太阳能无人机，未来的“天网”平台？

胡延平

2016年6月29日，Facebook太阳能无人机Aquila在亚利桑那州完成首次试飞。原计划飞行30分钟，由于进展顺利，最终飞行了96分钟，成功收集了与模式、飞机架构有关的飞行数据。在以无人机作为网络平台的方向，Facebook成功地迈出一大步。两年前收购英国太阳能无人机研发企业Ascenta之后成立的ProjectAquila项目，给Facebook的internet.org计划成功带来“巨大里程碑”。Internet.org是Facebook CEO扎克伯格着力甚多的未来项目，目标是通过网络连接世界上的每个人。尤其是尚未接入网络的40亿人——贫困、偏远、网络状况比较差甚至没有网络覆盖的地区的人们。

Internet.org多方努力，与手机厂商和运营商合作，Free Basics项目免费为民众提供三百多项简化的互联网服务。名为“ConnectivityLab”的部门也因Internet.org项目而成立，专门负责寻找激光、无人机等网络通讯新方法，包括将人工智能与上网服务结合起来，并最大限度地推进上网技术的开源、开放与共享。Internet.org的目标是将互联网连接数量增加10倍，将上网价格降到目前十分之一水平。

这时候有人说了，Facebook式的激光通信要变成可以规模化应用的商业项目需要十年。可是那又怎样，Facebook还是出发了。成功首飞的Aquila有和波音737一样长的43米的翼展，机身重量约454公斤，相当于载人客机的百分之一；由氦气球提升至气候环境稳定的平流层，Aquila白天飞行于27432米左右，避开飞机航线高度，吸收和贮存太阳能；晚上飞行于18288米以节约电能。Facebook的目标是Aquila太阳能一次可以在高空自持飞行90天。90天？听起来这个数字挺骇人，甚至耸人听闻，但未来这是可行的。这里又是一个能量密度、材料尺度等涉及9度理论的问题。

Facebook有意未来在全球各地的天空部署1000架甚至10000架这样的无人机，每架无人机在直径60英里（1英里=1609.344米）范围内来回转圈。这么多无人机在天上转来转去不是为了刷存在感，而是提供普遍的互联网接入服务。这个时候激光通信技术就派上用场了，“Connectivity Lab”的负责人表示，他们的激光通信数据传输速率能达到10Gbps，近乎地面光纤水平，是标准激光信号的约10倍。通信过程是，地面母基站与无人机之间进行激光与电磁通讯，无人机也可将信号通过激光发送到其他无人机进行中继。机群将激光光束向下发送到地面子基站的收发器，以收发器为圆心，网络信号可以覆盖半径30英里的地区以便上网。系统会将信号转化为WiFi或者4G、5G网络。

这个时候问题来了，ProjectAquila说白了还是需要地面子基站的，无人机只是发挥了类似传统电信网络的骨干网的作用，这就还不如传统卫星通讯服务商Iridium的老思路了，后者至少全程都是在空中，以每个人都可以使用卫星手机为目标啊。Iridium的卫星在太空，Aquila无人机在大气层内距地面20公里左右的平流层，电离层之下，理论上Aquila是可以直接做空中基站，省去地面基站环节，但是这样一来，重量仅仅454公斤的Aquila怎么能够受得了重量远在自身之上的收发设备，又怎么能够仅靠太阳能飞行90天不掉下来，还能够进行能耗巨大的天地通讯，地面上网设备比如手机的天线之类的一整套东西也要跟著制定相关标准了。到这里，又是一个能量密度、连接密度、材料尺度等涉及9度理论的问题，但并非不可逾越。

Free Basics已经为地球不同角落的上千万民众提供了互联网接入服务，但是如同在印度、埃及等国家招到一些政府和民间组织的强烈反对一样，ProjectAquila在全球各地面临的阻力不会比空气的飞行阻力小。在印度，Free Basics甚至被禁止。那些或援引既有法律，或以网络中立原则或税收问题阻止，或振振有词或冠冕堂皇的反对理由，也许没有一项是站得住脚的，但是触及传统利益，就会招致传统力量的反对，更何况这一次无人机要飞临的是传统主权国家的边界。相比之下，频谱资源不是最大的那个问题。

在太阳能无人机天空互联技术的探索者中，还有波音公司、AT&T、英特尔、空客公司、ZephyrS/T等大大小小的企业和团队。Google也没有落后，在美国新墨西哥州的美国太空港逾15000平方英尺（1英尺≈0.305米）的机坪上，Google正在进行着一项名为Project SkyBender的新计划，同样是采用无人机作为网络平台，不同的是Google采用未来高速无线通讯技术之一的毫米波通讯技术，号称比4G LTE传输速度快40 倍，甚至可能成为5G网络通讯骨干，Project SkyBender因此颇有空中5G网络平台的意思。

气球的可靠性虽然有待观察，但也已经被作为空中网络平台的探索方向之一。Google在进行的Project Loon和Project SkyBender同属一个项目，它将高空聚乙烯氦气球送入平流层作为基站，形成网络覆盖，将互联网带到地球各个角落。Project Loon的气球高度约为商务飞机的两倍，已进行的试验能够在高空停留180天以上。

WiFi飞艇Google也有在尝试。中国的北京航空航天大学正在实验临近空间飞艇，以此实现无线网络覆盖。中国深圳的光启公司，就是投资入股新西兰研发个人飞行器的Martin公司的那家民企，他们号称“云端号”WiFi飞艇已经进行初步测试，不过其技术细节还需要推敲。总体看来，气球和飞艇在未来天空互联网中的位置，属于处在补充、次要地位的网络平台。