Funktionsweise und Technologie

Die ersten Ballons aus der Forschungsabteilung Google X wurden in Handarbeit aus dünnen und vor allem sehr UV-beständigen Kunststofffolien in zwei übereinanderliegenden Schichten gefertigt. 

Helium in der äusseren Hülle sorgt für den nötigen Auftrieb, über eine Pumpe kann das Volumen des innen liegenden und mit Luft gefüllten Überdruckballons verändert werden. Der volle Umfang entspricht einer Höhe von rund zwölf Metern, im Durchmesser sind es knapp 15 Meter.

Die Änderung des Volumens dient der Steuerung, da die Ballons über keinen Antrieb wie etwa einen Propeller oder dergleichen verfügen. In der geplanten Einsatzhöhe, die zwischen 18 und 25 Kilometern liegt, herrschen viele verschiedene Winde, neben sehr schnellen auch solche mit gemässigten Geschwindigkeiten von wenigen km/h.

Wird das Volumen des Ballons verändert, dann variiert auch die Dichte und somit steigt oder sinkt er. Konkret: Pumpt das Aggregat Luft in den Kern, so wird der Ballon tatsächlich schwerer und sinkt ab. Die Entwickler von Google X können den Ballon so durch Höhenänderung in einen anderen Wind bringen und damit relativ genau manövrieren.

Die nötige Elektronik, wie die Recheneinheit und das Mobilfunkmodul, hängt in einer rund zehn Kilogramm leichten Box. Energie kommt von Solarmodulen, die den Strom in LiIon-Akkus speichern und so auch einen Betrieb bei Nacht ermöglichen. 

Stationäre Solarmodule haben bei Bewölkung einen deutlich geringeren Wirkungsgrad, die Ballons fliegen aber weit über den Wolken, können also stets die volle Sonnenkraft nutzen. Das macht es für Google X deutlich einfacher, den Einsatz der einzelnen Komponenten zu planen, da auf Energieschwankungen keine Rücksicht genommen werden muss.

Die derzeitigen Solarpanele erreichen rund 100 Watt, für die serienreifen Geräte sind aber sowohl stärkere Lösungen als auch sparsamere Hardware denkbar.

Allerdings hat Google, sollten die Ballons tatsächlich wie geplant in Bälde zum kommerziellen Einsatz kommen, immer noch die Möglichkeit, die Elektronik relativ regelmässig auszutauschen. Denn die Ballons sind nicht für die Ewigkeit gebaut, sie haben eine Lebens- beziehungsweise Flugdauer von etwa 100 Tagen, auch wenn ein Testballon von Google X bereits 187 Tage in der Stratosphäre verbracht hat und Temperaturen von minus 75 Grad Celsius und Windgeschwindigkeiten von 291 km/h aushalten musste.

Dabei umrundete er neunmal die Erde zwischen 40 und 50 Grad südlicher Breite, für die schnellste Umrundung benötigte er nur zwei Wochen.

Um die Ballons nach Ablauf der Einsatzzeit wieder heil auf den Boden zu bekommen oder um im Falle eines Absturzes die kostspielige Elektronik zu schützen, wird jeder Flugkörper mit einem Fallschirm ausgestattet, der manuell oder auch automatisch ausgelöst werden kann.  

Die Kommunikation wird nach der Fertigstellung durch Google X via LTE erfolgen, sowohl mit den Endgeräten am Boden als auch untereinander, etwa wenn eine Datenverbindung von einer Basisstation über drei Ballons zu einem Nutzer geroutet werden muss.

Jeder Ballon kann bis zu 40 Quadratkilometer abdecken. Die Entwickler wollen die Flugkörper aber nicht durch die oben beschriebene Manövrierbarkeit an einem Ort halten, um dort dauerhaft die Internet-Verbindung zu realisieren: In Zukunft sollen viele Hunderte oder Tausende in der Stratosphäre schweben und ein flexibles Netzwerk aufbauen.

Wird ein Ballon vom Wind abgetrieben oder an einer anderen Stelle dringend benötigt, etwa weil ein paar Hundert Kilometer entfernt einer ausgefallen ist, so nimmt ein anderer seine Position ein und hält das Netz aufrecht.

Durch die teilweise extremen Winde kann eine Strecke von 1.000 Kilometern in weniger als einem Tag zurück­gelegt werden, die Genauigkeit, mit der ein Ort angesteuert werden kann, liegt bei 500 Metern.