Рассекреченный Google X. Часть 1: Летуны

Ракетный ранец, орбитальный лифт, телепортатор, летающий скейт — всё это примеры проектов, которые в Google всерьёз рассматривали как идеи, над которыми можно было бы начать работать. Все их по разным причинам отвергли.

Ракетный ранец вышел бы слишком большим, шумным и тратил бы горючее крайне неэффективно. Трос, по которому можно было бы поднимать грузы и космонавтов на орбиту, если и можно сделать, то только из углеродных нанотрубок, а учёные пока не придумали, как делать из них нити длиннее метра.

Прототип магнитной подушки в Google воплотили, но тоже забраковали: у инженеров компании получилось создать левитирующую платформу размером с монету, но сделать её больше, а также позволить ей перемещаться в любую сторону — это уже задача посложнее (хотя создатели стартапа Hendo Hover недавно объявили, что им удалось с этим справиться). Что до телепортации, то она, конечно, изучалась только как абстрактная концепция: в Google хотели узнать, почему именно она невозможна.

Каждый год сотрудники лаборатории Google X рассматривают сотни идей с тем, чтобы большую часть из них отбросить или отложить на будущее. Но и того, что остаётся, достаточно, чтобы впечатлить — либо грандиозностью затеи, либо её странностью, либо и тем и другим сразу.

Свою историю исследовательское подразделение Google X отсчитывает от 2009 года, когда основатели Google Сергей Брин и Ларри Пейдж создали в компании новую должность под названием «директор по другим проектам». Её придумали специально для Себастьяна Труна — тогдашнего руководителя проекта беспилотных автомобилей. Собственно, эта разработка до сих пор остается одним из двух наиболее известных проектов Google X (второй — это очки Google Glass).

В 2010 году вместо «других проектов» придумали название Google X. «X» здесь может трактоваться по-разному. Помимо того, что этой буквой чаще всего обозначают неизвестную величину в уравнении, есть и другие варианты. К примеру, можно считать, что это римская цифра десять, и она символизирует количество лет, нужных для того, чтобы изучаемые технологии стали массовыми.

Ещё одна трактовка: десять — это степень. Технологии, над которыми работают в Google X, должны быть не мизерным улучшением старых, а как минимум на порядок лучше. Число людей, которые они затрагивают, тоже должно исчисляться в миллионах, а лучше в миллиардах. Именно поэтому проекты Google X чаще всего похожи на научную фантастику: в Google пробуют делать то, чего никто никогда раньше не делал.

Мы решили подробно изучить каждый из новых проектов Google X: от квантовых вычислений до медицины. Список получился длинным, так что материал будет выходить частями. В этот раз речь пойдёт о тех проектах, что связаны с полётами.

Project Loon

Проблемы роста есть у многих компаний, но у гигантов индустрии они особенно интересные: чтобы расширить аудиторию пользователей, Google приходится искать способы подключить к интернету как можно больше людей. Один из таких способов придумали в Google X. Почему бы не сделать глобальную беспроводную сеть из роутеров на воздушных шарах? Сотрудники Google X с самого начала полагали, что эта идея быстро натолкнётся на какие-нибудь серьёзные препятствия, но чем дальше изучали её, тем больше убеждались: эта задумка не только воплотима, но и практична.

Воздушные шары, разработанные в рамках программы Project Loon, внешне похожи на обычные метеозонды, но несут совсем другое оборудование. По сути, это летающий аналог радиовышки, снабжённый солнечной батареей. На каждом шаре есть маршрутизатор, двунаправленная антенна с отражателем и ионно-литиевый аккумулятор. Ещё шар может регулировать высоту полёта, нагнетая воздух при помощи помпы либо выпуская его через клапан.

Меняя высоту, аппарат ловит разные потоки ветра и таким образом перемещается над поверхностью Земли. А вот оставаться на одном месте не выйдет. Казалось бы, это должно мешать развёртыванию сети, но симуляция показывает, что если запустить достаточное количество шаров, то на место одного всегда сможет прилететь другой. Таким образом, покрытие будет оставаться равномерным. Шар может даже полностью облететь Землю, и не один раз. Движение шаров подчиняется той же логике, что и птичьи стаи: каждый из участников сети знает, что делают соседи, и подстраивает своё поведение, стараясь находиться на равном расстоянии от них.

На данный момент цель Google — это сто дней непрерывного полёта или три оборота вокруг Земли для каждого шара. Но удерживать аппараты на высоте двадцати километров и при этом сохранять работоспособность оборудования не так-то просто. Ночью температура в стратосфере достигает -70 градусов, отчего аккумулятор быстро приходит в негодность. Батареи снабжают многослойной изоляцией и располагают так, чтобы использовать тепло, которое при работе выделяют электронные компоненты.

Тем не менее, рано или поздно шары приходится сажать на землю для техподдержки. Пока что точное время посадки задать сложно: в идеале шар должен садиться на специальную площадку, но сейчас за ними приходится ездить по всей округе. Проблема здесь в отсутствии точной навигации: шар может выбирать потоки воздуха, но, во-первых, никто не гарантирует, что найдётся подходящий поток, а во-вторых, публичные погодные данные дают недостаточно точную картину.

Когда у Google будет больше воздушных шаров, полагаться на чужие данные не придётся: они сами смогут собирать всю необходимую информацию. В существующие прототипы уже ставят микрофоны, которые определяют направление ветра. В будущем шары снабдят и другими датчиками, так что у Project Loon есть все шансы заодно стать лучшим в мире погодным сервисом.

Пока что тестирование шаров идёт по плану, они держатся в воздухе порядка 75 дней. Антенны Wi-Fi недавно сменили на LTE, что дало прирост в скорости до 22 Мбит/с при связи со стационарной антенной на земле или 5 Мбит/с при связи с мобильным телефоном. В 2015 году планируется начать тестирование с использованием 300–400 шаров, однако страна, в небе которой будет проходить развёртывание сети, пока не названа.

Project Wing

На горизонте появляется белая точка и быстро вырастает в силуэт самолётика. Оказавшись почти над головой, он поворачивается вертикально, спускается и выбрасывает вниз груз на длинной белой нити. Посылка отделяется, нить втягивается обратно, аппарат вертикально набирает высоту и, сделав красивую дугу, снова ложится на курс. Так выглядит доставка груза при помощи беспилотника Google.

Традиционно летательные аппараты делятся на два класса: с неподвижным крылом (самолёты) и винтокрылые (вертолёты). То же в целом касается и беспилотников: военные модели делают с неподвижным крылом, любительские по большей части винтокрылые. Первые эффективнее при дальних перелётах, вторые могут совершать вертикальный взлёт и посадку, зависать на месте и обладают большей манёвренностью. В пятидесятые годы разные конструкторские бюро предпринимали попытки скрестить эти два типа, но быстро выяснилось, что тейлситтеры (от tail-sitter, «садящийся на хвост») непрактичны. При вертикальной ориентации пилот видит перед собой только небо и не может полноценно управлять аппаратом, особенно это затрудняет посадку. Конечно же, беспилотники лишены этого недостатка.

Аппараты, созданные в рамках Project Wing — это именно тейлситтеры. У нынешних прототипов пластиковый корпус, размах крыла составляет 1,5 метра, два винта расположены ближе к фюзеляжу, ещё два — на концах крыла. Там, где у обычного самолёта шасси, летуны Wing имеют отделяющийся грузовой модуль или, как его называют в Google, «яйцо». Именно он и спускается на нити, а затем втягивается обратно.

Раздельная конструкция может показаться не слишком элегантной, но вариантов у инженеров Google было не так много: либо бросать посылку с высоты, либо опускать беспилотник на землю. Первый вариант по понятным причинам не годится, второй значительно повышает шанс встречи с препятствиями, а также людьми и домашними животными. «Яйцом» же в случае чего можно и пожертвовать: если встроенный в него датчик вовремя не подаст сигнал об успешном контакте с землёй и отделении груза, сработает аварийный механизм. Он разрезает нить, отделяет «яйцо» и позволяет аппарату улететь невредимым.

Что именно можно отправлять таким способом? Первой идеей авторов проекта была скорая помощь в миниатюре: к примеру, аппарат мог бы доставлять дефибрилляторы людям, которых только что поразил сердечный приступ. От этого замысла по разным причинам пришлось отказаться, но в Google продолжили размышлять о том, как изменит мир возможность доставить посылку из одной точки в другую за считаные минуты.

Во времена паровозов и лошадиных повозок товары могли везти днями или даже неделями. Век самолётов и автомобилей сократил это время до нескольких дней, а в пределах города или области заказ могут привезти и в тот же день. Каждый раз эти изменения оказывали непосредственное влияние на жизнь людей, а значит, и следующий шаг (ускорение до нескольких минут) тоже повлечёт за собой изменения.

Может показаться, что ускорение доставки — это потакание разнузданному консюмеризму, но в Google считают иначе: если дать людям возможность получить любую вещь в любой момент, то это, наоборот, отучит их покупать что-либо впрок. В этом есть своя логика: те, кто застал времена модемного интернета, наверняка помнят, как скачивали и хранили массу всего просто на всякий случай. Быстрый интернет сделал это занятие бессмысленным: в случае чего проще найти и скачать ещё раз. В светлом будущем, которое представляют себе сотрудники Google, то же может случиться с вещами, пусть и не со всеми. Однако до этого ещё далеко.

О том, чтобы обеспечивать возврат товаров, в Google пока не думают — на нынешнем этапе о массовом развёртывании Project Wing речи вообще не идёт. Скорее всего, рано или поздно проект станет частью открытого в сентябре 2014 года сервиса доставки Google Shopping Express и составит конкуренцию беспилотникам, которые тестирует интернет-магазин Amazon.

Пока что в Google провели лишь одно настоящее испытание Project Wing — близ городка Уорик в Австралии. Местоположение было выбрано не случайно: не слишком плотная застройка, мало препятствий и, самое главное, австралийские законы, которые куда мягче в отношении беспилотников, чем, скажем, в США. Всего было использовано около десятка аппаратов и совершено тридцать полётов, на чём первая фаза проекта успешно завершилась. Но разработка на этом не заканчивается, и на пути инженеров Google ещё стоит масса нерешённых проблем.

Существует множество сценариев, при которых что-то может пойти не так и софт не справится с разрешением сложной ситуации. На пути самолёта или посылки могут оказаться провода, ветви деревьев, птицы, воздушные шарики, поднятый ветром мусор или даже другие беспилотники.

Есть и другие проблемы. Загрузку посылки ещё предстоит автоматизировать или хотя бы упростить. Нужны более ёмкие батареи. Уровень шума слишком велик. Приём сигнала GPS может оказаться недостаточно стабильным. Правительство должно выдать разрешение на полёты (или правительства — если речь о разных странах). И так далее, и тому подобное. Однако прототип на то и прототип, чтобы демонстрировать возможности и оставлять пространство для усовершенствований.

Makani Power

Глядя на творение компании Makani Power, не так просто понять, что это за конструкция. К вышке привязано нечто, напоминающее модель самолёта, оно вращается по кругу в перпендикулярной к земле плоскости, достигая высоты почти в полкилометра. Не удивляйтесь: это просто суперсовременная ветряная турбина, в разработку которой руководители Google вкладывали деньги ещё с 2006 года, а в 2013 году решили приобрести компанию-разработчика и присоединить к Google X.

Без изобретений в области энергетики не обходится ни один список перспективных технологий. Несложно догадаться и о том, зачем ветряки нужны Google: датацентры компании потребляют столько энергии, что хватит на пару сотен тысяч домов — и это по данным за 2011 год. Разве могут хорошие парни тратить четверть выходной мощности средней атомной электростанции и не думать над недорогими и экологически чистыми источниками энергии для себя и для всего человечества? Нет, не могут!

Первые прототипы турбин Makani (кстати, это слово означает «ветер» на гавайском языке), которые привлекли внимание руководства Google, были совсем другими: они напоминали не модель самолёта, а воздушный шар, проглотивший огромный пропеллер.

Однако идея с тех пор не изменилась: цель Makani — в том, чтобы создать ветряк, способный находиться на большой высоте. Там ветер дует чаще и сильнее, чем у поверхности земли, а соответственно, и энергии получится выработать больше. Оставалось только придумать трюк, который позволит обойтись без строительства дорогостоящей конструкции.

При просмотре видео может показаться, что «самолётик» на дальнем конце верёвки совсем миниатюрный. Разве может такой давать хоть сколько-нибудь энергии? На самом деле размах его крыла составляет 26 метров, а длина фюзеляжа — 8 метров. Над и под крылом закреплено по четыре турбины, которые могут как двигать конструкцию вперёд, так и крутиться под действием встречного ветра и вырабатывать электричество, чтобы передать на станцию по проводу. Что конкретно каждая турбина должна делать в текущий момент, решает бортовой компьютер. Именно благодаря ему аппарат способен поддерживать ровное движение, а также аккуратно взлетать со станции, к которой привязан, и садиться обратно.

Для выхода на полную мощность в 600 киловатт турбинам нового типа нужен ветер со скоростью 11,5 метров в секунду. На высоте до 150 метров, которой достигают обычные ветряки, такой встречается редко, зато на 250 метрах, где вращается «воздушный змей» Makani, — уже значительно чаще.

В Google утверждают, что турбины устройства не только дают почти на 50% больше энергии на единицу занимаемой площади, но и стоят при этом дешевле, а также более просты в установке. Судя по видео, полевые испытания начались давно, однако о перспективах массового внедрения речи пока что не идёт. Не исключено, что в Google начнут с электростанций для собственных датацентров, и хвастаться ими будут не раньше, чем введут в эксплуатацию хотя бы часть ветряков.

Есть ли что-то общее у этих трёх проектов? Все они, безусловно, связаны с покорением неба, но нацелены на очень разные применения. Тем не менее, у полухаотично движущихся воздушных шаров, стремительных «тейлситтеров» с грузами и крутящихся на «поводке» воздушных змеев с турбинами всё же есть кое-что общее. В основе каждого из этих проектов — беспилотный летательный аппарат, контролируемый компьютером. Ни одна из этих разработок не была бы возможной без использования бортовой электроники и хитрого софта. Google начинал с алгоритмов и программ и продолжает ими заниматься — просто в Google X с их помощью планируют изменить физический мир, а не виртуальный.

Читайте также об инициативе Google в области робототехники.