谷歌熱氣球上網計劃實現方法解密

文/炮炮 （微信公眾號：智圈）

谷歌雖然依靠搜尋引擎起家，可是最近幾年卻有些不務正業，總是瘋狂嘗試各種出人意料的新奇玩意，像無人駕駛汽車“Google car”，谷歌眼鏡“Google Glass”。

我們在 10 月份的中國專利公開列表中發現了一件 Google 的熱氣球專利，於是順手把這一系列的中美專利都抓了出來，試圖讓小夥伴們一窺熱氣球“Google Loon”有趣的技術思路。

很碰巧，在 11 月 6 號我們參加了 2015 第三屆深圳國際工業設計展，也看到了光啟的光啟的“雲端”號，定位為人煙稀少的地區提供無線上網和資料推送等服務，我們覺得這個其實跟熱氣球“Google Loon”也比較相似，所以一塊來說說光啟。

恩，還是從谷歌開始：

谷歌的設想是，讓熱氣球飄浮到 10km 至 20km 之間的高空（比一般民航飛機的高度要高），熱氣球上攜帶著無線網路訊號的收發器，為地面提供網際網路接入服務。

氣球利用不同高度的氣流流向不同實現移動：

這個設想看起來相當酷，但是問題來了：如果要實現這麼巨集偉的設想，需要克服哪些困難，又是如何做到的呢，我們從 Google 的 22 件氣球專利來尋找一下答案？

問題一：如何控制谷歌氣球的高度，並且使其能夠靈活乘上自西向東或自東向西的氣流呢？

方法一，將谷歌氣球變為黑白雙色：Google 氣球的第一件專利（pat2013017538）始於 2013 年，正是為解決這個問題而來:

這件專利很簡單，氣球的表面分成兩個部分，分別具有不同的吸光效能，而且氣球可以被驅動旋轉以改變不同部分面對太陽的面積，從而改變氣球內部氣體吸收太陽能的不同，通地這種方式可以控制氣球膨脹/收縮從而控制氣球升降。

就這樣結合前面介紹到的不同高度不同的氣流流向，氣球就可以通過調整高度實現運動方向的調節。

方法二：太陽能發電（pat20140048646），即在第一模式下利用太陽能發的電將氣體從氣球內轉移至高壓氣艙儲存以使浮力下降，在第二模式下將高壓氣艙裡的氣體衝至氣球內使浮力上升。

方法三：虛擬力互斥（pat2013017539），即每個氣球都對相鄰的氣球施加一個虛擬力，當距離超過R時是引力，小於R時是斥力，每個氣球受到的力的合力決定著氣球的運動。

問題二：氣球與氣球如何進行連線與網路通訊？

谷歌氣球並不僅僅是為偏遠地區提供網路，城市，甚至海洋都在考慮範圍之內，當然不同的區域氣球的密度也不一樣。

通過射頻訊號收發裝置，每隻氣球都與其他氣球連線在一起，從而構成了一個網狀網路，這將提高訊號的可靠性。

氣球可以自動將自由空間光通訊元件對準另外的氣球以進行光通訊（Pat20130177322）:

谷歌氣球也配備了備用訊號收發裝置和 GPS 定位裝置，因此谷歌可以跟蹤氣球所在位置。

除了實時獲取位置，還可以根據歷史運動資料預測氣球的位置，使光通訊元件能夠及時跟隨氣球，這樣能夠得到更高的網路傳輸速率（Pat20130179008）。

另外，還可利用相機拍攝其他的氣球，根據氣球的照片預測相鄰氣球的位置，並使自由空通訊元件的光軸指向預測的位置（pat20140099122）。

在通訊方面：氣球分成兩種，Super node 負責接入多個 sub node，Super node 通過自由空間光通訊與地面的基站連線，sub node 通過 RF 連線接入 Super node。

問題三：氣球與氣球之間如何聯動？

當預測到某個區域網路頻寬不足時，將周邊的氣球集中過去提供更多的網路頻寬（pat20130303218）

氣球網路中的氣球是分割槽域管理的，當檢測到有氣球進入或者即將進入新的區域時，更新氣球的狀態（pat20130238784）。

問題四：氣球如何進行發射與回收？

（pat20140042042）自動發射車上有多個發射單元，到達預定的位置時自動發射。

（pat20140014470）當檢測到氣球到達預定位置時，自動剪掉氣球， 回收裝置。

另外，當氣球的壽命終結或需要維修時，控制人員可以安排氣球有序地下降。

關於谷歌的的氣球原理也可以參考這個視訊：Google Project Loon 原理。

總體上：有人評論 21 世紀的谷歌有點像一百年前愛迪生和特斯拉的實驗室，總是帶給世界一件又一件的大膽的發明，我們對此深信不疑。

　　再來說說比較神祕的光啟“雲端”號

我們在展會裡看不到實物，所以試圖去專利裡去尋找一些答案：

經檢索，光啟高等理工研究院申請了 7 件浮空器相關的專利其中 3 件發明，4 件實用新型，所有專利的保護主題都是浮空器的囊皮，由於專利內容相似現僅拿一篇參考：

這件專利的發明點在於設定鍍鋁 PET 層 121 以及石墨烯－樹脂層 122。其中 PET 層反射陽光，石墨烯－樹脂層 122 用於快速散熱。

我們沒有發現更多有價值的與“雲端”號相關的專利資訊。

好吧，該點評一下了：在這些非常前沿的，沒有得到廣泛應用的領域，如果說外國巨頭企業的智慧財產權保護已經構成一個完整系統的話，中國企業只能算是在某一個模組上修修補補。光啟高等理工研究院與 Google X 實驗室分別是中美兩國非常具有代表性的前沿科技研究機構，如果讓光啟去開發，我相信 Google 專利裡揭露的這些技術一樣能夠開發出來，區別僅在於願不願意去做（geek 精神），有沒有土壤去做這種前沿，風險性非常高的專案。