Google Loon je pripravený, telekomunikačné úrady nie

0

Ambiciózny a na prvý pohľad možno trochu šialený projekt Googlu je pripravený na uvedenie do prevádzky. V ceste mu však už nestoja technologické problémy, ale tie právne. Ako je na tom projekt Loon dnes, po niekoľkých rokoch dobrodružného vývoja?

Projekt Loon sa dá charakterizovať ako budovanie rozsiahlej siete balónov v stratosfére, ktorej účelom je zabezpečenie internetového pokrytia v odľahlých, chudobných alebo infraštruktúrne nevyspelých oblastiach sveta. Polovica ľudí z dnešnej 7,5-miliardovej populácie nemá prístup na internet, pričom kým pri niektorých sa potenciál zmeny otvára na najbližšie roky či dekády, pre iných zostáva zrejme na celý ich život len snom.

Na zemi existujú oblasti, v ktorých ľudia bývajú stovky či dokonca tisíce kilometrov od významnejších mestských centier. Pritom ich môže deliť množstvo neobývaných planín, lesov, pralesov či púští. Ide napríklad o mnohé oblasti Austrálie, Afriky, Južnej Ameriky či Ázie, kde je nezriedkavo pozemná telekomunikačná infraštruktúra celkom neekonomická.

Prvé ostré testovanie systému Loon na Novom Zélande v roku 2013

Jedna vec je stavať drahé telekomunikačné vysielače v meste so 100 000 obyvateľmi a vec druhá pokrývať 100 000 ľudí, ktorí sú nerovnomerne rozmiestnení v maličkých dedinkách na niekoľko stoviek či tisíckilometrovom priestranstve. Zisk spoločnosti zo zákazníkov môže byť síce podobný, avšak v tom druhom prípade je vybudovanie siete neporovnateľne finančne náročnejšie a jej návratnosť sa môže rátať na storočia.

Kým odľahlejším oblastiam v bohatších krajinách môže Loon priniesť výrazné zlepšenie stávajúcich služieb, pre ľudí z chudobnejších krajín môže byť východiskom z chudoby. Pomocou Google Loon je možné vybudovať telekomunikačnú infraštruktúru za malý zlomok ceny tej štandardnej, pričom efekt internetu na vzdelanie a zlepšenie pracovných možností je nesporný.

Mnohé štúdie ukázali, že zlepšenie internetového pokrytia obyvateľstva o 10 %, prinesie krajine 1,4 % nárast HDP ročne. V plnej prevádzke by tak Google Loon mohol zdvojnásobiť rast kvality životného štandardu polovice krajín na svete. Netreba pritom zabudnúť ani na potenciál v bohatších a internetom dávno pokrytých lokalitách.

Balóny sa môžu stať záchranou v prípade prírodných nešťastí, ako sú napríklad hurikány či zemetrasenia (dočasné vyradenie pozemných vysielačov poškodením alebo výpadkom prúdu). Pri rýchlej reakcii, ktorá je v prípade hurikánu možná aj vopred, by balóny rýchlo doleteli nad danú oblasť a poskytli cenné komunikačné a informačné spojenia.

Ako a kde všade Google Loon lieta?

Balóny projektu Loon lietajú vo výške 20 km, čo je zhruba dvojnásobok výšky letu bežných komerčných lietadiel. V základe ide vlastne o zavesenie telekomunikačných stožiarov hlavou dolu do vzduchu, vďaka čomu projekt dostal aj meno Loon, čo je nielen koncovka anglického slova balón (balloon), ale zároveň aj pomenovanie pre blázna, pomätenca či skrátka cvoka.

Úspech v žiadnom prípade nie je zaručený a všetko si vyžaduje vývoj inovatívnych a doposiaľ v takomto meradle nepoužívaných riešení. V prvom rade je potrebná balónová konštrukcia, ktorá umožní letieť tam, kam chceme, vydrží vo vzduchu niekoľko mesiacov, zvládne prevádzkovať elektroniku v extrémnom prostredí (-65 až -85 °C) a dokáže spoľahlivo komunikovať nielen so zemou, ale aj s inými balónmi na vytvorenie neprerušenej siete.

Okrem toho potrebujeme riadiace stredisko, ktoré bude balóny obsluhovať, kontrovať a na konci životnosti vyraďovať z činnosti a takisto je nevyhnutné balóny aj čo možno najlacnejšie a najjednoduchšie vyrábať a vypúšťať vo veľkom množstve.

Príprava prvého ostrého testu na Novom Zélande

Prvé testovanie v rámci reálneho nasadenia Google vykonal v roku 2013 na Novom Zélande, konkrétne v južnej časti ostrova v regióne Canterbury. Vývojový tím tu vypustil celkom 30 balónov z miesta, ktoré poskytol lokálny farmár. Ten sa spoločne s asi 50 ďalšími ľuďmi z okolia už roky trápi s mizerným pripojením, pri ktorom načítanie obyčajnej webovej stránky trvá niekoľko minút, a preto ochotne s Googlom spolupracoval.

Balóny sa následne vydali na cestu okolo sveta, čo vzhľadom na pozíciu Nového Zélandu znamená zhruba 1000 km dlhú púť (cca 40-krát menej ako na rovníku). Šlo o okruh okolo Antarktídy, pri ktorom balóny lietali nad Južným oceánom tesne pod Austráliou a Novým Zélandom, pretínajúc južný cíp Južnej Ameriky.

Cesta trvala balónom 22 dní a pokiaľ sa ich vypustí dostatok s rovnomerným rozstupom, môžu vytvoriť neprerušenú reťaz internetového pokrytia na celej rovnobežke. Experiment bol úspešný a Google potvrdil, že tento koncept je v základe možné uskutočniť. Šlo pravdaže o ranné prototypy balónov (väčšina 22-dňový okruh nezvládla), pričom ani zďaleka neboli pripravené na veľkovýrobu.

Monitorovanie vypustených balónov

Pre Google však šlo o znamenie, že sa môže pustiť do vývoja pokročilejšieho riešenia, ktoré je možné rýchlo budovať, efektívne ovládať a dlhodobo prevádzkovať bez prerušenia prakticky po celom nepripojenom svete.

Balón nie je lietadlo a nemá žiadny pohon, ktorý by ho tlačil dopredu. Jeho jediným horizontálnym pohybovým mechanizmom sú existujúce veterné prúdy, ktoré sa musí naučiť využívať. V stratosfére sa neprestajne nachádza množstvo rozličných veterných vrstiev, v ktorých vietor fúka nielen v rozličných rýchlostiach, ale aj v rozličnom smere.

Ak teda chceme balón zrýchliť, spomaliť alebo poslať iným smerom, obvykle stačí upraviť jeho výšku letu. To je možné napríklad tak, že čerpadlom odčerpáme časť jeho plynu do tlakových nádob, čím balón klesne, alebo naopak plyn do neho pridáme a balón stúpa. Google investoval do štúdia veterných prúdov v posledných rokoch značné množstvo úsilia, pričom sa v predpovedaní toho, kam sa balóny budú uberať, stále viac zlepšuje.

Veterné prúdy a ich rýchlsoť

Na začiatku používal hlavne veterná dáta od NOAA (americký Národný úrad pre oceán a atmosféru), ktoré sú zberané krátkodobo pomocou jednoduchých veterných balónov, avšak postupom času sa stal Google sám v tejto oblasti autoritou, pretože pomocou svojich balónov získava dáta omnoho dlhodobejšie a jeho odhady sú teda presnejšie.

Ovládnutie vetra nie je triviálna záležitosť. Stratosferické balóny sú značne objemné a po nafúknutí zaberajú veľké množstvo priestoru. Vietor sa tak do nich oprie ako do natiahnutej lodnej plachty, výsledkom čoho je okamžitá akcelerácia.

Balóny však s vetrom nebojujú a rýchlo sa stávajú súčasťou veterného prúdu. Google v rámci testov umiestnil na palubu aj mikrofóny, v snahe ľahko zistiť veternosť podľa zvukových ruchov, avšak prakticky vždy boli tiché. Do balóna teda rýchly vietor vôbec neudiera a jeho konštrukcia si v tejto výške užíva prakticky príjemné a nerušivé bezvetrie. Pohybuje sa totiž tak rýchlo, ako vzduch okolo.

V rôznych výškach fúka vietor rôznymi smermi, čo je možné využiť na riadenie len zmenou výšky

Ideálne by pravdaže bolo, keby sme niekde našli miesto, kde by balón mohol stáť na mieste z dôvodu úplného bezvetria. Takéto oblasti síce krátkodobo existujú, ale len málokedy sa nachádzajú tam, kde treba pokrytie. S vetrom sa teda musíme vyrovnať a balóny nechať „tancovať“ a posúvať ich tak, aby vždy na potrebnom mieste nejaký bol. Rýchlosť a smer vetra sa však neustále mení.

Ak sú balóny vypúšťané v pravidelných intervaloch tak, aby boli napríklad 50 km od seba, postupom času rozdiely v rýchlosti vetra spôsobia zmenšovanie odstupu na jednom mieste a zväčšovanie na inom. To by v praxi vyústilo do výpadku pokrytia, takže balóny je nutné neustále presúvať do veterných vrstiev s rýchlejším alebo pomalším prúdením, aby bol rozstup dodržaný.

Cieľom pravdaže nie je vyvinúť systém, pri ktorom každý balón bude na diaľku ovládať ľudský pilot. Riadiaci systém to musí zvládať automaticky, a to aj v prípade, že ovláda nielen stovky, ale aj tisíce balónov súčasne.

Ventil na čerpanie a odčerpávanie vzduchu do oddelenej konštrukcie mimo hélia, pre zmenu váhy balónu a tým úpravu výšky

V prvých rokoch existencie projektu si Google myslel, že jediná možnosť ako to vykonať, je kontinuálny tok balónov, ktoré budú cirkulovať okolo Zeme. Hlavnou úlohou mal byť teda manažment rýchlosti a smeru letu, aby boli balóny rovnomerne rozmiestnené a vždy prelietali v pravidelných intervaloch nad konkrétnymi oblasťami.

V priebehu experimentov, ako napríklad v roku 2014 v Brazílii, sa však vývojári stále viac zlepšovali v predpovedaní prúdov a nachádzaní stále menších veterných slučiek. Ak sa balóny darí cirkulovať napríklad v rámci niekoľkých stoviek či tisíc kilometrov, je možné pokryť jednu veľkú oblasť alebo štát bez toho, aby balóny lietali napríklad v oblasti rovníka 40 000 km dlhú cestu okolo sveta cez mnohé iné štáty. To má najmä v začiatočnom štádiu projektu veľký význam, pretože väčšina testov sa odohráva na južnej pologuli hlavne z dôvodu jednoduchšieho vybavenia letového povolenia.

Úspešný internetový test v brazílskej škole

Google svoje nové možnosti podrobil testu v priebehu roku 2016. Balóny vypustil z ostrova Portoriko v Karibskom mori, pričom s nimi doletel nad juhoamerický štát Peru, kde ich v konkrétnej oblasti okolo mesta Chimbote držal po dobu celého trojmesačného testu. Riadiaci systém síce viackrát musel vykonať väčší kruh, pri ktorom balóny opustili pevninu a zamierili nad Tichý oceán, tam ale s nimi vždy nabral priaznivejší veterný prúd a vrátil ich nazad.

Počas celej doby tak balóny neopustili peruánsky vzdušný priestor. Google uvádza, že vďaka tomuto obrovskému pokroku v navigácii a odhaľovaní veterných prúdov sa celý projekt urýchlil o niekoľko rokov. Vo februári tohto roku sa pri tom pochválil, že tieto metódy môže využívať aj pri zvyšovaní konektivity v konkrétnych lokalitách v prípade väčšej záťaže. Balóny totiž môže rýchlo zhlukovať a namiesto jedného poslať do oblasti tri či viac kúskov, ktoré konektivitu a dostupný dátový tok zvýšia.

Päť ročná cesta od papierovej škatule až po Nighthawk

Vývojári laboratórií Google X začali neviazane koketovať s myšlienkou balónov poskytujúcich internet v priebehu roku 2012. Keď sa tento nápad začal objavovať nakreslený na tabuli s nápisom „Wi-Fi pre celý svet“, viacerí kolegovia z iných projektov sa pri nej zastavili a povedali, že je to hlúposť, ktorá nikdy nebude fungovať. Zakaždým sa však stretli len s odpoveďou „tak dokáž, že to nejde“, ktorá všetkých umlčala.

Nick Kohli pripravuje na vypustenie ranný prototyp Loon balónu

Situácia vyvrcholila v momente, ako šiel okolo Cliff Biffle, ktorý je v súčasnosti vedúcim letových systémov Loonu a povedal, že to teda vyskúša. Spolu s ostatnými ľuďmi z vývoja zašiel do obchodu nakúpiť vybavenie, zobral prázdnu kartónovú škatuľu, vložili do nej malú riadiacu dosku počítača, podobnú Raspberry Pi, pridal jednoduchú prenosnú powerbanku a zapojili obyčajný externý Wi-Fi prijímač, veľký ako USB kľúč.

Krabicu následne s ostatnými vývojármi pripol na meteorologický héliový balón a vypustil, pričom zo zeme vysielačom udržiaval bezdrôtové spojenie. Na prekvapenie mnohých, spojenie sa darilo udržať aj vo výške niekoľkých desiatok kilometrov, až dovtedy, dokým sa z dôvodu znižujúceho tlaku hélium neroztiahlo natoľko, že sa balón roztrhol. Ak to teda fungovalo, nič nebránilo tomu, aby to fungovalo aj opačne, teda s vysielačom na balóne a smartfónom či notebookom na zemi.

Jeden z ranných prototyp balóna

Tím začal rýchlo riešiť konštrukciu, ktorá by dokázala uniesť vybavenie, schopné vysielať signál z výšky 20 km. Ručne teda začali zliepať niekoľko plátov metalického polyesteru do podoby objemného vankúša, čo si vyžadovalo 12 hodín práce. Balón dostal meno Albatros, po dobre známom vtákovi, pričom predchádzajúci meteorologický balón sa dodatočne pomenoval ako Pterodaktyl, symbolizujúc prehistorickú éru vývoja projektu.

Albatros vydržal vo vzduchu dlhšie a umožnil overenie konektivity smerom zo vzduchu na zem. Tím zároveň začal experimentovať s prvými možnosťami riadenia balóna, pomocou úpravy výšky. Prvým pokusom v tomto smere bol balón pomenovaný Vlhovec (Grackle), ktorý sa pokúšal o riadenie tak, že pozostával z reflexnej a čiernej časti plášťu balóna, pričom natočením tej čiernej k slnku teplotu plynu zvyšoval (a teda stúpal), zatiaľ čo natočením tej reflexnej zas znižoval. Riešenie sa však neosvedčilo.

Experimentálny balón Falcon

Tím sa zároveň pokúšal vyriešiť problém s váhou, pretože okrem vysielača balón potreboval takisto niesť batérie, solárne panely ako aj pumpu, ktorá by mohla výšku korigovať lepšie prečerpávaním plynu. Prvým pokusom z hľadiska väčšej nosnosti bol balón Sokol (Falcon), čo bol 39 metrov dlhý valec, pripomínajúcich čierny monolit, ktorý pri zvislých pokusných letoch v americkom Kentucky vyvolal niekoľko hlásení o UFO.

Finálnym konceptom riadenia sa stal jeho upravený 43-metrový model nazvaný Jastrab (Hawk), používajúci dvojbalónové riadenie, ktoré Google od tej doby používa na všetkých svojich konštrukciách. Jeho princípom je, že vo vnútri hlavného héliového balóna sa nachádza druhý, značne menší balón, určený pre vzduch. Ten je v základe prázdny, avšak v prípade potreby sa do neho čerpadlom pumpuje normálny okolitý vzduch, čím sa mení váha balóna ako celku a je ho tak možné vypúšťaním a napúšťaním vzduchu výškovo riadiť.

Dobre viditeľný vnútorný balón na načerpanie vzduchu

Hlavný koncept tak bol na svete a Google sa začal obzerať po dizajnérovi a výrobcovi, ktorý by mu pomohol balón vyrábať vo veľkom. Len tak totiž bolo možné otestovať, či je projekt realizovateľný aj hľadiska konektivity viacerých balónov súčasne. Partnerstvo uzavrel so spoločnosťou Raven Aerostar, dlhoročným výrobcom balónov, ktorý Googlu umožnil budovať značne pevnejší dizajn balóna, pripomínajúci tvarom tekvicu.

Práve táto konštrukcia bola použitá pri prvom reálnom teste nasadenia na Novom Zélande v roku 2013. Google ďalej pokračuje v pomenovaní balónov po vtákoch a prvým „tekvicovým“ typom sa stal Ibis.

Nepríjemným problémom týchto balónov bolo, že ich životnosť nebola veľká a mnoho z nich nevydržalo viac, než niekoľko dní. V plášti sa objavovali miniatúrne praskliny, cez ktoré hélium unikalo a balón tak po pár dňoch klesal, až napokon spadol na zem (resp. do oceánu). Za všetkým stáli neustále zmeny tlaku a teploty.

Ibis sa stal základným vzorom pre všetky nasledujúce konštrukcie

Na obrázkoch si môžete všimnúť, ako má balón v nízkych výškach krátko po štarte relatívne vyfučanú podobu. Horná „tekvica“ je pomerne malá a ochranný plášť, ktorý vedie k nákladu v podobe vysielača a elektroniky, je tak značne previsnutý. Ako však balón stúpa do výšky dvoch desiatok kilometrov, tlak klesá, hélium sa rozpína a „tekvica“ je čoraz väčšia. Ochranný plášť sa tak natiahne a balón viac pripomína svoje tučnejšie teplovzdušné náprotivky používané na rekreačné lety v nízkych výškach.

Zmeny ale nekončia. Tlak plynu v balóne sa mení aj po dosiahnutí cieľovej výšky. Počas dňa (-65 °C) naň totiž neprestajne svieti slnko, ktoré v tejto výške nikdy nemôže byť pod mrakmi a teplota plynu sa zvýši, čím sa ešte viac rozopne. V noci naopak teplota klesne (-85 °C) a plyn zmenší objem.

Extrémne nízke teploty a zmeny tlaku plastový materiál steny balóna enormne namáhajú. Je to podobné ako keď začnete naťahovať a sťahovať gumičku, ktorá po určitom počte cyklov skrátka praskne. Pre lepšie pochopenie problémov potreboval Google situáciu simulovať na zemi pod dohľadom, a preto nadviazal spoluprácu s McKinleyho klimatickým laboratóriom, ktoré používa americké letectvo na testovanie lietadiel.

Test hlavnej „tekvice“ balóna pri -65 °C

Ide o rozsiahly hangár, napojený na objemné chladiace systémy, v ktorom Google mohol balóny nafúknuť do požadovaného tlaku a následne dlhodobo sledovať pri cyklických zmenách teploty z -65 na -85 °C. Okrem toho balónom zvyšoval tlak až do prasknutia, pričom pozoroval, kde konštrukcia zlyhávala ako prvá (sledovaním na vysokorýchlostných kamerách). Vďaka tomu úspešne odhaľoval, ktoré spoje sú najviac namáhané a ktoré miesta konštrukcie sa tak oplatí spevniť.

Vďaka týmto experimentom sa v priebehu rokov 2013 a 2014 darilo zvyšovať životnosť Ibisu sprvu na niekoľko desiatok dní a napokon na viac ako 100 dní. Google zároveň vyvinul aj jeho väčší variant s menom Škovránok (Lark), ktorý použil pri testovaní v Brazílii, kde vysielač Wi-Fi po prvýkrát nahradil vysielačom 4G-LTE. Ten je síce ťažší (Škovránok teda potreboval o 30 % väčšiu nosnosť), ale má lepší dosah. Kombináciou toho najlepšieho z oboch balónov vznikol v roku 2015 aktuálny model Nighthawk (po slovensky Lelek krahulcovitý), ktorý je pripravený na nasadenie do plnohodnotnej a dlhodobej prevádzky.

Nighthawk pripravený na vypustenie

Nighthawk má v operačnej výške rozmer 15 x 10 m (pri objeme 1250 m3), pričom je ponechávaný v prevádzke na viac ako 100 dní. To bol vysnívaný cieľ od začiatku projektu, pričom Google po väčšom alebo menšom prekročení tejto doby balóny nechá klesnúť na zem a podrobí ich rôznej kontrole. Vždy však vyberie nejaký konkrétny, ktorý nechá v prevádzke dlhšie, aby sa presvedčoval o potenciálnej životnosti. Rekord tak postupne stúpal zo 140 na 160 a neskôr na 180 dní, pričom súčasný rekord z roku 2016 má hodnotu 190 dní.

Tento konkrétny Nighthawk balón s prezývkou Bolt počas svojho polročného letu preletel 122 000 km, vykonal viac ako 30 000 letových manévrov a prekročil hranice 19 krajín na troch kontinentoch. Svoju púť začal na ostrove Portoriko v Karibskom mori a kontrolovane pristál v púšti v americkej Nevade.

Zvyšovanie životnosti omnoho viac nad túto hodnotu už pre Google nebude zrejme ekonomicky príliš efektívne (ide skôr o ukážku možností ), pretože potrebné zmeny konštrukcie a materiálu na niekoľkoročnú prevádzku by cenou prevýšili pravidelné vypúšťanie lacnejších balónov.

Lasery nad oblakmi: ako balóny komunikujú a kde berú energiu v noci?

Z pohľadu poskytovania konektivity sú tým najkľúčovejším komponentom systému antény. Podobne ako nevadí, že telefonujete napríklad vo vlaku a váš telefón preskakuje medzi rôznymi pozemnými vysielačmi, takisto nevadí, ak stojíte bez pohybu a „veže“ v podobe rozličných balónov nad vami prelietavajú.

Prvé modely balónov Loonu používali Wi-Fi vysielače, pričom pokrývali zhruba 20 km okruh. Od roku 2014 však dáva Google prednosť mobilnému telekomunikačnému vysielaču 4G-LTE, ktorý má výrazne väčší dosah. V prípade použitia 2,2 GHz a 2,6 GHz LTE pásma dnes jeden Nighthawk balón pokryje približne 5000 štvorcových kilometrov (kruh v ktorého centre sa nachádza), čo umožňuje maximálne 80 km rozstup balónov. Vo finálnej prevádzke chce pri tom Google používať 700 Mhz pásmo, ktoré umožní pokrytie zvýšiť na 20 000 km2 a maximálny rozstup balónov natiahne až na 160 km.

Laserové spojenie balón-balón

Aby balóny mohli internet vôbec poskytovať, v prvom rade sa na ne musí nejakým spôsobom dostať. Prístupovým bodom sú pozemné parabolické antény, umiestnené tam, kde pozemné telekomunikačné pokrytie končí. Tie sú namierené na najbližšie balóny v dosahu a signál k nim vysielajú.

Systém následne funguje ako reťaz, alebo P2P sieť, pričom každý balón funguje ako uzol, ktorý pošle signál ďalším balónom v dosahu. Tie ho zas prepošlú ďalším a tie zas ďalším, až kým sa kompletne pripoja všetky balóny, nech sú akokoľvek ďaleko od pôvodného vysielača. Pomocou tejto reťaze aj ten najvzdialenejší balón vždy dosiahne ku zdroju.

Testovacia prevádzka a namierenie laseru na balón v dohľade vzdialený desiatky kilometrov (malá bodka vľavo)

Spojenie balón-balón je pre systém celkom kritické. Keďže rýchle spojenie optickým káblom v tomto prípade z pochopiteľných dôvodov nie je možné, najlepším riešením v poradí je prenos laserovými pulzmi. Keďže balóny sa pri lete otáčajú, na spodku balóna je otočná platforma so zrkadlami, ktoré neprestajne upravujú svoju polohu a umožňujú dvom balónom zostať v spojení. Laserový prenos medzi balónmi funguje rýchlosťou 1 Gbit/s (128 MB/s). Všetko v stratosfére a s desiatkami kilometrov veľkými rozstupmi jeden od druhého.

Každý balón zároveň funguje ako LTE vysielač, ktorý pripojenie sprostredkováva ľudom na zemi pod ním. Z hľadiska pripojenia teda nie je potrebné žiadne špeciálne zariadenie pre Loon a ak je balón v dosahu, pripojili by ste sa aj so svojím slovenským smartfónom celkom normálne, tak ako sa pripojíte v zahraničí k infraštruktúre cudzieho operátora.

Bežné zariadenia v podobe telefónov či notebookov majú k dispozícii rýchlosť 15 Mbit/s, avšak ak pripojíte MiFi zariadenie, čo je bezdrôtový router, schopný pripojiť sa na mobilnú sieť, balón poskytne priepustnosť 40 Mbit/s.

Solárne panely a spodný ventil aktuálnych balónov Nighthawk

Odkiaľ balón berie energiu na prevádzku vysielačov, elektroniky a vzduchových čerpadiel? Na palube je trojica solárnych panelov, ktorá má počas celého dňa dostatok svetla. Vzhľadom na letovú výšku nikdy slnko nezájde za mraky, ani za hory a balón si môže vďaka 20 km nadhľadu užívať aj skorší východ a neskorší západ. Slnko však napokon vždy zapadne, a preto si balón počas dňa musí vždy nabiť vlastnú batériu, ktorá ho bude napájať počas noci.

Batéria je typu Li-ion, ktoré sa používajú aj v smartfónoch, notebookoch či elektrických autách. Má totiž suverénne najlepšiu energetickú hustotu z hľadiska objemu a váhy. Problémom je, že chemický princíp Li-ion je navrhnutý na prevádzku v blízkosti izbovej teploty a so stúpajúcimi alebo naopak klesajúcimi stupňami sú vlastnosti batérie čoraz horšie. Jej teploty by nemali vyjsť z rozsahu 0 až 45 °C pri nabíjaní a -20 až 60 °C pri vybíjaní (prevádzke).

Stratosféra s dennou teplotou -65 °C a nočnou teplotou -85 °C je tak značne mimo tieto hodnoty. Google z tohto dôvodu celú konštrukciu elektroniky uzatvára do zaizolovaného boxu, v rámci ktorého je batéria zohrievaná teplom, ktoré generujú pri svojej práci čipy.

Vývoj elektroniky balóna a jej izolácie. Vpravo malá jednotka pre Ibis, v strede pre Lark a naľavo najväčšia pre súčasný Nighthawk

Pri prvých testoch používal jednoduché polystyrénové obloženie, ktoré izoluje predovšetkým z hľadiska kondukcie a konvekcie (jednoduchšie povedané bráni prenosu tepla dotykom). Pri nízkom tlaku a teplotách vo výške 20 km však začína vystupovať do popredia aj prenos tepla vyžarovaním a z tohto dôvodu môžete na obrázkoch vidieť, že skrinky súčasných balónov sú pokryté vysoko odrazovým materiálom, podobne ako kozmické lode a družice.

Výroba a vypúšťanie balónov na bežiacom páse

Google sa pri vývoji zameral aj na to, aby bola výroba balónov čo možno najjedno duchšia, najrýchlejšia a najlacnejšia. Od oficiálneho štartu projektu v roku 2013 sa tak výrobný postup značne zmenil a pripravil na veľké objemy.

Kým pred štyrmi rokmi výroba jedného balóna trvala niekoľko dní, pričom sa na nej podieľalo niekoľko desiatok ľudí, v súčasnosti má Google už v prevádzke výrobnú linku, ktorú obsluhuje len dvojica pracovníkov, pričom z nej balón vyjde hotový za pár hodín. Za všetkým stojí vysoká automatizácia a efektívne výrobné postupy, ktoré napríklad látku balóna strihajú a zároveň utesňujú v jednom kroku.

Výrobná linka Googlu na výrobu balónov

V rámci testovania kvality materiálu musel Google nabrať skúsenosti bolestivou metódou pokusov a omylov. Povrch balóna má zhruba 500 m2, čo je obrovský priestor na potenciálny vznik neviditeľnej trhliny. Dierka vo veľkosti bodnutia ihly pritom môže životnosť balóna skrátiť aj o 20 dní. Google sa učil na dátach z rôznych relevantných odborov, ako napríklad z priemyselného balenia potravín a či výroby kondómov, kde podobné maličké dierky spôsobia skrátenie životnosti potravín alebo zlyhanie antikoncepčnej metódy.

V súčasnosti pláty polyetylénu, z ktorého balóny vyrába, testuje v rámci svojho laboratória zmrazením tekutým dusíkom, čo otvorí potenciálne dierky. Plast následne natiahne, utesní ním natlakovanú héliovú nádobu a deteguje, či ním nejaký plyn prechádza. Ak je materiál v poriadku, putuje do výrobnej linky. Na konci výrobného procesu hotový balón vychádza zabalený v relatívne malej škatuli, ktorú je možné ľahko odoslať kamkoľvek do sveta.

Vypúšťacia platforma Chicken Little nie je žiadny drobček

Orieškom bolo takisto vypúšťanie balóna. Na začiatku projektu sa o štart staralo až 16 ľudí, pričom im celý proces rozvinutia, príprav a kontroly balóna trval celý deň. Aj keď nafúknutie je v základe krátkodobá záležitosť, konštrukcia balóna je delikátna a vykonať všetko bez poškodenia a nečakaných prekvapení nie je jednoduché.

Google rýchlo prišiel na to, že nafukovanie balóna vodorovne na zemi nie je ľahké, pričom si začal pomáhať stavebnými autožeriavmi. Nečakaný poryv vetra však balón mohol veľmi ľahko vrhnúť nesprávnym smerom a poškodiť a bolo nepochybné, že je potrebné špecializované riešenie. Cieľom projektu bolo dostať sa so štartovacím procesom na úroveň, pri ktorom by bolo možné vypustiť balón každých 20 minút, čo si vyžaduje nesmiernu efektivitu a bezpečnosť postupu.

Výsledkom tejto snahy sa v roku 2015 stal vypúšťací systém prezývaný Chicken Little (malé kuriatko), ktorého základom je mobilná žeriavová platforma Shuttlelift CarryDeck od spoločnosti Manitowoc. Google ju pravdaže masívne modifikoval pre svoje účely. Platforma je 14 metrov široká a 17 metrov vysoká, pričom pripomína malé koncertné pódium, umiestnené na štyroch kolesách.

Aktuálne rýchle vypúšťanie balónov pomocou platformy Chicken Little

Na obrázku môžete vidieť, ako po troch stranách umožňuje spustenie veternej clony, tvorenej materiálom pre dvere hangárov. Keďže platforma sa dá otáčať, je možné pri procese vypúšťania vždy nakloniť konštrukciu tak, aby bol balón v závetrí. Nedôjde tak k náhlemu pohybu, ktorý by mohol spôsobiť roztrhanie plášťa, alebo poškodenie elektroniky nárazom o iné vybavenie.

Pri procese vypúšťania sa do konštrukcie osadí škatuľa so zabaleným balónom z výroby, pričom stredné rameno balón pomaly vyťahuje a nafukuje. Elektronika vysielača a solárny panel sú zároveň rýchlo pripravené na kontrolu a keď je všetko nachystané, spodné rameno elektroniku mierne postrčí do strany, ako akýsi spomalený prak, čím sa balón uvoľní a vyštartuje. Kým v minulosti balón vypúšťalo až 16 ľudí, dnes na to stačia štyria, pričom každá jedna platforma zvládne vypustiť desiatky balónov denne.

Keď sa namiesto techniky bojuje so zákonmi

Po viac ako 5 rokoch vývoja je Loon prakticky pripravený vstúpiť do ostrej prevádzky. Prvým cieľom sa mala v minulom roku stať Srí Lanka, avšak napokon sa tak nestalo. Google sa s miestnou vládou dohodol v roku 2015, pričom v roku 2016 mal vojsť do prevádzky kompletný systém, vďaka ktorému by mohol mať prístup na internet každý obyvateľ tejto krajiny.

Ostrovný štát v Indickom oceáne, ktorý je zhruba o 30 % väčší než Slovensko, by sa tak stal prvým štátom v histórii so 100 % pokrytím územia sieťou LTE (s opomenutím miniatúrneho Vatikánu). Jeho 21 miliónov obyvateľov by si mohlo zakúpiť cenovo dostupné 15 megabitové internetové pripojenie u lokálnych operátorov, pričom s obmedzenou rýchlosťou a limitovanými dátami by bolo pripojenie dostupné neustále aj zdarma.

Navyše, celá telekomunikačná infraštruktúra by sa pri tom objavila vo vzduchu bez jediného centa od lokálnej vlády, pretože zavedenie by kompletne hradil Google a následne by účtoval poplatok operátorom (dnes je tu na internet pripojená len pätina obyvateľov).

Všetko šlo hladko do februára minulého roku, keď Google dorazil s balónmi s najnovším variantom Nighthawk konštrukcie, s podporou 4G-LTE na frekvencii 700 MHz, pri ktorej jeden balón pokryje územie 20 000 km2. Prevádzkové testy mali začať na letisku Ratmalana, ktoré malo slúžiť ako domov pre vypúšťaciu platformu Chicken Little, avšak náhle sa muselo všetko zastaviť.

Dôvodom bolo, že hneď po príchode Googlu a začatí prác dostal miestny telekomunikačný úrad námietku od Medzinárodnej telekomunikačnej únie (ITU), čo je špecializovaná agentúra OSN zaoberajúca sa problematikou informačných a komunikačných technológií. Tá domácemu úradu neodporučila 700 MHz pásmo pre takýto sofistikovaný projekt alokovať, pretože by mohol spôsobiť nečakané narušenia telekomunikačných systémov.

Podľa veterných dát dokáže autonómny riadiaci systém Googlu zacykliť balóny v jednej lokalite

Celý proces je tak zaseknutý na právnych záležitostiach, pričom Google bez uvoľnenia frekvencie nemôže projekt spustiť.

V decembri sa začali v srílanských médiách objavovať náznaky, že od projektu napokon štát upustil a Google z dôvodu nespolupráce projekt naštartuje v inej krajine. Spomínala sa predovšetkým Indonézia, kde Google už nadviazal spoluprácu s telekomunikačnými operátormi Telkomsel, Indosat a XL Axiata. Indonézia je so svojimi 17 000 ostrovmi a 260 miliónmi obyvateľov, z ktorých je na internet pripojených len 20 %, prakticky ideálnym kandidátom. Podobne ako Srí Lanka a prakticky všetky štáty na svete je však aj tá členom ITU, takže podobný výsledok v súvislosti s vyhradením frekvencie sa dá očakávať aj tam.

Muhunthan Canagey, riaditeľ vládnej agentúry pre telekomunikáciu Srí Lanky v reakcii na údajné opustenie projektu uviedol, že s Loonom štát stále počíta a s telekomunikačným úradom začal proces vybavovania uvoľnenia inej frekvencie. To sa však môže stať problémom pre systém ako taký, takže jeho budúcnosť je otázna.

Balóny Loon pripravené v hangári čakajú na vyriešenie zákonov

Google o projekte v tejto súvislosti mlčí, avšak Muhunthan Canagey sa vo februári vyjadril, že všetko sa zrejme pohne až po zasadaní ITU v roku 2019, kde by sa problematika prideľovania 700 MHz pásma stratosferickým balónom mohla prerokovávať. Situácia je tak v konečnom dôsledku poriadne smutná, pretože dozretá technológia balónov môže zostať na zemi ešte roky. Dúfajme, že sa situácia čoskoro zlepší.

Tento článok vyšiel aj v tlačenom aprílovom vydaní TOUCHIT č. 4/2017, preto sa niektoré skutočnosti uvedené v článku, môžu odlišovať oproti aktuálnemu dátumu publikovania.

O autorovi

Profesionálnej žurnalistike sa venujem od roku 2006. Zameriavam sa najmä na prehľadové a analytické články z prostredia hardvéru, výrobných procesov polovodičov, umelej inteligencie a ďalších technológií. Mojou doménou je takisto servis hardvéru aj softvéru.

Pridaj komentár

Objednajte si ročné predplatné TOUCHIT v limitovanej edícii
s bezdrôtovými slúchadlami a rúškom.
Kliknite a zistite viac>>