夏日的太阳从亚利桑那州的荒漠中升起,Facebook CEO扎克伯格与公司团队来到这里,看着Aquila无人机从军事设施(靠近加州边界)的起飞跑道上升起,这是Facebook无人驾驶太阳能飞机第一次飞上蓝天。

Aquila的翼展和波音737差不多,无人机在低空飞行了96分钟,比原定时间长了3倍多。Facebook希望碳纤维无人机未来一次可以在天上飞90天,高度约为6万至9万英尺(约18288-27432米),测试飞机只能飞2150英尺(约655米)。

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无人机是在英国制造的

Facebook的构想是这样的:无人机在某个地区盘旋,用最新的激光技术将互联网服务覆盖到半径30英里的范围。地面小塔上的天线和接收锅可以收到无人机传输的信号,天线将信号转化成Wi-Fi或者4G网络。网速很快,可以达到1Gbps。

在整个过程中,Facebook需要解决一系列的难题:白天飞行时飞机要收集足够的能量,让无人机可以24小时飞行;设计高能量、高密度电池,可以有效存储足够的能量。只有解决这些问题,Aquila才能达成目标:飞到离地面几英里的高空(大约6万英尺),一次可以飞行3个月以上。目前的太阳能无人机最高纪录只有2周。

Facebook工程副总裁杰伊·帕里克(Jay Parikh)表示:“我们还有许多的工作要做。”

2年前,Facebook收购了英国企业Ascenta,这家企业专注于太阳能无人机的研发,安迪·考克斯(Andy Cox)是Ascenta的原老板,他现在是Project Aquila项目的负责人。6月底,第一架Aquila无人机在英国Bridgwater工业区的仓库内制造出来,飞机拆解后运输到美国亚利桑那组装。

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试飞之后,Aquila无人机在一块石头场地上降落,因为机身比较脆弱,降落时还受了伤。

参加试飞活动之后,安迪·考克斯回到了Bridgwater。他在回英国的路上告诉BBC记者:“最终我们要让飞机飞到6-9万英尺的高空,比传统飞机高,那里很冷,无人机在空中要停留3个月以上。也就是说在给定的航点上,无人机可以自由盘旋,提供互联网服务,不会受到其它飞行器的影响。”

要达成目标,飞机的上表面全部要安装太阳能电池,还要确保飞机的形态符合空气动力学特点,尽可能轻一些。考克斯说,飞机必须很轻,重量增加一点,需要的电能就会多一点。

Aquila无人机技术详解

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扎克伯格表示,原计划是让Aquila飞行30分钟,因为事情进展很顺利,最终决定让飞机飞行96分钟,收集了许多数据,与模式、飞机架构有关的数据!

关于Aquila技术方面,扎克伯格做了以下阐述。

重量:Aquila的翼展比波音737宽,要让飞机在高空停留更长的时间,重量当然是越轻越好。正因如此,Aquila无人机的机身是用碳纤维复合材料制造的,重量不到1000磅,相当于一架三角钢琴的重量。

能源:白天时,Aquila会从阳光中汲取能量,只有收集足够多的能源才能推动飞机前进,与地面通信,让航空电子设备运转,到了夜晚,暖气和照明系统才能正常运行。在巡航高度航行时,无人机需要大约5000瓦的电力,相当于三台吹风机。

控制:Aquila在大多的时候是自动运行的,它仍然需要地面人员的支持,包括几十名工程师、飞行员、技术人员,他们引导、维护、监视飞机的运行。地面人员通过软件控制飞机,决定飞机的方向、高度和空中速度,他们还可以根据GPS线路派遣Aquila飞机。飞机的起降是自动的,毕竟人类飞行员的降落位置没有软件精准。

速度:当观看Aquila飞行时,有一点可能让人惊讶:它的飞行速度很慢。这是故意的。为了让飞机使用尽可能少的能量飞行,速度自然是越慢越好。在更高的高空,空气更加稀薄,此时Aquila的速度会快一些,每小时约为80英里(约129公里)。

高度:为了让飞机起飞、飞行、降落,Aquila的机翼和推进器既要在寒冷的高空运行,又要在温暖的低空飞行,低空的空气密度是高空的10倍。我们试图搞清飞机在各种高度飞行时需要多少能量,它对太阳能面板性能、电池尺寸、活动范围、不同季节的性能会造成多大的影响。

负载:Aquila大约一半的重量来自于高能量电池。电池很重,需要安装在大型机翼上,正因如此,Facebook用电脑建模,预测Aquila在负载情况下的形态。未来Facebook会开发更多的飞机,更好地理解飞机的实际飞行情况。

通信:Aquila将会携带通信工具,可以用激光传输数据,速度比现有系统快10倍。在移动的过程中,激光可以在11英里远的地方精确瞄准一枚硬币。

努力的企业不只Facebook

在一些偏远地区,还有无数的人无法使用互联网,Facebook想将便宜的互联网服务提供给这些人,还有其它一些公司也抱有相同的想法。MIT(麻省理工学院)航空航天部门副教授克里·卡赫(Kerri Cahoy)表示,科技巨头和创业公司的创新速度正在加快,我们已经进入了实验新纪元。

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谷歌母公司Alphabet正在执行Project Loon项目,它要用高海拔、风能气球传输互联网信号。气球在高空盘旋,高度约为商务飞机的2倍,它可以传输互联网信号。OneWeb Satellites是创业公司OneWeb和空客航空防备和空间公司(Airbus Defense and Space)共同组建的一家公司,它的目标是开发新一代小型先进卫星,用来提供互联网服务,主要瞄准发展中国家。SpaceX也想用卫星提供互联网服务。

卡赫称:“形势让人振奋,我真心希望这些技术能够取得突破,让事情成为可能,或者向前推进一大步。”

华盛顿大学航空航天部门研究助理教授克里斯托弗·兰姆(Christopher Lum)认为,用太阳能飞机提供高速互联网并不新鲜,像Aquila一样的飞机早就有人研究过,比如美军与NASA开发的太阳能飞机Helios。

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空中通信存在很大挑战

斯坦福教授安德烈·戈德史密斯(Andrea Goldsmith)认为,要在空中建造基础设施,Facebook和谷歌面临很大的挑战。从20世纪80年代开始,戈德史密斯就在研究无线通信技术。

戈德史密斯说:“非地面通信网络的传输效率并不高。正因如此,我们使用的所有无线通信基本上全是通过地面进行的,至少经常使用的服务是这样,比如手机和Wi-Fi。”戈德史密斯还说,Facebook与谷歌试图用相对较低的成本提供高性能服务,看起来很有吸引力。

杜克大学教授玛丽·卡明斯(Mary Cummings)认为,Facebook做的事情之前有人做过。卡明斯说:“将设备放在空中然后提供服务,还要让成本足够低,实现起来相当困难。没错,你可以将飞机送上天,它可以飞行,但是在商业上能否行得通呢?”卡明斯之前是美国海军战斗机飞行员,她现在是杜克大学人类与自治实验室的主管。

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和其它企业相比,Facebook和谷歌积极性更高。为什么?因为它们的业务依赖于海外用户的增长,它们要将服务提供给地球上的每一个人。Facebook CTO斯科洛普夫(Michael Schroepfer)表示,公司的目标是让互联网接入费用大幅下降,他还说:“挑战很大,地球上还有一半以上的人口无法上网。”

商业上可能行不通

Facebook无人机6月28日开始试飞,成功试飞让公司朝着目标前进了一大步。Facebook建立了一支专门团队探索新技术,包括飞机、卫星、无线通信系统等方面的技术,这个团队名叫“Facebook Connectivity Lab”。

Aquila是Facebook众多项目中最有野心的一个。Aquila无人机的重量只有汽车的三分之一。当飞机升至巡航高度时,只需要5000瓦的电能就能驱动,和三台吹风机差不多。在测试飞行中,Facebook收集了设计与运行信息。

Facebook工程副总裁杰伊·帕里克(Jay Parikh)表示,未来几年,Aquila还会进行一系列的测试,以后的Aquila能够飞得更快、更高、更远,飞机会不断进化。Facebook准备为测试机群增加更多的飞机,它们的尺寸和重量各有不同。

什么时候技术能够投入使用?戈德史密斯认为现在还无法断言,何时出现要看技术是怎样进化的,曾经有人提出过一些很有希望的概念,但最终还是失败了。

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例如卫星电话公司Iridium,该公司于1998年成立,它将卫星连结起来组成一个网络,覆盖全球每一个地区,Iridium要让每一个人都使用卫星手机,它会在空中安装手机信号塔,与蜂窝网络竞争。

“两大网络竞争,哪个会在商业无线通信中占据主导位置,当时并不明朗。”戈德史密斯说,“最终,与地面传输相比,空中传输的成本太高了,蜂窝网络大获全胜。”

虽然测试成功,Facebook还有许多工作要做。无人机的宽度和波音747一样,但是重量不到1000磅,大部分是电池。要在天空飞几个月,团队必须减轻飞机的重量。

最终无人机由谁来运营?Facebook避而不谈。之前,Facebook工程全球主管杰伊·帕里克(Jay Parikh)倒是说过,公司无意成为飞机制造商或者互联网服务提供商,实际部署工作将由本地互联网提供商和政府来完成。

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