So funktioniert Google Loon

Google, berühmt für seine vielen High-Tech-Bemühungen, hat mehrere Projekte in Arbeit, um den Massen Hochgeschwindigkeits-Internetverbindungen zur Verfügung zu stellen. Ihr Google Fiber-Projekt zielt darauf ab, Gigabit-Dienste bereitzustellen – viel schneller als die Verbindungsgeschwindigkeiten, an die wir gewöhnt sind – unter Verwendung von Glasfaser, und es gibt Pilotversuche dieses Programms in mehreren Gebieten in den USA. Aber das Unternehmen hat ein weiteres Projekt, das darauf abzielt, grundlegendes Highspeed-Internet in Gebiete zu bringen, in denen es nicht vorhanden ist. Und das Projekt verwendet etwas, das wir als Low-Tech bezeichnen – Ballons!

Das Projekt trägt den passenden Namen Project Loon, teilweise, weil es um Luftballons geht, und teilweise, weil es verrückt klingt. Googles Plan ist es, drahtlose Netzwerke über mit Ausrüstung beladene Ballons zu schaffen, die in der Stratosphäre hoch über den Wolken schweben. Die Ballons kommunizieren miteinander und mit bodengestützten Netzwerkgeräten und mobilen Geräten, um die Menschen am Boden miteinander zu verbinden.

Project Loon kam aus den Google X-Laboren, dem Outfit, das für andere verrückt klingende Projekte wie selbstfahrende Autos, Google Glass und Kontaktlinsen mit Computerkomponenten bekannt ist. Aber so seltsam Project Loon auch klingen mag, es gab erfolgreiche und vielversprechende Tests des Programms.

1. Google Loon-Ballons
2. Elektronische Geräte von Google Loon
3. Google Loon bei der Arbeit
4. Projekt Loon bisher
5. Mögliche Vorteile von Google Loon

Die Ballons von Project Loon sind keine typischen Partyballons, die unter den extremen Bedingungen in großen Höhen nicht gut abschneiden würden. Partyballons könnten auch nicht viel Ausrüstung tragen. Das Team von Google Loon hat etwas Ähnliches wie einen Wetterballon entwickelt, der den harten atmosphärischen Bedingungen wie Druckunterschieden, starken Winden, UV-Strahlung und extremen Temperaturen standhalten soll, die in größeren Höhen oft weit unter dem Gefrierpunkt liegen. Das bedeutet, dass sie viel länger in der Luft bleiben können als alle zuvor entwickelten Ballons. Die verschiedenen Ballonmodelle wurden nach Vögeln benannt, darunter Falcon, Ibis, Grackle und seit kurzem NightHawk.

Die Ballons bestehen aus Polyethylen - Kunststoff und sind etwa so dick wie eine Sandwichtüte. Jeder aufgeblasene Ballon (der Teil, der als "Hülle" des Ballons bezeichnet wird) ist etwa 50 Fuß breit und 40 Fuß hoch (15 Meter breit und 12 Meter hoch) und hat eine Oberfläche von etwa 5.381 Fuß (500 Quadratmeter). Aufgrund ihrer Größe müssen sie in riesigen Hangars bearbeitet werden, beispielsweise in Googles gemietetem Raum auf dem Moffett Federal Airfield in Kalifornien.

Die Ballons haben zwei Kammern (eine Art Ballon im Ballon), die innere mit Luft und die äußere mit Helium gefüllt. Ventile und ein Ventilator, die an der Unterseite des Ballons angebracht sind, können verwendet werden, um Luft hinein- oder hinauszupumpen. Das Hinzufügen von Luft zum inneren Ballon erhöht die Masse und bewirkt, dass der Ballon nach unten sinkt, und das Ablassen von Luft bewirkt, dass er nach oben steigt.

Viele der früheren Ballons des Projekts platzten oder blieben nicht sehr lange in der Luft. Das Team hat große Anstrengungen unternommen, um Probleme zu analysieren und Verbesserungen vorzunehmen. Google hat Experten für Ballonfahrten, Luft- und Raumfahrt, Textilien und andere Disziplinen angeworben, um herauszufinden, warum sie versagten, und ehemaliges Militärpersonal angeheuert, um abgestürzte Ballons zu bergen (die manchmal an schwer zugänglichen Stellen heruntergefallen sind).

Einige der Tests wurden unter extremen Bedingungen durchgeführt, denen die Ballons in der Atmosphäre ausgesetzt sein könnten. An einem Punkt fielen die Temperaturen in South Dakota, einem der Produktionsstandorte für Ballons, zufällig auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Neuere Tests wurden im McKinley Climatic Laboratory auf der Eglin Air Force Base in Florida durchgeführt, die es ihnen ermöglichten, die Ballons in einer kontrollierten Laborumgebung extremen Wetterbedingungen wie starkem Wind und Temperaturen unter dem Gefrierpunkt auszusetzen.

Es wurde festgestellt, dass viele der Ausfälle durch winzige, schwer zu erkennende Lecks verursacht wurden. Selbst das kleinste stecknadelgroße Loch würde die Zeit eines Ballons in der Luft erheblich verkürzen. Aufgrund der Ergebnisse wurden die Nähte verstärkt und sorgfältigere Protokolle zum Umgang mit Ballons eingeführt, einschließlich der Teammitglieder, die nur in sehr weichen Fuzzy-Socken darauf laufen.

Abgesehen von der Verbesserung der Durchführbarkeit seines eigenen Projekts haben die Bemühungen von Google zu Durchbrüchen beim Ballonfahren selbst geführt. Aufgrund von Designverbesserungen bleiben ihre Ballons jetzt etwa 100 Tage über Wasser. Einer blieb sogar rekordverdächtige 187 Tage und umkreiste den Planeten neunmal [Quelle: Raven Aerostar ]. Das sind Flugzeiten, die man vorher nicht kannte und die von manchen Experten als unmöglich angesehen werden.

Das Loon-Team hat seit Beginn des Projekts auch den Bereitstellungsprozess erheblich verbessert. Früher musste eine Besatzung die Ballons auf Planen legen und sie vor dem Start auspacken und teilweise aufblasen, und sie konnten nur bei Windgeschwindigkeiten von 9,7 Kilometern pro Stunde oder weniger gestartet werden. Aber Google hat Autolauncher (intern Bird House genannt) entwickelt, einen 50 Fuß (15,2 Meter) hohen tragbaren Hangar mit einem automatischen Kran zum Strecken und Füllen der Ballons. Sie können jetzt bei Windgeschwindigkeiten von 15 Meilen (24 Kilometer) pro Stunde gestartet werden, und die Arbeit, die früher 14 Personen und 45 Minuten dauerte, dauert jetzt 4 Personen und 15 Minuten. Diese Verbesserungen machen es einfacher, genügend Ballons über Wasser zu halten, um ein Netzwerk zu bilden [Quellen: Metz , Stone ].

Google schickt natürlich nicht nur Luftballons in die Höhe. Jeder Ballon hat eine Metallbox mit elektronischen Geräten, die an der Unterseite über ein Kabel mit daran befestigten Solarmodulen für die Stromversorgung hängen.

Jedes Solarmodul besteht aus einer Reihe von monokristallinen Solarzellen, die mit Kunststofflaminat umhüllt und in einem Aluminiumrahmen mit einer Breite von etwa 1,5 x 1,5 m (5 Fuß x 5 Fuß) gehalten werden. Zwei solche Paneele sind so montiert, dass sie in scharfen Winkeln nach außen zeigen, um so viel Sonnenlicht wie möglich einzufangen, wenn sich die Ballons drehen. Sie erzeugen in wenigen Stunden bei vollem Tageslicht rund 100 Watt Leistung, die in Batterien gespeichert wird, damit die Geräte auch im Dunkeln weiterarbeiten.

Die elektronische Nutzlast umfasst Computerausrüstung, um alles zu steuern, wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien, um die von der Sonne gesammelte Energie zu speichern, GPS-Einheiten, um Ballonstandorte zu verfolgen, Dutzende von Sensoren, damit Google die atmosphärischen Bedingungen überwachen kann, und Funkausrüstung für die drahtlose Kommunikation mit anderen Ballons und mit bodengebundenen Netzwerken. Die Funkausstattung umfasst eine flächendeckende eNodeB-LTE-Basisstation, eine Hochgeschwindigkeits-Richtverbindung und ein Backup-Funkgerät.

Laut Google sollte die von jedem Ballon bereitgestellte Konnektivität einen Bereich von etwa 40 Kilometern Durchmesser am Boden abdecken, wobei möglicherweise Hunderte von Menschen gleichzeitig eine Verbindung zu einem Ballon herstellen können. Das Loon-Team hat zudem die Datenrate seit Beginn des Projekts um das Zehnfache gesteigert [Quelle: Google ]. Sie erwarten, dass die Abdeckung den typischen LTE-4G-Netzwerkgeschwindigkeiten entspricht. Der Leiter von Project Loon, Mike Cassidy, hat erklärt, dass ihre Ballonnetze am Boden bis zu 5.000 Quadratkilometer (1.931 Quadratmeilen) abdecken und Dienste mit 15 Megabit pro Sekunde auf einem Telefon oder 40 Megabit pro Sekunde auf einem MiFi bieten könnten Gerät [Quelle: Verge ].

Die erste Schicht der Erdatmosphäre ist die Troposphäre, wo wir leben und wo das meiste Wetter stattfindet. Die Ballons schweben in der nächsthöheren Schicht, der sogenannten Stratosphäre. Das untere Ende der Stratosphäre beginnt zwischen 4 und 12 Meilen (6 und 20 Kilometer) über der Oberfläche des Planeten (am niedrigsten an den Polen und am höchsten am Äquator), und die obere Stratosphäre endet bei etwa 31 Meilen (50 Kilometer) darüber die Erde . Die Loon-Ballons werden zwischen 11 und 17 Meilen (18 und 27 Kilometer) hoch schweben, etwa doppelt so hoch wie Strecken der kommerziellen Luftfahrt.

In der Stratosphäre gibt es wenig Wasserdampf, sehr wenige Wolken und kein nennenswertes Wetter. Außerdem ist es unten kälter und oben heißer, was ein Aufsteigen der Gase verhindert und eine Situation schafft, in der es relativ stabile Schichten in verschiedenen Höhen gibt. In diesen Schichten weht der Wind auf vorhersehbare Weise in unterschiedliche Richtungen und Geschwindigkeiten.

Google hat historische windbezogene Daten und laufende Zukunftsprognosen der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) analysiert, um Algorithmen zu entwickeln, die Windmuster vorhersagen und simulieren können, um die Ballonnavigation zu unterstützen. Die Ballons werden gesteuert, indem das Verhältnis von Helium zu Luft angepasst wird, um sie auf das stratosphärische Niveau zu heben oder zu senken, wo der Wind in die Richtung weht, in die Google sie bringen soll. Sie werden mit dem Wind per Anhalter fahren, wodurch sie in gewissem Sinne sowohl solar- als auch windbetrieben sind.

Google hat ein Operationssystem entwickelt, das sie Mission Control nennen, um die Ballons ständig zu überwachen, zu verfolgen und zu steuern und sogar Fluglotsen in der Nähe auf ihre Anwesenheit aufmerksam zu machen, wenn sie in die Stratosphäre aufsteigen oder zur Lande absteigen. Ihre Navigationssoftware wurde im Laufe der Zeit verbessert, indem Befehle nur einmal am Tag auf alle 15 Minuten gesendet wurden. Mission Control kann die Flugwege der Ballons minütlich neu berechnen. Das Loon-Team hat auch seine Fähigkeit verbessert, die Ballons zu bestimmten Orten zu lenken, von anfänglich ein paar hundert Metern auf jetzt viel genauere ein paar hundert Kilometer. Die Navigation muss so weit wie möglich automatisiert werden, um die Steuerung von Tausenden von Ballons gleichzeitig zu ermöglichen, damit die Netzwerke nicht zusammenbrechen.

Google kann die Ballons zur Bergung wieder auf den Boden bringen, indem es Gas aus der Hülle freisetzt. Das Gas kann auch automatisch abgelassen werden, wenn der Ballon zu platzen droht. Ein Fallschirm wird automatisch ausgelöst, wenn der Ballon zu schnell sinkt. Google plant, die Ballons und Ausrüstung nach Möglichkeit zurückzuholen, um die Komponenten wiederzuverwenden oder zu recyceln.

Die an den Ballons angebrachte LTE-Netzwerkausrüstung wird mit den Mobilfunkspektren bestehender Telefongesellschaften arbeiten und es den Ballons ermöglichen, direkt mit Mobiltelefonen und Masten am Boden zu kommunizieren, wodurch die Notwendigkeit der Installation spezieller Bodenantennen entfällt. Google wird Partnerschaften mit lokalen Mobilfunkunternehmen eingehen, damit Menschen sich über LTE-fähige Mobilgeräte verbinden können. Für die Verbindung zum Netzwerk sind spezielle Loon-SIM-Karten erforderlich.

Vorläufige Tests, die als Icarus-Tests bezeichnet werden, begannen im August 2011. Projektleiter Rich DeVaul und sein Team ließen vier Latexballons mit Linux-Computerausrüstung und einem WiFi - Router vom San Luis Reservoir in Kalifornien los. Sie folgten ihnen in einem Fahrzeug, das mit Antennen, einer WLAN-Karte und einem Spektrumanalysator ausgestattet war, um das Signal zu testen. Weitere ähnliche Tests folgten, bis sie schließlich in der Lage waren, ein Signal von einem Ballon zum anderen weiterzuleiten und eine Internetverbindung im Auto herzustellen. Die Ausrüstung befand sich Berichten zufolge für einige der ersten Tests in einem Styroporkühler.

2012 wurde der Teamname in Daedalus (Vater von Icarus) geändert. DeVaul wurde Chief Technical Architect, weil er lieber an den technischen Dingen arbeitete, und Mike Cassidy übernahm die Projektleitung. Sie stellten Luft- und Raumfahrtingenieure, Netzwerkingenieure, Kartierungsspezialisten, Energiespezialisten, mindestens einen Ballonfahrer, Militärveteranen und Textilexperten (einschließlich Näherinnen) ein, um die Ballons zu entwerfen, zu testen und zu nähen. 2012 begannen sie mit der Firma Raven Aerostar zusammenzuarbeiten, die unter anderem Ballons für die NASA herstellt, um die Ballons zu perfektionieren.

Um die Chancen auf eine Wiederherstellung der Geräte zu erhöhen, war auf den Testgeräten die Aufschrift „harmloses wissenschaftliches Experiment“ mit einer Zahl prangt, um eine Belohnung zu erhalten (aber keine Erwähnung von Google, da es zu diesem Zeitpunkt noch ein geheimes Projekt war). Im Oktober 2012 löste einer der Testballons anscheinend einige UFO-Sichtungsberichte in Kentucky aus und schwebte schließlich nach Kanada, wo er verloren ging.

Die ersten offiziellen Pilotversuche fanden im Juni 2013 statt, als 30 Ballons aus dem neuseeländischen Gebiet um Christchurch abgeschossen wurden. Sie gingen etwa 25 Kilometer hoch und trugen jeweils etwa 22 Pfund Ausrüstung, die drahtlos mit speziellen vorinstallierten bauchigen bodengestützten Antennen kommunizierten. Insgesamt gab es rund 50 Tester, darunter die Familie Nimmo und die Familie MacKenzie, die zu den ersten gehörten, die sich über ein Ballonnetz mit dem Internet verbanden. Die Tester verbanden sich mit 3G-Geschwindigkeit.

Weitere Tests wurden unter anderem im kalifornischen Central Valley, in Australien, Chile und Brasilien durchgeführt. Im Juni 2014 konnte sich Linoca Gayoso Castelo Branco, eine Schule in Brasilien, zum ersten Mal mit dem Internet verbinden, indem sie die mit LTE-Funk ausgestatteten Ballons von Project Loon in Verbindung mit einer bodengestützten Antenne auf dem Schuldach benutzten [Quellen: Levy , Simonit ]. Der nächste Schritt für Google besteht darin, Hunderte von Ballons in einem Ring rund um den Planeten aufsteigen zu lassen, um den kontinuierlichen Dienst in Gebieten der südlichen Hemisphäre zu testen. Das Unternehmen hat an vielen Orten einige Probleme damit, Überfluggenehmigungen zu erhalten, daher testet es weitgehend in der südlichen Hemisphäre, wo es nicht so viele Hindernisse dieser Art gibt [Quelle: Verge ].

Im Juli 2015 wurde bekannt gegeben, dass Google eine Partnerschaft mit dem Land Sri Lanka eingeht, um das gesamte Land mit einer Fläche von 25.000 Quadratmeilen (64.750 Quadratkilometern) und rund 22 Millionen Menschen (von denen die meisten derzeit nicht online sind) mit Internetzugang via zu versorgen Project Loon Balloons, möglicherweise bis Anfang 2016 [Quellen: Gershgorn , Lavars , Yahoo ].

Einer der Loon-Ballons stürzte im September 2015 in einem Wohnhof in einem Vorort von Los Angeles, Kalifornien, gegen eine Palme, nicht weit von seinem geplanten Landeplatz entfernt [Quelle: Collman ]. Bei dem kleinen Vorfall wurde niemand verletzt.

Es gibt viele Orte, an denen der Internetdienst unterdurchschnittlich oder gar nicht vorhanden ist oder an denen sich viele Menschen einfach nicht leisten können, was verfügbar ist. Im Jahr 2011, als Project Loon begann, berichtete die International Telecommunication Union, dass 2,2 Milliarden Menschen im Internet waren. Im Jahr 2015 ist diese Zahl auf etwa 3,2 Milliarden gestiegen [Quellen: Davidson , ITU ]. Trotz des kräftigen Anstiegs bleiben damit immer noch rund 4 Milliarden Menschen ohne Internetzugang.

Sogar einige Leute mit Zugang haben kein qualitativ hochwertiges, ununterbrochenes Hochgeschwindigkeits-Breitband. Konnektivität aus der Luft kann Dienste in Gebieten bereitstellen, in denen normalerweise Probleme auftreten, wie z. B. in bergigem Gelände, sowie an Orten, die die Infrastruktur des Internets nicht vollständig erreicht hat. Ballonnetze sollten an abgelegenen Orten, auch in Entwicklungsländern, viel einfacher und billiger zu entfesseln sein als das Verlegen von Kabeln und das Aufstellen von Mobilfunkmasten und anderer teurer Ausrüstung oder der Einsatz extrem teurer Kommunikationssatelliten . Netzwerke von Google-Ballons könnten auch in Notfällen eingesetzt werden, um beispielsweise den Internetdienst schnell wieder in Gang zu bringen, nachdem eine Naturkatastrophe Bodenausrüstung beschädigt hat.

Mobilfunkanbieter haben Interesse gezeigt, den Zugang zu Google Loon-Netzwerken zu mieten. Dies könnte es ihnen ermöglichen, neue Kunden zu erreichen und in Bereichen, die sie bereits abdecken, besseren Service bei höheren Geschwindigkeiten anzubieten. Es wird nicht kostenlos sein, aber es besteht die Hoffnung, dass ein Teil der Kosteneinsparungen in Form niedrigerer Preise an die Kunden weitergegeben werden könnte. Google hat bereits Partnerschaften mit Vodafone in Neuseeland, Telstra in Australien und Vivo und Telebras in Brasilien für Tests geschlossen.

Project Loon könnte ein echter Segen für die Gesellschaft sein, in einer Zeit, in der es enorme Vorteile hat, mit dem Rest der Welt verbunden zu sein. Alle auf der Welt online zu bringen, würde auch Google Vorteile bringen, die stark von Einnahmen aus Online-Werbung und -Diensten abhängig sind. Und wieder würde das Unternehmen Zahlungen für den Zugang zu den Loon-Netzwerken erhalten.

Im Jahr 2014 kaufte Google ein weiteres solarbetriebenes Unternehmen für Höhendrohnen (angeblich unter Facebook) namens Titan Aerospace, um bei mehreren ihrer Projekte zu helfen, darunter Project Loon und Mapping, und sie kauften das Satellitenunternehmen Skybox Imaging und investierten in das Raumfahrtunternehmen SpaceX. SpaceX beantragt die Erlaubnis, Tausende kleiner Satelliten in eine niedrige Umlaufbahn zu bringen, um der Welt Hochgeschwindigkeitsinternet bereitzustellen.

Google ist nicht das einzige Unternehmen, das versucht, das Internet über den Himmel zu den Menschen zu bringen. Facebook startete sein Connectivity Lab mit dem Ziel, mithilfe von Technologien wie Satelliten und Drohnen mehr Menschen auf der ganzen Welt kostengünstiges Internet zur Verfügung zu stellen. Sie kauften 2014 ein solarbetriebenes Unternehmen für Höhendrohnen namens Ascenta und stellten Technikexperten von Orten wie der NASA ein.

Die Möglichkeit, sich mit dem Internet zu verbinden, gibt den Menschen Zugriff auf alle Ressourcen, die das World Wide Web zu bieten hat, von der Kommunikation über Bildung bis hin zu Geschäftsmöglichkeiten. Eine beliebige Anzahl von Unternehmen kann wichtige Informationen und neue Quellen für Materialien und Produkte gewinnen. Menschen in Gebieten mit wenigen oder keinen Gesundheitsfachkräften könnten möglicherweise virtuelle medizinische Versorgung erhalten. Lehrer und Schüler können sofort auf ergänzende Unterrichtsmaterialien zugreifen, und Personen ohne Zugang zu Schulen können Lehrbücher lesen oder online am Unterricht teilnehmen. Junge zukünftige Wissenschaftler und Erfinder können Ideen, Ressourcen und möglicherweise sogar Mitarbeiter online finden.

Der Zugang kann die Wirtschaft eines Gebiets verbessern. Laut dem Projektleiter von Google Loon, Mike Cassidy, führt eine Erhöhung der Internetdurchdringung eines Landes um 10 Prozent zu einem Anstieg des BIP um etwa 1,4 Prozent pro Jahr [Quelle: Valve ].

Google hofft, dass Project Loon bis Ende 2016 kommerzielle Dienste anbietet.

Anmerkung des Autors: Wie Google Loon funktioniert

Der Zugang zum Internet ist heutzutage von entscheidender Bedeutung, nicht nur um unser Leben zu erleichtern, sondern auch um Zugang zu lebenswichtigen Diensten zu erhalten und sich allgemein in die Gesellschaft einzufügen. Wir kommunizieren zunehmend online und erledigen andere alltägliche Dinge wie Nachrichten lesen, das Wetter checken, Rechnungen bezahlen und Unterhaltung konsumieren. Wir können uns auch (sowohl außerhalb als auch innerhalb des Schullehrplans) weiterbilden, um unsere Aussichten zu verbessern, und nach Jobs suchen, die weit außerhalb des Bereichs liegen, der von unseren lokalen Zeitungen und Arbeitsämtern abgedeckt wird. Wenn Sie keinen Zugang zum Internet haben, sind Sie benachteiligt, daher bin ich froh, dass es Leute gibt, die versuchen, seine Reichweite auf diejenigen auszudehnen, die bisher ausgeschlossen wurden. Und die Tatsache, dass ein Teil des Dienstes von Ballons erbracht werden kann, lässt es nur noch lustiger klingen.

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