อินเทอร์เน็ตจากท้องนภา วายุ และบอลลูน

Scientifica
22 May 2020
เรื่องโดย:

ฌาณัฐย์ สิทธิปรีดานันท์

แทบทุกวินาทีของชีวิตมนุษย์คนหนึ่งในยุคปัจจุบันนั้นถูกยึดโยงและเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตอยู่ตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นการทำงาน ซื้อของ พักผ่อน หรือแม้กระทั่งการออกกำลังกาย แทบทุกกิจกรรมถูกผูกยึดเข้ากับอินเทอร์เน็ตเพื่อประสิทธิภาพและความสะดวกสบาย เทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตเจริญเติบโตไปพร้อมๆ กันกับมนุษยชาติและกลายสภาพมาเป็นปัจจัยที่ห้าของผู้คนส่วนใหญ่ไปแล้ว 

        แต่เชื่อหรือไม่ว่าโครงสร้างพื้นฐานของอินเทอร์เน็ตนั้นไม่ได้เป็นเพียงแค่ดาวเทียมสุดไฮเทคที่ส่งผ่านข้อมูลของพวกเรามาจากห้วงอวกาศ แต่กลับเป็นสายเคเบิลใยแก้วนำแสงใต้ทะเลที่เชื่อมต่อโลกทั้งใบเอาไว้ด้วยกัน 

        แน่นอนว่าเคเบิลเหล่านี้มี ‘ข้อจำกัด’ เช่นเดียวกันกับเทคโนโลยีการสื่อสารแบบใช้สายทั้งหลาย นั่นก็คือการขาดความสามารถในการเข้าถึงพื้นที่ห่างไกลหรือทุรกันดาร และต้องใช้งบประมาณมหาศาลในการติดตั้ง

        อย่างไรก็ตาม การพัฒนาของการสื่อสารไร้สาย อินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียม และอีกหลายเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้ช่วยบรรเทาข้อจำกัดนี้ลงได้ก็จริง แต่ก็ยังมีข้อเสียใหม่ๆ ตามมาอีกเช่นกัน

        โครงการลูน หรือ Project Loon จึงเข้ามาเพื่อเบิกทางและแก้ไขปัญหานี้ด้วยแนวคิดที่ว่า บอลลูนลอยฟ้านี่แหละที่จะเป็นแนวทางใหม่ในโครงสร้างพื้นฐานของระบบอินเทอร์เน็ต

ความเป็นมา

        Project Loon ถูกคิดค้นและเริ่มพัฒนาขึ้นมาในฐานะ Project X หรือกลุ่มโครงการล้ำยุคภายใต้บริษัท Google ในช่วงปี 2011 โดยมีเป้าหมายหลักในการคิดค้นวิธีการที่ดีที่สุดในการทำให้พื้นที่ห่างไกลและทุรกันดารแบบสุดๆ สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตได้ (เช่น กลางป่าดงดิบ ทะเลทราย หรือขั้วโลก) ทางทีมงานเลือกที่จะไปให้สุดกับแนวคิดที่ว่าบอลลูนประเภทบอลลูนตรวจอากาศน่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีในการตอบโจทย์ปัญหานี้ และเริ่มพัฒนา ออกแบบ รวมถึงสร้างแบบจำลองมาเรื่อยๆ นับจากนั้น

        ในบรรดาโครงการภายใต้ Google X (X Development/Company ในปัจจุบัน) Project Loon เป็นหนึ่งในโครงการที่ประสบความสำเร็จและรอดชีวิตมาได้จนถึงปัจจุบัน ในปี 2018 ทั้งโครงการได้แยกตัวออกมาเป็นบริษัทแบบเต็มรูปแบบ เพื่อเปิดทางให้กับการพัฒนาและวิจัยได้อย่างเต็มที่

เสาโทรศัพท์ลอยฟ้า

        ผลลัพธ์ที่ได้จากการพัฒนามากว่าทศวรรษคือระบบบอลลูนขนาดเท่าสนามเทนนิสที่พ่วงเอาระบบกระจายสัญญาณอินเทอร์เน็ตไปด้วย บอลลูนของ Project Loon นั้นไม่ใช่บอลลูนหรืออากาศยานธรรมดาๆ แต่นับว่าเป็นหนึ่งใน HAPS: High Altitude Platform Stations, High Altitude Pseudo Satellites หรืออากาศยานที่บินในระดับที่สูงมากๆ ทั้งนี้ก็ด้วยพื้นที่ ‘โคจร’ ของบอลลูนเหล่านี้อยู่สูงขึ้นไปจากระดับน้ำทะเลถึง 20 กว่ากิโลเมตรในระดับชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ แน่นอนว่าบอลลูนธรรมดาๆ อย่างบอลลูนตรวจอากาศไม่สามารถอยู่รอดในสภาพเช่นนี้ได้เลยแม้แต่น้อย

        ตัวบอลลูนประกอบไปด้วย 2 ส่วนหลักๆ คือตัวถุงลมหลัก (หรือลูกบอลลูนจริงๆ) และส่วนสัมภาระ โดยส่วนตัวบอลลูนนั้นผลิตมาจากวัสดุที่มีความทนทานสูง เช่น พลาสติกพอลิเอทิลีน (Polyethylene) เพื่อให้ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในชั้นบรรยากาศระดับสูงได้อย่างน้อย 100 วัน ภายในถูกบรรจุด้วยแก๊สที่เบากว่าอากาศ เช่น ฮีเลียมหรือไฮโดรเจนเพื่อใช้ควบคุมระดับความสูง

        ในส่วนของสัมภาระหรืออุปกรณ์การบินที่พ่วงไปกับบอลลูนเพื่อสร้าง ‘เสาโทรศัพท์ลอยฟ้า’ นั้นมีทั้งหมด 4 ส่วนหลักๆ ด้วยกัน นั่นก็คือส่วนเสาอากาศสำหรับรับส่งสัญญาณระหว่างผู้ใช้ เครือข่ายบอลลูน และระบบอินเทอร์เน็ตภาคพื้นดิน, ส่วนแผงเซลล์สุริยะเพื่อผลิตพลังงานสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดให้สามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมง, ส่วนแคปซูลระบบการบินที่เปรียบเสมือนมันสมองของทั้งระบบ และระบบ GPS รวมไปถึงเซนเซอร์ตรวจวัดสภาพอากาศ ส่วนนี้สามารถใช้ควบคุมและกำหนดเส้นทางการบินของบอลลูนได้โดยอัตโนมัติ และส่วนสุดท้ายคือส่วนร่มชูชีพสำหรับใช้ตอนลงจอด

        หากจะเปรียบเทียบกันแบบชัดๆ บอลลูนของ Project Loon ก็คือบอลลูนตรวจอากาศขนาดยักษ์ ที่ถึกทนแบบสุดๆ รวมถึงเชื่อมต่อพวกเราเข้ากับโครงข่ายอินเทอร์เน็ตได้เช่นเดียวกับเสาโทรศัพท์ทั่วๆ ไป ถึงแม้จะลอยอยู่สูงกว่าระดับเพดานบินของเครื่องบินโดยสารทั่วไปก็ตาม

หลักการทำงาน

        การปล่อยบอลลูนนั้นเริ่มต้นขึ้นในวันที่อากาศแจ่มใส หลังจากทางทีมงาน Loon ได้ประสานงานกับหน่วยงานภาครัฐและผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตในพื้นที่เรียบร้อยแล้ว เมื่อทุกอย่างพร้อม บอลลูนจะถูกปล่อยจากแท่นปล่อยอัตโนมัติรูปทรงคล้ายตู้คอนเทนเนอร์ทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส ระบบปล่อยอัตโนมัตินี้สามารถเติมแก๊ส ติดตั้งระบบและอุปกรณ์การบิน และส่งบอลลูนขนาดยักษ์หนึ่งลูกขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ทุกๆ 30 นาที

        เมื่อถูกปล่อยออกจากฐานปล่อยแล้ว บอลลูนจะถูกติดตามและควบคุมโดยทีมงานภาคพื้นดินจนกระทั่งถึงระดับความสูงที่ต้องการในระดับชั้นสตราโตสเฟียร์ ที่ระดับความสูงนี้ไม่มีการใช้งานโดยเครื่องบินพาณิชย์หรือสิ่งมีชีวิตใดๆ เลย แต่สิ่งหนึ่งที่มีอยู่ในปริมาณมากคือกระแสลมความเร็วสูงที่บอลลูนจะใช้ ‘ขี่’ ไปในการเดินทางตลอดอายุการใช้งาน 100 วันนั่นเอง

        ระบบควบคุมเส้นทางการบินแทบทั้งหมดถูกควบคุมโดย AI ที่ประมวลผลข้อมูลสภาพอากาศในพื้นที่ แน่นอนว่าบอลลูนเหล่านี้ไม่มีเครื่องยนต์หรือปีกเพื่อใช้ควบคุมทิศทางเช่นเดียวกับอากาศยานทั่วไป การเดินทางของระบบเสาโทรศัพท์ลอยฟ้านี้ถูกกำหนดด้วยกระแสลมที่มีอยู่ในธรรมชาติเท่านั้น ซึ่งน่าทึ่งมากที่มันสามารถทำออกมาได้ดี บอลลูนแต่ละลูกสามารถสื่อสารหากันและกันได้เพื่อสร้างเครือข่ายและแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกัน บอลลูนเหล่านี้สามารถที่จะวนอยู่กับที่หรือขี่กระแสลมชั้นสูงไปยังตำแหน่งใหม่ได้โดยอัตโนมัติอีกด้วย

        เมื่อถึงตำแหน่งที่เหมาะสม ระบบกระจายสัญญาณอินเทอร์เน็ตก็จะเริ่มทำงานทันที โดยสถานีบริการอินเทอร์เน็ตภาคพื้นดินจะทำการส่งสัญญาณไปยังบอลลูนที่อยู่ในระยะ ซึ่งจะทำการกระจายสัญญาณไปยังบอลลูนลูกต่อๆ ไปในเครือข่าย ผู้ใช้งานสามารถใช้อินเทอร์เน็ตได้ภายในระยะส่งสัญญาณของโครงข่ายบอลลูนทั้งหมด (ประมาณรัศมี 40 กิโลเมตรต่อบอลลูนหนึ่งลูก) ได้ตามปกติเสมือนใช้งาน 4G LTE ทั่วๆ ไป ในหลายๆ กรณีการเชื่อมต่อนั้นแทบจะเหมือนการใช้งานอินเทอร์เน็ตมือถือทั่วไปด้วยซ้ำ ไม่ต่างจากระบบเครือข่ายไร้สายในเมืองเลยแม้แต่น้อย

        เมื่อบอลลูนเหล่านี้หมดอายุขัยในการใช้งานลง ทีมงานภาคพื้นดินจะทำการส่งคำสั่งเพื่อปล่อยแก๊สออกจากถุงลมเพื่อให้บอลลูนตกลงมาในพื้นที่ที่กำหนดเอาไว้ ขั้นตอนนี้จำเป็นที่จะต้องประสานงานกับทางหอควบคุมการบินในพื้นที่เพื่อให้แน่ใจว่าบอลลูนจะไม่ไปตกใส่เครื่องบินหรือบริเวณที่ไม่เหมาะสม เมื่อบอลลูนถูกปล่อยให้ตกลงมาจนถึงระดับความสูงที่เหมาะสมแล้ว ระบบร่มชูชีพในส่วนสัมภาระจะเริ่มทำงานทันทีเพื่อให้บอลลูนลงจอดอย่างปลอดภัย

        ทีมเก็บกู้จะทำการเก็บบอลลูนไปวิเคราะห์ต่อในห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบความทนทานของวัสดุ และความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน อุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกนำไปรีไซเคิลเพื่อใช้งานต่อในการส่งบอลลูนครั้งต่อไป

ผลลัพธ์

        Project Loon ได้รับเสียงตอบรับที่ดีพอสมควร และในเวลาไม่กี่ปีก็สามารถขยายพื้นที่ในการทำการทดสอบไปยังประเทศอื่นๆ โดยเฉพาะนิวซีแลนด์ ที่ทีมงานใช้เป็นจุดศูนย์กลางหลักในการทดสอบ

       ในช่วงแรกของโครงการ ผู้ใช้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษในการรับสัญญาณจากบอลลูน แต่หลังจากการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของระบบกระจายสัญญาณไปเป็นมาตรฐาน eNodeB ผู้ใช้ก็สามารถเชื่อมต่อกับบอลลูนได้ตามปกติด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่ว ๆ ไปอย่างโทรศัพท์มือถือหรือสมาร์ตโฟน

        Project Loon ได้ถูกทดสอบในประเทศบราซิลและศรีลังกา และพิสูจน์ให้เห็นถึงความสามารถของระบบ Loon ที่สามารถทดแทนระบบโครงสร้างพื้นฐานทั่วๆ ไปอย่างสายเคเบิลที่เราคุ้นเคยได้เป็นอย่างดี ในช่วงที่เฮอริเคนมาเรียพัดถล่มเปอร์โต ริโก ทางทีมงาน Loon ได้ปล่อยเครือข่ายบอลลูนเพื่อให้บริการอินเทอร์เน็ตฉุกเฉินกับผู้ประสบภัย ซึ่งได้ผลออกมาเป็นที่น่าพึงพอใจ ผู้คนหลายพันคนสามารถใช้บริการอินเทอร์เน็ตได้ ถึงแม้ว่าเสาสัญญาณและสายไฟปกติจะได้รับความเสียหายก็ตาม

        ล่าสุด Project Loon ได้เก็บชั่วโมงบินไปแล้วกว่าล้านชั่วโมงด้วยระยะทางกว่า 40 ล้านกิโลเมตร และให้บริการผู้คนกว่า 300,000 คนทั่วโลก

บทสรุป

        Project Loon แสดงให้เห็นถึงความพยายามในการแก้ไขปัญหาด้วยวิธีที่แปลกใหม่ผ่านความสามารถด้านวิศวกรรมและองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ จากเป้าหมายหลักในการกระจายการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตในพื้นที่ห่างไกลได้ บอลลูนที่เดินทางด้วยสายลมไปพร้อมกับระบบกระจายสัญญาณอินเทอร์เน็ตได้พัฒนามาเป็น ‘Format’ หรือรูปแบบใหม่ของโครงข่ายอินเทอร์เน็ตไปเป็นที่เรียบร้อย และในอนาคตอันใกล้นี้เราน่าจะได้เห็นองค์ความรู้และประดิษฐกรรมที่เราได้จาก Loon ถูกนำมาใช้ในวงกว้างอย่างแน่นอน

        สำหรับประเทศไทยเองก็สามารถที่จะนำเอาคอนเซ็ปของ Loon มาใช้พัฒนาเครือข่ายในพื้นที่ห่างไกลได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ระบบการเรียนรู้ทางไกลผ่านดาวเทียมที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันสามารถถูกทดแทนได้ด้วยเครือข่ายของ Loon ที่ให้ความเร็วที่สูงกว่าในราคาที่ต่ำกว่าอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียมทั่วๆ ไป ที่สำคัญคือไม่จำเป็นที่จะต้องบุกป่าฝ่าดงไปตัดต้นไม้เพื่อติดตั้งเสาสัญญาณ ประหยัดทั้งงบประมาณและส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศน้อยกว่าโครงสร้างพื้นฐานแบบเดิมๆ

        ประเทศไทยยังมีพื้นที่อีกมากมายที่อินเทอร์เน็ตยังเข้าไม่ถึงหรือไม่สามารถเข้าไปได้เลยด้วยวิธีแบบปกติ ดังนั้นแล้วจะดีกว่าไหมหากเรานำเอาวิธีการของ Loon เข้ามาใช้เพื่อให้ ‘ทุกคน’ สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงได้ ไม่ต่างจากในใจกลางมหานครใหญ่อย่างกรุงเทพฯ

อนาคตของ Project Loon และโลกทั้งใบที่เต็มไปด้วยอินเทอร์เน็ต?

        ถึงแม้ว่าเราจะอยู่ในยุคสมัยที่พูดได้เต็มปากว่าโลกใบนี้กำลังหมุนไปด้วยพลังของอินเทอร์เน็ต แต่กลับมีประชากรเพียงแค่ครึ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงโลกแห่งอินเทอร์เน็ตนี้ได้อย่างเต็มที่ ยังไม่นับพื้นที่อีกมากมายนับไม่ถ้วนที่ไร้ซึ่งสัญญาณหรือวิธีการในการติดต่อกับโลกภายนอกได้ การเข้ามาของ Project Loon คือการเปลี่ยนท้องฟ้าไปเป็นพื้นที่สำหรับติดตั้งเสาสัญญาณมากมายนับไม่ถ้วน ลองจินตนาการถึงโลกที่เราสามารถใช้อินเทอร์เน็ตได้ตามปกติระหว่างที่กำลังนั่งเครื่องบิน เดินป่า หรืออยู่กลางทะเลดูสิครับ วันที่โลกทั้งใบเชื่อมต่อถึงกันได้โดยสมบูรณ์ ไร้ซึ่งข้อผูกมัดทางกายภาพหรือเทคโนโลยี อนาคตที่ว่านี้จะเป็นไปได้จริงในระดับไหน เราคงต้องติดตามกันต่อไป แต่ความพยายามในการเชื่อมต่อโลกทั่งใบเข้าไว้ด้วยกันของมนุษยชาติจะยังคงดำเนินต่อไปอย่างไม่หยุดยั้งอย่างแน่นอน

        สุดท้ายแล้ว เราไม่อาจปฏิเสธได้เลยว่าคู่แข่งที่สมควรถูกนำมาเปรียบเทียบมากที่สุดกับ Project Loon คือโครงการ Starlink ของ SpaceX แต่ทั้งสองระบบนั้นมีข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน บอลลูนของ Project Loon สามารถนำมารีไซเคิลได้, ใช้งบประมาณในการผลิตที่น้อยกว่า, สามารถปรับระบบการจ่ายสัญญาณได้อย่างยืดหยุ่น รวมถึงไม่จำเป็นที่จะต้องใช้ชุดอุปกรณ์พิเศษในการรับสัญญาณ แต่ก็แลกมาด้วยอายุการใช้งานอันจำกัดและการขาดความสามารถในการควบคุมทิศทางได้อย่างแน่นอนเช่นเดียวกันกับวงโคจรของดาวเทียม ในส่วนของ Starlink นั้นสามารถให้บริการได้ครอบคลุมทั่วโลก, มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน รวมถึงระบบโดยรวมมีความเสถียรสูงกว่ามาก แต่ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมมากกว่า (โดยเฉพาะกับงานด้านดาราศาสตร์ที่เจอแสงสะท้อนรบกวนจากเครือข่ายดาวเทียมไปแบบเต็มๆ) ใช้งบประมาณที่สูงกว่า และมีความเสี่ยงที่จะก่อให้เกิดขยะอวกาศได้อีกด้วย ถึงแม้ว่าความเสี่ยงนี้จะต่ำมากก็ตาม

        ทั้งสองระบบใช้เทคโนโลยีการสื่อสารแบบไร้สายทั้งคู่ โดยกำลังพัฒนาไปใช้ระบบแสงเลเซอร์เพื่อเพิ่มความเร็วในการส่งข้อมูลขึ้นไปอีกระดับ นับว่าเป็นการแข่งขันที่น่าจับตามองทีเดียว ว่าเทคโนโลยีล้ำยุคที่ต่างกันแบบสุดๆ แต่มีเป้าหมายเดียวกันนี้จะพัฒนาต่อไปอย่างไรในยุคสมัยแห่งการก้าวกระโดดของเทคโนโลยี

 


Reference:

 

Active Tracking (Ex.): www.flightradar24.com/HBAL111/246c5a75

 

Government Data:

 

Graphic Assets/Press Release:

แบ่งปันเรื่องราวนี้:
เรื่องโดย

ฌาณัฐย์ สิทธิปรีดานันท์

“ชายหนุ่มผู้หลงไหลในวิทยาศาสตร์และศิลปะ จนในบางครั้งก็หลงลืมกาลเวลาไปเสียสิ้น” —นักเขียนและกราฟิกดีไซเนอร์ประจำเว็บไซต์อวกาศ SPACETH.CO 

ภาพโดย

ชุติกาญจน์ เลิศบุญครอง

instagram: @orange.catist