پروژه لون (Loon) یک ابتکار جاهطلبانه از آزمایشگاه X گوگل (که بعداً بهعنوان بخشی از شرکت مادر آلفابت شناخته شد) بود که در سال ۲۰۱۱ آغاز شد و در ژوئن ۲۰۱۳ بهصورت عمومی معرفی شد. هدف این پروژه، ارائه اینترنت به مناطق دورافتاده و محروم از طریق شبکهای از بالنهای پر شده با هلیوم بود که در استراتوسفر زمین شناور بودند. لون در ابتدا بهعنوان یک پروژه تحقیقاتی در آزمایشگاه X شروع شد و در جولای ۲۰۱۸ به یک شرکت مستقل به نام Loon LLC تبدیل شد. به گزارش ابرار صنعتی، این پروژه قصد داشت با استفاده از فناوری نوآورانه، شکاف دیجیتال را در مناطقی که زیرساختهای زمینی مانند کابلهای فیبر نوری یا دکلهای مخابراتی غیراقتصادی یا غیرممکن بودند، پر کند.
نام “لون” (به معنای دیوانهوار) به شوخی به پیچیدگی و جاهطلبی این ایده اشاره داشت، اما این پروژه با موفقیتهای فنی قابلتوجهی مانند ارائه اینترنت در مناطق بحرانزده و آزمایشهای تجاری در کنیا همراه بود. با این حال، در ژانویه ۲۰۲۱، آلفابت اعلام کرد که به دلیل عدم سودآوری، پروژه لون متوقف خواهد شد.
اهداف اصلی پروژه لون در ابتدای طراحی
هدف اصلی پروژه لون، فراهم کردن دسترسی مقرونبهصرفه و قابل اعتماد به اینترنت برای “آخرین میلیارد” کاربر در مناطق روستایی، دورافتاده، و کمبرخوردار بود که به زیرساختهای سنتی دسترسی نداشتند. برخلاف پروژههایی که به دنبال اتصال “میلیارد بعدی” بودند، لون به دنبال حل مشکل اتصال جوامع محروم با زیرساختهای محدود بود. این پروژه همچنین قصد داشت اینترنت را در شرایط اضطراری، مانند پس از بلایای طبیعی، بهسرعت به مناطق آسیبدیده برساند.
لون میخواست با استفاده از بالنهای استراتوسفری که بهعنوان برجهای مخابراتی شناور عمل میکردند، شبکهای بیسیم با سرعتهای مشابه 3G یا 4G ایجاد کند. این پروژه با هدف کاهش هزینههای زیرساختی نسبت به روشهای سنتی مانند کابلکشی یا ماهوارهها طراحی شده بود و از فناوریهای تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی برای پایداری استفاده میکرد.
نحوه عملکرد بالنهای ارتباطی
بالنهای لون با استفاده از الگوریتمهای نرمافزاری پیشرفته و دادههای باد از سازمان ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) هدایت میشدند. این بالنها با تغییر ارتفاع خود در لایههای مختلف استراتوسفر، از جریانهای بادی متفاوت برای حرکت در جهت موردنظر استفاده میکردند. هر بالن بهعنوان یک گره در یک شبکه بیسیم عمل میکرد که سیگنالهای اینترنتی را بین بالنها و به ایستگاههای زمینی منتقل میکرد. کاربران با استفاده از آنتنهای مخصوصی که به ساختمانهایشان متصل میشد، به این شبکه متصل میشدند.
سیستم شامل دو بخش اصلی بود: یک بالن خارجی پر شده با هلیوم برای شناوری و یک بالن داخلی (بالونت) پر شده با هوا که با تنظیم حجم آن، ارتفاع بالن کنترل میشد. این روش امکان مانور دقیق بالنها را بدون نیاز به پیشرانههای پیچیده فراهم میکرد.
ارتفاع پرواز بالنها در استراتوسفر
بالنهای لون در ارتفاع ۱۸ تا ۲۵ کیلومتری (۱۱ تا ۱۶ مایل) در استراتوسفر پرواز میکردند، که تقریباً دو برابر ارتفاع پرواز هواپیماهای تجاری است. این لایه از جو به دلیل سرعت بادهای نسبتاً پایین (بین ۵ تا ۲۰ مایل در ساعت) و نبود شرایط جوی شدید مانند طوفان، برای شناوری طولانیمدت مناسب بود. استراتوسفر همچنین دارای حداقل بخار آب و ابر است که خطر آسیب به تجهیزات را کاهش میداد.
این ارتفاع بالا، بالنها را از مسیرهای هواپیماها و شرایط جوی ناپایدار دور نگه میداشت، اما چالشهایی مانند دماهای پایین (تا -۹۰ درجه سانتیگراد) و فشار کم جو (۱٪ فشار سطح دریا) را به همراه داشت که نیازمند طراحی بالنهای مقاوم بود.
نوع تجهیزات نصبشده روی هر بالن
- پوشش بالن: ساختهشده از پلیاتیلن با ضخامت ۰.۰۷۶ میلیمتر، با ابعاد ۱۵ متر عرض و ۱۲ متر ارتفاع، طراحیشده برای تحمل فشار بالا و شرایط سخت استراتوسفر
- پنلهای خورشیدی: برای تأمین انرژی تجهیزات ارتباطی و شارژ باتریها برای عملیات شبانه
- سیستم avionics: شامل کامپیوترهای کنترل پرواز، GPS، و حسگرها برای ناوبری و نظارت
- تجهیزات ارتباطی: شامل آنتنهای LTE و فرستندههای Ubiquiti Rocket M2 برای انتقال سیگنالهای اینترنتی به زمین و بین بالنها
- چتر نجات: برای فرود کنترلشده در مواقع اضطراری یا پایان مأموریت
این تجهیزات در یک جعبه ۱۰ کیلوگرمی نصب میشدند که به بالن متصل بود و برای عملکرد در شرایط سخت استراتوسفر بهینه شده بودند.
انرژی مورد نیاز و پنلهای خورشیدی
بالنهای لون از انواع پنل خورشیدی برای تأمین انرژی استفاده میکردند که در نور کامل خورشید تا ۱۰۰ وات قدرت تولید میکردند. این انرژی برای تأمین نیازهای تجهیزات ارتباطی، سیستمهای ناوبری، و شارژ باتریها برای عملیات در شب استفاده میشد. باتریهای داخلی اطمینان میدادند که بالنها در طول شب، زمانی که نور خورشید در دسترس نبود، عملکرد خود را حفظ کنند. این استفاده از انرژی تجدیدپذیر، لون را به یک راهحل پایدار تبدیل کرد.
سیستم انرژی خورشیدی به بالنها اجازه میداد ماهها در استراتوسفر باقی بمانند بدون نیاز به سوختگیری، هرچند شرایط جوی مانند کاهش نور خورشید در زمستان میتوانست کارایی را تحت تأثیر قرار دهد.
چگونگی اتصال به شبکه جهانی اینترنت
بالنهای لون بهعنوان برجهای مخابراتی شناور عمل میکردند و سیگنالهای LTE را به زمین منتقل میکردند. این سیگنالها از طریق یک شبکه مش (Mesh Network) بین بالنها منتقل میشد و سپس به ایستگاههای زمینی متصل به ارائهدهندگان خدمات اینترنتی (ISP) میرسید. کاربران با نصب آنتنهای مخصوص روی ساختمانهای خود به این شبکه متصل میشدند. در برخی موارد، بالنها از فناوری انتقال داده نوری (مانند لیزر) برای ارتباط بین خود استفاده میکردند که سرعت و کارایی را افزایش میداد.
این سیستم امکان ارائه اینترنت با سرعتهای مشابه 3G یا 4G (تا ۱ مگابیت بر ثانیه در ابتدا و تا ۱۰ مگابیت بر ثانیه در مراحل بعدی) را فراهم میکرد، که برای مناطق بدون زیرساخت کافی بود.
محدوده پوشش اینترنت توسط هر بالن
هر بالن لون میتوانست منطقهای به قطر حدود ۴۰ کیلومتر (حدود ۵,۰۰۰ کیلومتر مربع) را پوشش دهد. این محدوده به عوامل مختلفی مانند ارتفاع بالن، شرایط جوی، و قدرت تجهیزات ارتباطی بستگی داشت. در پروژه تجاری کنیا در سال ۲۰۲۰، حدود ۳۵ بالن توانستند منطقهای به وسعت ۵۰,۰۰۰ کیلومتر مربع را در غرب و مرکز کنیا پوشش دهند، از جمله شهر نایروبی.
هدایت و پایدارسازی بالن در شرایط جوی
هدایت بالنهای لون با استفاده از الگوریتمهای یادگیری عمیق (Deep Reinforcement Learning) و دادههای بادی NOAA انجام میشد. این الگوریتمها به بالنها اجازه میدادند با تغییر ارتفاع، به لایههای بادی با سرعت و جهت مناسب دسترسی پیدا کنند. سیستم تنظیم شناوری متغیر (Variable Buoyancy System) با پمپاژ یا آزاد کردن هوا در بالونت داخلی، ارتفاع بالن را تنظیم میکرد.
استراتوسفر با وجود بادهای پایدار، همچنان چالشهایی مانند تغییرات دمایی شدید (تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد اختلاف) و بادهای با سرعت تا ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت داشت. بالنهای لون با پوششهای پلیاتیلن مقاوم و چتر نجات برای فرود ایمن طراحی شده بودند تا این شرایط را تحمل کنند.
مدتزمان پرواز و عمر مفید هر بالن
بالنهای لون در ابتدا تنها چند روز (۵ تا ۱۰ روز) در استراتوسفر دوام میآوردند، اما با پیشرفتهای فنی، عمر مفید آنها به بیش از ۱۰۰ روز افزایش یافت. در اکتبر ۲۰۲۰، لون رکورد ۳۱۲ روز پرواز مداوم را با بالن HBAL703 ثبت کرد که از پورتوریکو در می ۲۰۱۹ پرتاب شده و در مارس ۲۰۲۰ در مکزیک فرود آمد. میانگین عمر مفید بالنها حدود ۵ ماه بود، پس از آن به دلیل فرسودگی مواد یا کاهش هلیوم نیاز به تعویض داشتند. این بالنها برای فرود ایمن به چتر نجات مجهز بودند و به مناطق تعیینشده هدایت میشدند، اگرچه گاهی به دلیل بادهای غیرقابلپیشبینی در مکانهای غیرمنتظره فرود میآمدند.
موانع فنی و چالشهای مخابراتی در پروژه لون
لون با چالشهای فنی و مخابراتی متعددی مواجه بود:
- ناوبری دقیق: هدایت بالنها در بادهای متغیر استراتوسفر دشوار بود و نیاز به الگوریتمهای پیچیده داشت.
- شرایط جوی سخت: دماهای پایین، فشار کم، و اشعه UV شدید به مواد بالن آسیب میرساند و نیاز به طراحی مقاوم داشت.
- هزینههای بالا: هر بالن هزینهای چند ده هزار دلاری داشت و نیاز به تعویض هر ۵ ماه یکبار، هزینههای عملیاتی را افزایش میداد.
- چالشهای نظارتی: دریافت مجوز برای پرواز در حریم هوایی کشورهای مختلف زمانبر و پیچیده بود. برای مثال، پروژه سریلانکا به دلیل مشکلات نظارتی به نتیجه نرسید.
- اتصال پایدار: حفظ اتصال مداوم بین بالنها و ایستگاههای زمینی در مناطق با توپوگرافی پیچیده دشوار بود.
تفاوتهای Loon با ماهوارههای LEO مانند Starlink
- ارتفاع عملیاتی: لون در ارتفاع ۱۸ تا ۲۵ کیلومتری در استراتوسفر عمل میکرد، در حالی که ماهوارههای LEO استارلینک در ارتفاع ۳۵۰ تا ۱,۲۰۰ کیلومتری قرار دارند. این باعث میشد لون در مقایسه با استارلینک تأخیر کمتری داشته باشد، اما پوشش آن محدودتر بود.
- هزینه و نگهداری: بالنهای لون ارزانتر از پرتاب ماهواره بودند، اما نیاز به تعویض مکرر داشتند، در حالی که ماهوارههای استارلینک عمر طولانیتری دارند.
- پوشش و مقیاسپذیری: استارلینک با هزاران ماهواره، پوشش جهانی گستردهتری ارائه میدهد، در حالی که لون برای پوشش مناطق خاص طراحی شده بود.
- فناوری: لون از فناوری LTE و گاهی انتقال داده نوری استفاده میکرد، در حالی که استارلینک از فناوریهای پیشرفتهتر لیزری و فرکانسهای بالاتر بهره میبرد.
استارلینک در نهایت به دلیل مقیاسپذیری و سرمایهگذاری گستردهتر، رقیب قدرتمندی برای لون بود.
آلفابت اعلام کرد که فناوریهای لون در پروژههای دیگر مانند Taara (انتقال داده نوری) استفاده خواهد شد و ۱۰ میلیون دلار برای توسعه زیرساختهای ارتباطی در کنیا اختصاص داد.
وضعیت فعلی پروژه لون
پروژه لون بهطور کامل متوقف شده و دیگر عملیاتی نیست. پس از اعلام تعطیلی در ژانویه ۲۰۲۱، لون تا مارس ۲۰۲۱ به ارائه خدمات در کنیا ادامه داد و سپس عملیات خود را پایان داد. فناوریهای توسعهیافته در لون، مانند الگوریتمهای یادگیری عمیق برای ناوبری و انتقال داده نوری، در پروژه Taara و دیگر ابتکارات آلفابت استفاده میشوند. لون همچنین آرشیوی از تجربیات خود به نام “The Loon Collection” منتشر کرد تا به محققان و توسعهدهندگان آینده کمک کند.
