英文原文：The Untold Story of Google’s Quest to Bring the Internet Everywhere—By Balloon
导语：美国《连线》杂志网络版周二刊登题为《谷歌气球项目背后不为人知的故事》(The Untold Story of Google’s Quest to Bring the Internet Everywhere—By Balloon)的文章，详细讲述了“谷歌气球”项目从构思、立项到攻坚、测试等各个环节的历程。
以下为文章全文：
“UFO”引发轰动
2012 年 10 月 16 日，艾伦·艾普林(Allen Epling)家一位客人的孙女发现天上有一个闪光的东西。身为天文爱好者的艾普林立刻拿起望远镜，他看到了一个闪着微光的管状物体漂浮在高空。他和妻子及客人们盯着这个东西看了两个多小时。“我认不出那是什么东西。”艾普林后来对当地记者说。
肯塔基州派克县(Pike County)还有很多人也看到了这个物体：肯塔基州警察局收到了很多报警电话。几天后，《阿巴拉契亚新闻速递》(Appalachian News-Express )刊登了一篇题为《天空中的神秘物体引发居民关注》(Mystery Object in Sky Captivates Locals)的报道。当地电视台也跟进了此事。就连 CNN 都进行了报道。UFO 爱好者网站 Ashtar Command Crew 则认为，这是银河联盟舰队造访地球的证据。不过艾普林并不认为这跟外星人有什么关系。可是，那到底是什么呢？
里奇·德瓦奥(Rich DeVaul)知道答案。他坐在加州山景城的会议室里通过 YouTube 观看其中的一则新闻报道时，不由得洋洋得意。这个神秘飞行器正是出自他的手笔。或者说，是他领导的谷歌团队的杰作。派克县的居民们看到的是“谷歌气球”的一次测试，这个野心勃勃的项目想要把互联网带给大批尚未领略到网络世界风采的人们——具体方法，则要借助数千个漂浮在 6 万英尺(约合 1.8 万米)高空的太阳能高压气球。
谷歌一心想要解决全世界的宽带问题。高速互联网相当于 21 世纪的电，但这个星球上的很多人至今仍处在“煤油灯时代”——甚至连美国的某些地方也不例外。全球能上网的人大约只有 27 亿。当然，把更多的人吸引到网络世界也符合谷歌的战略利益——毕竟，只要上网，就难免会点击几个谷歌广告。
谷歌气球会漂浮在高空，通过无线网络与为数不多的几个地面基站连接，然后相互传输信号。每个气球都可以为下方直径约 25 英里(约合 40 公里)的区域充当无线基站。在信号覆盖范围内，只要拥有一个谷歌发放的天线，便可通过一种 WiFi 变体技术获得宽带服务。这太了不起了，只需要很低的成本，便可为无缘上网的人提供网络服务。通过智能手机接入这种服务很快也将变得十分便宜。
近些年来，谷歌已经启动了众多试点项目。在美国，他们在堪萨斯城、奥斯汀、普罗佛等地推出了自主建设的高速互联网服务，还在大举游说政府将空闲的电视频段(即“白色空间”)分配给上网服务。但这些模式要么成本太高，要么太过复杂，难以应用到根本没有铺设线路的地区。于是，谷歌把低价上网服务的目光投向了一片不可思议的地方：天空。
6 月 15 日，经过了两年的研发后，谷歌终于新西兰基督城(Christchurch)的一次新闻发布会上公布了“谷歌气球”项目。就当新西兰总理约翰·基(John Key)发表讲话时，还有 30 个装有天线的气球仍然漂浮在太平洋上空，它们刚刚为当地大约 50 个家庭提供临时的上网服务。
这个数字能否扩大到 5 万？5000 万？5 亿？几十亿？这正是谷歌希望的。这个项目已经被谷歌正式定性为高风险、高回报的“登月项目”。之前的很多“登月项目”都涉及到计算机技术的挑战，例如无人驾驶汽车。但这一次，谷歌的成败与否却与气球技术密切相关——这种诞生于几个世纪前的飞行器至今仍有很多未解之谜。该项目需要更加精确地驾驶这些飞行器，而且飞行的时间也远超以往。为了实现谷歌气球项目，这家以计算机算法著称的公司，必须与凡尔纳(Jules Verne)笔下的天空探险家菲利斯·弗格(Phileas Fogg)的世界融为一体。换句话说，蒸汽朋克时代的小说将会成为现实。
构思与立项
Google X 或许是全世界唯一一家愿意花几百万美元开发互联网气球的机构了。这个创立于 2010 年初的实验室专门负责无人驾驶汽车和谷歌眼镜等 “登月计划”。德瓦奥从麻省理工学院毕业时以“记忆眼镜”为方向撰写了博士论文，他在苹果公司参与了一系列秘密研究后，于 2011 中加盟谷歌。
德瓦奥加入了 Google X 的“快速评估”(Rapid Evaluation)团队，他们的任务是对各种理念进行分类，把有可能成功的疯狂想法与完全无法成功的疯狂想法区分开来。“他们的思维弹性很大，有能力以不同的方式来看待世界。”Google X 实验室阿负责人斯特罗·泰勒(Astro Teller)说。泰勒给了德瓦奥一些等待评估的创意，其中一个是通过平流层的气球提供无线上网服务。谷歌 CEO 拉里·佩奇(Larry Page)经常提起这个想法，泰勒知道，谷歌联合创始人偏爱的项目通常更容易获得资金支持。所以，包括德瓦奥在内的众多技术专家早在几年前便开始思考气球通讯技术的前景。
但还有一个很重要的问题：气球要受制于风向的变化。如果你想让气球固定在某个位置，就必须通过外力来对抗风力，但结果几乎总是很糟。洛克希德马丁(Lockheed Martin)最近试图用太阳能飞艇实现这一设想。但在 2011 年的首测中，该公司的“高空长耐久力示范机”(High Altitude Long Endurance-Demonstrator)原型却未能到达预订高度，并迫降到宾夕法尼亚的一处丛林里。洛克希德马丁此后再也没有进行过测试。
德瓦奥开始考虑各种可能，他想出了另外一个办法：放弃需要巨大的能量来应对风力的巨型气球，转而采用更小、更便宜的气象气球，后一种气球有时可以在高空停留 40 天左右，而且能环绕地球飞行。“我想，为什么不放飞一组气球，覆盖整个地区呢？这有多么疯狂？”他说。
德瓦奥的设想有一个明显的缺陷：当这种气球展开长达数周的环球之旅时，想要控制它的方向将异常困难。但能否通过调整气球的高度来利用风流呢？你可以控制它们的升降，使之处于你所希望的风向区域。这项技术的关键是分析过去和现在的海量风流数据。数据可以通过美国国家海洋和大气管理局获得，而数据分析恰恰是德瓦奥的雇主最擅长的事情。德瓦奥猜测，借助恰当的气象学知识、高超的模拟技术以及庞大的计算资源，便可让气球进入理想的轨道，就像借助风力航行的帆船可以前往目标港口一样。与帆船一样，这些气球也不需要任何动力燃料。
这项计划有着浓厚的黑客情结，就像谷歌的数据中心一样——利用数不清的小服务器取代了过时的大型机。泰勒认为，这种方法的意义远不止局限于计算和气球领域。“一旦我们发现，利用数据可以更好、更便宜、更安全地开展项目时，我们当今的所有解决方案似乎都变成了 1.0 版。我们今后还会不断利用同样的模式。”他说。
初步测试成功
但在德瓦奥打造自己的气球战队前，他首先要让气球上搭载的 WiFi 网络能够正常使用。2011 年 8 月的一天，他开始了第一次测试。他使用了廉价的乳胶“探空”气球，但这种气球无法在高空中使用。(气球飞得越高，内部填充的气体与外部大气间的气压差便会增大。所以，除非气球使用很结实的材料制成，否则都会爆炸。最终，谷歌使用了表皮材料能够抵抗这种破坏力的高压气球。)他还联系到几个谷歌工程师，他们曾经在一次公关活动中，将绿色的 Android 吉祥物放飞到几千米的高空。“如果你们能把 Android 用探空气球放飞到太空边缘，或许也可以帮我把一台带有 WiFi 发射器的小型 Linux 电脑放飞上去。”德瓦奥对他们说。他将这几次测试称作是“伊卡洛斯测试”，名字取自希腊神话中的一个年轻角色，他用蜡制成了翅膀，但却因为飞得太高，距离太阳太近，导致翅膀融化而摔死。
他们开着德瓦奥的斯巴鲁森林人来到加州中央山谷的圣路易斯水库旁的恐龙岬，在那里给四个乳胶气球充满氦气。气球是从网上买的，每个大约 100 美元，氦气则是从焊工那里买的。每个气球都有一个 WiFi 发射器，可以与地面的接收器交换数据。准备就绪后，他们便把气球放飞了。
气球平稳上升，随后开始向东移动，速度很快。
“我从没认真想过这事儿。”德瓦奥承认。所有的发射装置仍然在地上，而第一对气球已经飞到几英里外了——它们很快就将遇到到速度接近 100 英里/小时的气流。德瓦奥和其他几个人跳进了斯巴鲁。车顶安放了定向天线，一个带有频谱分析仪(用来探测信号强度)，还有一个上面带有 WiFi 卡。他们在中央山谷杳无人烟的道路上飞奔。“我就像个疯子一样开车，就像是电影里演的风暴追逐者一样。”他说。
好在气球一边东移，一边上升，德瓦奥的斯巴鲁也最终追上了它们。大约开了 10 英里(约合 16 公里)，他们收到了信号。测试成功！
接下来的几个月，这个团队又展开了好几次类似的测试。德瓦奥越来越熟悉气球的走向，有时甚至能跑到气球前面。他还展开了更多的测试，以便了解当距离地面基站最近的气球能够上网时，多个气球之间能否相互传输信号。
最后一次“伊卡洛斯测试”是在 2011 年末。经过了几个小时的车程后，森林人的发电机因为在中央山谷的高温路面上长时间高速行驶而报废了。车完全开不了了，而那时，这辆 SUV 里面的电脑刚刚通过另外两个气球接力传输的 WiFi 信号加载了几个网页。
泰勒说，到 2012 年初， “这个项目已经不会再被取消了。”这时便需要加倍下注：组建更大的团队、测试更长的飞行、进一步改善设计、开始考虑如何为真正的用户提供宽带。由于德瓦奥更喜欢亲身参与研发，而不愿担任管理职位，谷歌让该公司的顶级搜索主管之一麦克·卡西迪(Mike Cassidy)来领导这个团队。卡西迪现在也被尊称为“代达罗斯”，这是希腊神话里伊卡洛斯的父亲，正是他帮助儿子制作了那对翅膀。
除了常规的无线网络工程师、无线电专家和计算机科学家外，谷歌气球团队还有一些令人意想不到的专业人士。“谷歌没有多少航天工程师，所以我们又招了几名。”卡西迪说，他本人也曾接受过航天训练。而由于负责发射和回收气球的团队经常要在崎岖不平的道路上作业，所以他又招了两名退伍老兵：一个是前海军特种兵，还有一个则是无人机驾驶员。“你让他们凌晨两点发射气球，他们都会欣然接受。”卡西迪说。而由于下一代气球需要将特制的聚乙烯薄膜缝合到一起，所以他还专门聘请了一些专业的裁缝。当业余气球爱好者、兼职气球咨询师丹·鲍温(Dan Bowen)决定辞职专心研究自己的爱好时，便在 LinkedIn 上更改了资料。不到两个星期，谷歌的招聘人员就给他打来了电话。
这些 Google X 部门的员工还与 Raven Aerostar 展开了合作，NASA (美国国家航空航天局)的近空间探测活动就曾使用过该公司的气球。他们将共同克服困扰气球爱好者好几个世纪的问题，包括飞行持续时间、控制、能量消耗等。最终，他们采用了双气囊设计(一个充氦气，另外一个充空气)，还配备了一套阀门系统，使之可以利用很少的能量实现高度调节。“气球比火箭还难搞。”德瓦奥说。
为了制造气球的外皮，Raven Aerostar 设计了一种特制的聚乙烯薄膜，厚度只有普通面包塑料袋的三倍，专门充氦气，不仅可以抗压，而且能在零下 50 华氏度(约合零下 46 摄氏度)的环境下保持柔软。该公司还在德克萨斯州萨尔弗斯普林斯(Sulphur Springs)为谷歌设计了一条生产线，并在南达科他州苏福尔斯(Sioux Falls)的总部所在地附近建起了第二条生产线。要知道，如果想用能发射互联网信号的 UFO 包围地球，肯定要生产很多才行。
攻克众多难关
由于在气球上安装了很多传感器来探测压力、温度等环境因素，所以谷歌通过测试积累了很多数据。(目前的版本可以传输 189 种数据。)这就需要将气球回收。当气球故障，或是谷歌想要收回气球时，便会启动一套放气机制，同时打开一个降落伞。早期的多数气球都落在农场里，而为了回收气球，团队里的几位退伍老兵不得不穿越崎岖的路面，有时甚至要翻越高山。在一次艰难的回收任务中，Google X 还顺带给谷歌地图团队纠正了一个错误。
有时，好奇的路人可能会比回收团队更早到达气球坠落点。谷歌也为此做好了准备，他们在上面用黑体字写明这只是一次无害的科学实验，并列出了“保罗”(Paul)的电话号码，让他为见到气球的人提供奖励。在大约 200 次测试中，只有两个气球没有收回。有一次，捡到气球的人没有打电话。(谷歌通过 GPS 锁定了地球的方位，但却并不想与之取得联系，以免泄露这个秘密项目。)第二个就是在肯塔基州引发骚乱的那个闪光的 UFO。在天上漂浮了 11 天后，它最终降落到加拿大境内。
在测试过程中，团队还开发了控制软件。第一个版本名叫伏尔甘(Vulcan)，后来又被一套名为“任务控制”(Mission Control)的全能操作系统取代。这套新系统可以分析美国国家海洋和大气管理局的风力数据(包括当前的状态和历史记录)，然后用谷歌的计算资源来规划理想的路线。(利用谷歌庞大的服务器网络，大概只需要 15 分钟就可以绘制出一周的飞行路线。)“任务控制”还可以引导气球进入正确的高度，追踪它们的“神经系统”和方位，然后将每个气球的状态和路线显示在地图上。另外，它还可以向当地的空管员发出信息，告知他们屏幕上闪烁的信号没有危害。由于这是一套纯粹的网络操作系统，因此谷歌气球团队可以通过任意的 PC 或平板电脑接入该系统。
然而，虽然经过了这么多测试，但最困难的还是如何让气球在地球上空连续飞行 100 天，甚至更长时间。有一种名为“全球水平探测技术”(Global Horizontal Sounding Technique，简称 GHOST)的气象探测气球曾经在上世纪 60 年代末创造过 744 天的持续飞行记录，但自那以后就再也没有一个气球接近过这一纪录。近期与之最接近的是 NASA 今年 2 月创造的 55 天，但气球的尺寸却远大于谷歌气球。而谷歌号称将定期以极低的成本实现两倍的连续飞行时间，这也就难怪会有人嘲笑谷歌了。“根本不可能——随便找个懂科学的人问问就知道了，就算三个星期都很少见。”著名气球驾驶者珀·林德斯特兰德(Per Lindstrand)说，他曾经高调批评过企业家理查德·布兰森(Richard Branson)。
但谷歌认为，他们已经通过改进技术突破了这个难题，包括高级的气球材料、紧密的阀门辅助配件，以及能够在低温下将泄漏量降到最小的定制垫圈。精通气球技术的 Raven Aerostar 副总裁朗·斯特罗斯切尼(Lon Stroschein)认为，谷歌的目标完全可行。谷歌自己的气球专家鲍温更是信心满满。“谷歌向这个项目投入的资源比历史上任何一个团体都多，包括所有的民间项目和政府项目。”他说，“我绝对相信能够达到我们所宣称的标准，甚至有可能超过这个标准。”
在新西兰亲身体验
群山环绕的特卡波湖(Lake Tekapo)位于新西兰南岛中部地区，这里是电影《指环王》的拍摄地。6 月 13 日，这里还是寒冬时节，天空万里无云。在一条空旷的沥青跑到旁，德瓦奥带着路人很快地参观了谷歌气球的发射台。
谷歌计划通过一系列测试向世界展示谷歌气球项目，这便是其中的第二次。两天前，一位名叫名叫查尔斯·尼莫(Charles Nimmo)的牧羊人兼企业家在 120 英里(约合 190 公里)外的小镇利斯顿成功连接到谷歌气球，并且迅速访问了谷歌主页。现在，穿着羊毛和羽绒背心的谷歌员工正围拢在一个巨大的油布四周，下面盖着 5 个气球和重达 22 磅(约合 10 千克)的电脑、电子设备和 GPS 设备，这都些设备都将随着气球一同升空。另外，每个气球上还都固定着一排太阳能面板。
发射时间到了。随着团队成员各就各位稳定了每个气球，一台仿佛从工业时代穿越而来的机器开始向气球内充氦气。透明的气球开始膨胀，很快从齐腰位置长高到 20 英尺(约合 6 米)。一个经典的气球就这样成型了，但在到达完全高度前，它们还不会变成南瓜形。
飞行工程师开始倒数。数到零时，一个带着牛仔帽的谷歌员工放掉了缆绳，这个庞然大物带着大量的设备一同升空。半透明的气球敏捷而平稳地升上天空，很快就跟谷歌眼镜上的像素点一样细小，无法分辨。
我们中的一些人挤进直升飞机，在气球飞向海岸的过程中超过了它。我们的目的地是 55 英里(约合 89 公里)外的农场，靠近一个名叫杰拉尔丁(Geraldine)的小镇。当直升机飞过山峦，穿越绵延数里的农田时，德瓦奥一直在他的 Nexus 平板电脑上追踪气球——谷歌当天共放飞了 5 个气球。我们在海登·麦肯泽(Hayden Mackezie)的农场里降落。
他和他的妻子安娜(Anna)直到昨天晚上才被邀请参加谷歌气球的测试，一直到在他们的房顶安装了特制的天线后——这是一个直径大约为 1 英尺(约合 0.3 米)的红球——谷歌才告诉他们详情。(“这听起来很疯狂，”麦肯泽说，“但你终归还是希望它能成功。”)谷歌气球团队的成员盛情迎接了我们，他们已经在那里等候了好几个小时。如果向天空看去，就能看到一个小白点，高高地挂在碧蓝的天空上。网络工程主管赛鲁斯·贝鲁兹(Cyrus Behroozi)和约翰·马瑟(Johan Mthe)确认现在可以上网了：那个红球已经接入了标准的 Netgear 路由器，WiFi 网络激活了。
安娜带着我们进到她家里，她刚出生不久的儿子就在里面睡觉。然后，她打开了一台看上去很古老的惠普(27.06, -0.25, -0.90%)笔记本。浏览器窗口打开后，内容显示出来。她连上网了！她上了当地的电子商务网站为丈夫查找拖拉机，屏幕上出现了很多农业机械的图片。网速似乎比 3G 快不了多少，但谷歌承诺，今后还会更快。关键在于确实能上网，我拿出 iPhone 后也连上了 WiFi，然后下载了电子邮件。
谷歌气球团队又一次让 Google X 没有理由关闭这个项目。随着该项目的公布，他们已经做好了加速的准备。下一步是在南纬 40 度线上，用 300 个气球环绕在新西兰、智利、阿根廷和澳大利亚上方。如果项目成功，“我们还会向北扩张到更多国家。”卡西迪说。
按照谷歌气球团队的设想，他们会在全球安装数千个这样的气球，然后将其回收到指定地点，每天再由多处运营中心发送数十个替换的气球。“别忘了，我们说过，还有数十亿人没有上网，”卡西迪说，“我们想帮助他们。”在更加偏远的地区，谷歌可以安装与社区热点相连的天线，并在电力供应不稳定的地区使用太阳能和电池。超低价智能手机已经是不可避免的趋势，该项目则是对这类设备的完美补充。
如果项目成功，谷歌可不仅仅是获得了自我满足，还能得到真金白银。但泰勒说，Google X 不会受到严格的财务限制。不过，当费用高企时，他的老板还是会让他“头脑清醒”地对待项目。“只要你只把赚钱当做目标，就会丧失一些积极影响。”他说，“整个谷歌都是这种这种态度——只要你把世界变得更美好，钱自然会来找你。”
通过气球上网的人与通过光纤、电缆和蜂窝基站上网的人一样多，似乎是件很疯狂的事情，甚至比 Ashtar Command Crew 的想法更疯狂。但当谷歌气球的新闻曝光后，却发生了一件令人意想不到的事情：如此大胆的项目几乎没有遭到任何的嘲笑或批评，舆论差不多是一边倒的赞扬之声。卡西迪说，在宣布该计划后的那个星期一，他收到了 850 封电子邮件，有超过 100 封使用了“令人鼓舞”这个词来形容该项目。
或许，“谷歌气球”(Project Loon)项目并没有那么疯狂(looney)。
用热气球“散播”无线网络信号的“潜鸟计划”，是谷歌X实验室里诞生的又一狂想。目前，大约三分之二的地球人仍无法上网，谷歌希望利用热气球为农村、偏远和欠发达地区提供廉价的互联网服务。谷歌的热气球漂浮于南阿尔卑斯山之前。这个热气球从新西兰南岛的 Tekapo 湖放飞。
谷歌的“Loon 项目(Project Loon)”来自谷歌“X实验室”。该项目计划将用于互联网接入的热气球放飞至平流层。谷歌X实验室的其他项目还包括谷歌眼镜和无人驾驶汽车。
这一项目曾在加州中央谷附近进行秘密测试。在 Moffett Field 机场的一处机库，由超薄聚乙烯制成的气球正在充气，充气完成后直径将达到 49 英尺(约合 15 米)。
在新西兰，气球放飞前的一张照片显示，太阳能面板和电力供应正在做准备。
在试验中，高海拔气球被放飞至地球与太空的边缘。
谷歌团队从加州X实验室来到新西兰，使这一项目成为现实。
气球被铺在地上，谷歌工程师在对气球搭载的信号传输设备做最后检查
谷歌团队成员乔丹·米塞利正准备电力供应，这个气球将被放飞至距离地面 12 英里(约合 1.93 万米)的高空。
这一项目仍处于试验阶段，谷歌希望气球能在发展中国家和农村地区收发 3G 互联网信号。
全球2/3 的人口仍缺少价格适中的互联网接入服务，而 48 亿人仍无法上网。
新西兰克里斯特切奇的居民塔尼亚·吉尔克里斯特是与“Loon 项目”签约的 50 名测试者之一，不过她并不知道“Loon 项目”是什么。她家的房顶上安装了谷歌的红色接收器，这一接收器可以接收气球上设备发出的信号。
谷歌工程师从美国宇航局、美国国防部和喷气推进实验室学习气球技术，从而自主设计了由塑料薄膜制成的飞行器。
项目最复杂的部分在于手工制作坚固、轻便、耐久的气球，能够应对平流层中的温度和气压变化。
谷歌发布了第一批气球飞行的照片。这张照片中的气球已经完全充气。
太阳能面板和超高压气球被带往新西兰的 Tekapo 湖地区。谷歌选择这一地区是由于这里相对偏远。
在任务指挥室，谷歌工程师使用了来自美国国家海洋与大气管理局的数据，操纵位于雪上顶上的气球，让气球顺着正确的风向飞行。
本周，30 个搭载信号传输设备的气球从新西兰南岛的 Tekapo 湖被放飞。
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