想讓氣球固定在某個位置，就必須通過外力來對抗風力，但結果几乎總是很糟。洛克希德馬丁(Lockheed Martin)最近試圖用太陽能飛艇實現這一設想。但在2011年的首測中，該公司的“高空長耐久力示範機”(High Altitude Long Endurance-Demonstrator)原型卻未能到達預訂高度，並迫降到賓夕法尼亞的一處叢林裏。洛克希德馬丁此后再也沒有進行過測試。

德瓦奧開始考慮各種可能，他想出了另外一個辦法：放棄需要巨大的能量來應對風力的巨型氣球，轉而採用更小、更便宜的氣象氣球，后一種氣球有時可以在高空停留40天左右，而且能環繞地球飛行。“我想，為什麼不放飛一組氣球，覆蓋整個地區呢？這有多麼瘋狂？”他。

德瓦奧的設想有一個明顯的缺陷：當這種氣球展開長達數周的環球之旅時，想要控制它的方向將異常困難。但能否通過調整氣球的高度來利用風流呢？你可以控制它們的升降，使之處於你所希望的風向區域。這項技術的關鍵是分析過去和現在的海量風流數據。數據可以通過美國國家海洋和大氣管理局獲得，而數據分析恰恰是德瓦奧的雇主最擅長的事情。德瓦奧猜測，借助恰當的氣象學知識、高超的模擬技術以及龐大的計算資源，便可讓氣球進入理想的軌道，就像借助風力航行的帆船可以前往目標港口一樣。與帆船一樣，這些氣球也不需要任何動力燃料。

這項計劃有濃厚的黑客情結，就像谷歌的數據中心一樣——利用數不清的小伺服器取代了過時的大型機。泰勒認為，這種方法的意義遠不止局限於計算和氣球領域。“一旦我們發現，利用數據可以更好、更便宜、更安全地開展項目時，我們當今的所有解決方案似乎都變成了1.0版。我們今后還會不斷利用同樣的模式。”他。

初步測試成功

但在德瓦奧打造自己的氣球戰隊前，他首先要讓氣球上搭載的WiFi網絡能夠正常使用。2011年8月的一天，他開始了第一次測試。他使用了廉價的乳膠“探空”氣球，但這種氣球無法在高空中使用。(氣球飛得越高，內部填充的氣體與外部大氣間的氣壓差便會增大。所以，除非氣球使用很結實的材料製成，否則都會爆炸。最終，谷歌使用了表皮材料能夠抵抗這種破壞力的高壓氣球。)他還聯繫到幾個谷歌工程師，他們曾經在一次公關活動中，將綠色的Android吉祥物放飛到幾千米的高空。“如果你們能把Android用探空氣球放飛到太空邊緣，或許也可以幫我把一台帶有WiFi發射器的小型Linux電腦放飛上去。”德瓦奧對他們。他將這幾次測試稱作是“伊卡洛斯測試”，名字取自希臘神話中的一個年輕角色，他用蠟製成了翅膀，但卻因為飛得太高，距離太陽太近，導致翅膀融化而摔死。

他們開德瓦奧的斯巴魯森林人來到加州中央山谷的聖路易斯水庫旁的恐龍岬，在那裏給四個乳膠氣球充滿氦氣。氣球是從網上買的，每個大約100美元，氦氣則是從焊工那裏買的。每個氣球都有一個WiFi發射器，可以與地面的接收器交換數據。准備就緒后，他們便把氣球放飛了。

氣球平穩上升，隨后開始向東移動，速度很快。

“我從沒認真想過這事兒。”德瓦奧承認。所有的發射裝置仍然在地上，而第一對氣球已經飛到幾英裏外了——它們很快就將遇到到速度接近100英裏/小時的氣流。德瓦奧和其他幾個人跳進了斯巴魯。車頂安放了定向天線，一個帶有頻譜分析儀(用來探測信號強度)，還有一個上面帶有WiFi卡。他們在中央山谷杳無人煙的道路上飛奔。“我就像個瘋子一樣開車，就像是電影裏演的風暴追逐者一樣。”他。

好在氣球一邊東移，一邊上升，德瓦奧的斯巴魯也最終追上了它們。大約開了10英裏(約合16公里)，他們收到了信號。測試成功！

接下來的幾個月，這個團隊又展開了好幾次類似的測試。德瓦奧越來越熟悉氣球的走向，有時甚至能跑到氣球前面。他還展開了更多的測試，以便了解當距離地面基站最近的氣球能夠上網時，多個氣球之間能否相互傳輸信號。

最后一次“伊卡洛斯測試”是在2011年末。經過了幾個小時的車程后，森林人的發電機因為在中央山谷的高溫路面上長時間高速行駛而報廢了。車完全開不了了，而那時，這輛SUV裏面的電腦剛剛通過另外兩個氣球接力傳輸的WiFi信號加載了幾個網頁。

泰勒，到2012年初， “這個項目已經不會再被取消了。”這時便需要加倍下注：組建更大的團隊、測試更長的飛行、進一步改善設計、開始考慮如何為真正的用戶提供寬頻。由於德瓦奧更喜歡親身參與研發，而不願擔任管理職位，谷歌讓該公司的頂級搜索主管之一麥克·卡西迪(Mike Cassidy)來領導這個團隊。卡西迪現在也被尊稱為“代達羅斯”，這是希臘神話裏伊卡洛斯的父親，正是他幫助兒子製作了那對翅膀。

除了常規的無線網絡工程師、無線電專家和計算機科學家外，谷歌氣球團隊還有一些令人意想不到的專業人士。“谷歌沒有多少航天工程師，所以我們又招了幾名。”卡西迪，他本人也曾接受過航天訓練。而由於負責發射和回收氣球的團隊經常要在崎嶇不平的道路上作業，所以他又招了兩名退伍老兵：一個是前海軍特種兵，還有一個則是無人機駕駛員。“你讓他們凌晨兩點發射氣球，他們都會欣然接受。”卡西迪。而由於下一代氣球需要將特製的聚乙烯薄膜縫合到一起，所以他還專門聘請了一些專業的裁縫。當業餘氣球愛好者、兼職氣球諮詢師丹·鮑溫(Dan Bowen)決定辭職專心研究自己的愛好時，便在LinkedIn上更改了資料。不到兩個星期，谷歌的招聘人員就給他打來了電話。

這些Google X部門的員工還與Raven Aerostar展開了合作，NASA(美國國家航空航天局)的近空間探測活動就曾使用過該公司的氣球。他們將共同克服困擾氣球愛好者好幾個世紀的問題，包括飛行持續時間、控制、能量消耗等。最終，他們採用了雙氣囊設計(一個充氦氣，另外一個充空氣)，還配備了一套閥門系統，使之可以利用很少的能量實現高度調節。“氣球比火箭還難搞。”德瓦奧。

為了製造氣球的外皮，Raven Aerostar設計了一種特製的聚乙烯薄膜，厚度只有普通麵包塑料袋的三倍，專門充氦氣，不僅可以抗壓，而且能在零下50華氏度(約合零下46攝氏度)的環境下保持柔軟。該公司還在德克薩斯州薩爾弗斯普林斯(Sulphur Springs)為谷歌設計了一條生，並在南達科他州蘇福爾斯(Sioux Falls)的總部所在地附近建起了第二條生。要知道，如果想用能發射互聯網信號的UFO包圍地球，肯定要生很多才行。

攻克多難關

由於在氣球上安裝了很多感測器來探測壓力、溫度等環境因素，所以谷歌通過測試積累了很多數據。(目前的版本可以傳輸189種數據。)這就需要將氣球回收。當氣球故障，或是谷歌想要收回氣球時，便會啟動一套放氣機制，同時打開一個降落傘。早期的多數氣球都落在農場裏，而為了回收氣球，團隊裏的幾位退伍老兵不得不穿越崎嶇的路面，有時甚至要翻越高山。在一次艱難的回收任務中，Google X還順帶給谷歌地圖團隊糾正了一個錯誤。

有時，好奇的路人可能會比回收團隊更早到達氣球墜落點。谷歌也為此做好了准備，他們在上面用黑体字寫明只是一次無害的科學實驗，並列出了“保羅”(Paul)的電話號碼，讓他為見到氣球的人提供獎勵。在大約200次測試中，只有兩個氣球沒有收回。有一次，撿到氣球的人沒有打電話。(谷歌通過GPS鎖定了地球的方位，但卻並不想與之取得聯繫，以免泄露這個秘密項目。)第二個就是在肯塔基州引發騷亂的那個閃光的UFO。在天上漂浮了11天后，它最終降落到加拿大境內。

在測試過程中，團隊還開發了控制軟件。第一個版本名叫伏爾甘(Vulcan)，后來又被一套名為“任務控制”(Mission Control)的全能作業系統取代。這套新系統可以分析美國國家海洋和大氣管理局的風力數據(包括當前的狀態和歷史記錄)，然后用谷歌的計算資源來規劃理想的路線。(利用谷歌龐大的伺服器網絡，大概只需要15分鐘就可以繪製出一周的飛行路線。)“任務控制”還可以引導氣球進入正確的高度，追蹤它們的“神經系統”和方位，然后將每個氣球的狀態和路線顯示在地圖上。另外，它還可以向當地的空管員發出信息，告知他們屏幕上閃爍的信號沒有危害。由於這是一套純粹的網絡作業系統，因此谷歌氣球團隊可以通過任意的PC或平板電腦接入該系統。

然而，雖然經過了這麼多測試，但最困難的還是如何讓氣球在地球上空連續飛行100天，甚至更長時間。有一種名為“全球水平探測技術”(Global Horizontal Sounding Technique，簡稱GHOST)的氣象探測氣球曾經在上世紀60年代末創造過744天的持續飛行記錄，但自那以后就再也沒有一個氣球接近過這一紀錄。近期與之最接近的是NASA今年2月創造的55天，但氣球的尺寸卻遠大於谷歌氣球。而谷歌號稱將定期以極低的成本實現兩倍的連續飛行時間，這也就難怪會有人嘲笑谷歌了。“根本不可能——隨便找個懂科學的人問問就知道了，就算三個星期都很少見。”著名氣球駕駛者珀·林德斯特蘭德(Per Lindstrand)，他曾經高調批評過企業家理查德·布蘭森(Richard Branson)。

但谷歌認為，他們已經通過改進技術突破了這個難題，包括高級的氣球材料、緊密的閥門輔助配件，以及能夠在低溫下將泄漏量降到最小的定製墊圈。精通氣球技術的Raven Aerostar副總裁朗·斯特羅斯切尼(Lon Stroschein)認為，谷歌的目標完全可行。谷歌自己的氣球專家鮑溫更是信心滿滿。“谷歌向這個項目投入的資源比歷史上任何一個團體都多，包括所有的民間項目和政府項目。”他，“我對相信能夠達到我們所宣稱的準，甚至有可能超過這個準。”

在新西蘭親身體驗

群山環繞的特卡波湖(Lake Tekapo)位於新西蘭南島中部地區，這裏是電影《指環王》的拍攝地。6月13日，這裏還是寒冬時節，天空萬里無雲。在一條空曠的瀝青跑到旁，德瓦奧帶路人很快地參觀了谷歌氣球的發射台。

[NT:PAGE=$]谷歌計劃通過一系列測試向世界展示谷歌氣球項目，這便是其中的第二次。兩天前，一位名叫名叫查爾斯·尼莫(Charles Nimmo)的牧羊人兼企業家在120英裏(約合190公里)外的小鎮利斯頓成功連接到谷歌氣球，並且迅速訪問了谷歌主頁。現在，穿羊毛和羽絨背心的谷歌員工正圍攏在一個巨大的油布四周，下面蓋5個氣球和重達22磅(約合10千克)的電腦、電子設備和GPS設備，這都些設備都將隨氣球一同升空。另外，每個氣球上還都固定一排太陽能面板。

發射時間到了。隨團隊成員各就各位穩定了每個氣球，一台彷彿從工業時代穿越而來的機器開始向氣球內充氦氣。透明的氣球開始膨脹，很快從齊腰位置長高到20英尺(約合6米)。一個經典的氣球就這樣成型了，但在到達完全高度前，它們還不會變成南瓜形。

飛行工程師開始倒數。數到零時，一個帶牛仔帽的谷歌員工放掉了纜繩，這個龐然大物帶大量的設備一同升空。半透明的氣球敏捷而平穩地升上天空，很快就跟谷歌眼鏡上的像素點一樣細小，無法分辨。

我們中的一些人擠進直升飛機，在氣球飛向海岸的過程中超過了它。我們的目的地是55英裏(約合89公里)外的農場，靠近一個名叫傑拉爾丁(Geraldine)的小鎮。當直升機飛過山巒，穿越綿延數裏的農田時，德瓦奧一直在他的Nexus平板電腦上追蹤氣球——谷歌當天共放飛了5個氣球。我們在海登·麥肯澤(Hayden Mackezie)的農場裏降落。

他和他的妻子安娜(Anna)直到昨天晚上才被邀請參加谷歌氣球的測試，一直到在他們的房頂安裝了特製的天線后——這是一個直徑大約為1英尺(約合0.3米)的紅球——谷歌才告訴他們詳情。(“這聽起來很瘋狂，”麥肯澤，“但你終歸還是希望它能成功。”)谷歌氣球團隊的成員盛情迎接了我們，他們已經在那裏等候了好幾個小時。如果向天空看去，就能看到一個小白點，高高地掛在碧藍的天空上。網絡工程主管賽魯斯·貝魯茲(Cyrus Behroozi)和約翰·馬瑟(Johan Mthe)確認現在可以上網了：那個紅球已經接入了準的Netgear路由器，WiFi網絡激活了。

安娜帶我們進到她家裏，她剛出生不久的兒子就在裏面睡覺。然后，她打開了一台看上去很古老的惠普筆記本。瀏覽器窗口打開后，內容顯示出來。她連上網了！她上了當地的電子商務網站為丈夫查找拖拉機，屏幕上出現了很多農業機械的圖片。網速似乎比3G快不了多少，但谷歌承諾，今后還會更快。關鍵在於確實能上網，我拿出iPhone后也連上了WiFi，然后下載了電子郵件。

谷歌氣球團隊又一次讓Google X沒有理由關閉這個項目。隨該項目的公佈，他們已經做好了加速的准備。下一步是在南緯40度線上，用300個氣球環繞在新西蘭、智利、阿根廷和澳大利亞上方。如果項目成功，“我們還會向北擴張到更多國家。”卡西迪。

按照谷歌氣球團隊的設想，他們會在全球安裝數千個這樣的氣球，然后將其回收到指定地點，每天再由多處運營中心發送數十個替換的氣球。“別忘了，我們過，還有數十億人沒有上網，”卡西迪，“我們想幫助他們。”在更加偏遠的地區，谷歌可以安裝與社區熱點相連的天線，並在電力供應不穩定的地區使用太陽能和電池。超低價智能手機已經是不可避免的趨勢，該項目則是對這類設備的完美補充。

如果項目成功，谷歌可不僅僅是獲得了自我滿足，還能得到真金白銀。但泰勒，Google X不會受到嚴格的財務限制。不過，當費用高企時，他的老闆還是會讓他“頭腦清醒”地對待項目。“只要你只把賺錢當做目標，就會喪失一些積極影響。”他，“整個谷歌都是這種這種態度——只要你把世界變得更美好，錢自然會來找你。”

通過氣球上網的人與通過光纖、電纜和蜂窩基站上網的人一樣多，似乎是件很瘋狂的事情，甚至比Ashtar Command Crew的想法更瘋狂。但當谷歌氣球的新聞曝光后，卻發生了一件令人意想不到的事情：如此大膽的項目几乎沒有遭到任何的嘲笑或批評，輿論差不多是一邊倒的讚揚之聲。卡西迪，在宣佈該計劃后的那個星期一，他收到了850封電子郵件，有超過100封使用了“令人鼓舞”這個詞來形容該項目。

或許，“谷歌氣球”(Project Loon)項目並沒有那麼瘋狂(looney)。(思遠)