今年7月,Facebook CEO扎克伯格與公司團隊來到亞利桑那州的荒漠,看著Aquila無人機從軍事設施(靠近加州邊界)的起飛跑道上升起,這是Facebook無人駕駛太陽能飛機第一次飛上藍天。
Aquila的翼展和波音737差不多,無人機在低空飛行了96分鐘,比原定時間長了3倍多。Facebook希望碳纖維無人機未來一次可以在天上飛90天,高度約為6萬至9萬英尺(約18288-27432米),測試飛機只能飛2150英尺(約655米)。
無人機是在英國制造的
Facebook的構想是這樣的:無人機在某個地區盤旋,用最新的激光技術將互聯網服務覆蓋到半徑30英里的范圍。地面小塔上的天線和接收鍋可以收到無人機傳輸的信號,天線將信號轉化成Wi-Fi或者4G網絡。網速很快,可以達到1Gbps。
在整個過程中,Facebook需要解決一系列的難題:白天飛行時飛機要收集足夠的能量,讓無人機可以24小時飛行;設計高能量、高密度電池,可以有效存儲足夠的能量。只有解決這些問題,Aquila才能達成目標:飛到離地面幾英里的高空(大約6萬英尺),一次可以飛行3個月以上。目前的太陽能無人機最高紀錄只有2周。
Facebook工程副總裁杰伊·帕里克(Jay Parikh)表示:“我們還有許多的工作要做。”
2年前,Facebook收購了英國企業Ascenta,這家企業專注于太陽能無人機的研發,安迪·考克斯(Andy Cox)是Ascenta的原老板,他現在是Project Aquila項目的負責人。6月底,第一架Aquila無人機在英國Bridgwater工業區的倉庫內制造出來,飛機拆解后運輸到美國亞利桑那組裝。
試飛之后,Aquila無人機在一塊石頭場地上降落,因為機身比較脆弱,降落時還受了傷。
參加試飛活動之后,安迪·考克斯回到了Bridgwater。他在回英國的路上告訴BBC記者:“最終我們要讓飛機飛到6-9萬英尺的高空,比傳統飛機高,那里很冷,無人機在空中要停留3個月以上。也就是說在給定的航點上,無人機可以自由盤旋,提供互聯網服務,不會受到其它飛行器的影響。”
要達成目標,飛機的上表面全部要安裝太陽能電池,還要確保飛機的形態符合空氣動力學特點,盡可能輕一些。考克斯說,飛機必須很輕,重量增加一點,需要的電能就會多一點。
Aquila無人機技術詳解
扎克伯格表示,原計劃是讓Aquila飛行30分鐘,因為事情進展很順利,最終決定讓飛機飛行96分鐘,收集了許多數據,與模式、飛機架構有關的數據!
關于Aquila技術方面,扎克伯格做了以下闡述。
重量:Aquila的翼展比波音737寬,要讓飛機在高空停留更長的時間,重量當然是越輕越好。正因如此,Aquila無人機的機身是用碳纖維復合材料制造的,重量不到1000磅,相當于一架三角鋼琴的重量。
能源:白天時,Aquila會從陽光中汲取能量,只有收集足夠多的能源才能推動飛機前進,與地面通信,讓航空電子設備運轉,到了夜晚,暖氣和照明系統才能正常運行。在巡航高度航行時,無人機需要大約5000瓦的電力,相當于三臺吹風機。
控制:Aquila在大多的時候是自動運行的,它仍然需要地面人員的支持,包括幾十名工程師、飛行員、技術人員,他們引導、維護、監視飛機的運行。地面人員通過軟件控制飛機,決定飛機的方向、高度和空中速度,他們還可以根據GPS線路派遣Aquila飛機。飛機的起降是自動的,畢竟人類飛行員的降落位置沒有軟件精準。
速度:當觀看Aquila飛行時,有一點可能讓人驚訝:它的飛行速度很慢。這是故意的。為了讓飛機使用盡可能少的能量飛行,速度自然是越慢越好。在更高的高空,空氣更加稀薄,此時Aquila的速度會快一些,每小時約為80英里(約129公里)。
高度:為了讓飛機起飛、飛行、降落,Aquila的機翼和推進器既要在寒冷的高空運行,又要在溫暖的低空飛行,低空的空氣密度是高空的10倍。我們試圖搞清飛機在各種高度飛行時需要多少能量,它對太陽能面板性能、電池尺寸、活動范圍、不同季節的性能會造成多大的影響。
負載:Aquila大約一半的重量來自于高能量電池。電池很重,需要安裝在大型機翼上,正因如此,Facebook用電腦建模,預測Aquila在負載情況下的形態。未來Facebook會開發更多的飛機,更好地理解飛機的實際飛行情況。
通信:Aquila將會攜帶通信工具,可以用激光傳輸數據,速度比現有系統快10倍。在移動的過程中,激光可以在11英里遠的地方精確瞄準一枚硬幣。
努力的企業不只Facebook
在一些偏遠地區,還有無數的人無法使用互聯網,Facebook想將便宜的互聯網服務提供給這些人,還有其它一些公司也抱有相同的想法。MIT(麻省理工學院)航空航天部門副教授克里·卡赫(Kerri Cahoy)表示,科技巨頭和創業公司的創新速度正在加快,我們已經進入了實驗新紀元。
谷歌母公司Alphabet正在執行Project Loon項目,它要用高海拔、風能氣球傳輸互聯網信號。氣球在高空盤旋,高度約為商務飛機的2倍,它可以傳輸互聯網信號。OneWeb Satellites是創業公司OneWeb和空客航空防備和空間公司(Airbus Defense and Space)共同組建的一家公司,它的目標是開發新一代小型先進衛星,用來提供互聯網服務,主要瞄準發展中國家。SpaceX也想用衛星提供互聯網服務。
卡赫稱:“形勢讓人振奮,我真心希望這些技術能夠取得突破,讓事情成為可能,或者向前推進一大步。”
華盛頓大學航空航天部門研究助理教授克里斯托弗·蘭姆(Christopher Lum)認為,用太陽能飛機提供高速互聯網并不新鮮,像Aquila一樣的飛機早就有人研究過,比如美軍與NASA開發的太陽能飛機Helios。
空中通信存在很大挑戰
斯坦福教授安德烈·戈德史密斯(Andrea Goldsmith)認為,要在空中建造基礎設施,Facebook和谷歌面臨很大的挑戰。從20世紀80年代開始,戈德史密斯就在研究無線通信技術。
戈德史密斯說:“非地面通信網絡的傳輸效率并不高。正因如此,我們使用的所有無線通信基本上全是通過地面進行的,至少經常使用的服務是這樣,比如手機和Wi-Fi。”戈德史密斯還說,Facebook與谷歌試圖用相對較低的成本提供高性能服務,看起來很有吸引力。
杜克大學教授瑪麗·卡明斯(Mary Cummings)認為,Facebook做的事情之前有人做過。卡明斯說:“將設備放在空中然后提供服務,還要讓成本足夠低,實現起來相當困難。沒錯,你可以將飛機送上天,它可以飛行,但是在商業上能否行得通呢?”卡明斯之前是美國海軍戰斗機飛行員,她現在是杜克大學人類與自治實驗室的主管。
和其它企業相比,Facebook和谷歌積極性更高。為什么?因為它們的業務依賴于海外用戶的增長,它們要將服務提供給地球上的每一個人。Facebook CTO斯科洛普夫(Michael Schroepfer)表示,公司的目標是讓互聯網接入費用大幅下降,他還說:“挑戰很大,地球上還有一半以上的人口無法上網。”
商業上可能行不通
Facebook無人機6月28日開始試飛,成功試飛讓公司朝著目標前進了一大步。Facebook建立了一支專門團隊探索新技術,包括飛機、衛星、無線通信系統等方面的技術,這個團隊名叫“Facebook Connectivity Lab”。
Aquila是Facebook眾多項目中最有野心的一個。Aquila無人機的重量只有汽車的三分之一。當飛機升至巡航高度時,只需要5000瓦的電能就能驅動,和三臺吹風機差不多。在測試飛行中,Facebook收集了設計與運行信息。
Facebook工程副總裁杰伊·帕里克(Jay Parikh)表示,未來幾年,Aquila還會進行一系列的測試,以后的Aquila能夠飛得更快、更高、更遠,飛機會不斷進化。Facebook準備為測試機群增加更多的飛機,它們的尺寸和重量各有不同。
什么時候技術能夠投入使用?戈德史密斯認為現在還無法斷言,何時出現要看技術是怎樣進化的,曾經有人提出過一些很有希望的概念,但最終還是失敗了。
例如衛星電話公司Iridium,該公司于1998年成立,它將衛星連結起來組成一個網絡,覆蓋全球每一個地區,Iridium要讓每一個人都使用衛星手機,它會在空中安裝手機信號塔,與蜂窩網絡競爭。
“兩大網絡競爭,哪個會在商業無線通信中占據主導位置,當時并不明朗。”戈德史密斯說,“最終,與地面傳輸相比,空中傳輸的成本太高了,蜂窩網絡大獲全勝。”
雖然測試成功,Facebook還有許多工作要做。無人機的寬度和波音737一樣,但是重量不到1000磅,大部分是電池。要在天空飛幾個月,團隊必須減輕飛機的重量。
最終無人機由誰來運營?Facebook避而不談。之前,Facebook工程全球主管杰伊·帕里克(Jay Parikh)倒是說過,公司無意成為飛機制造商或者互聯網服務提供商,實際部署工作將由本地互聯網提供商和政府來完成。
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