Una rete 4G sulla Luna: la nuova sfida di Nokia

L'obiettivo principale della missione è stabilire comunicazioni di superficie sulla Luna, con collegamenti dati tra il lander lunare e un equivalente personalizzato di un dispositivo dell'utente finale collegato al rover. Insomma, una rete 4G sulla Luna sembra proprio a portata di mano

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Thierry Klein, del Nokia Bell Lab, si è sempre autodefinito una sorta di “fanatico dello spazio”  e, sebbene non sia mai andato in orbita, una missione pianificata con la NASA per stabilire una rete 4G sulla Luna lo avvicina un po’ di più a questa sua passione.

La rete 4G LTE è consolidata sulla Terra, ma cosa serve per trasportare la stessa tecnologia sulla superficie lunare?

Prima di tutto sono necessari molti test, sulla Terra se la rete non funziona correttamente, il team di tecnici e di ingegneri può essere facilmente attivato per risolvere la problematica, sulla Luna, tale operazione non può essere immediata. “I test non sono mai abbastanza” ha detto Klein a Fierce.

È una fortuna quindi che l’ultima missione con la NASA non sia la prima incursione di Nokia nell’LTE lunare. Il fornitore finlandese è stato il partner tecnologico per un precedente progetto finanziato privatamente nel 2018 con Vodafone e Audi per portare LTE sulla Luna.

Anche se questa missione non è mai stata avviata, Nokia ha già costruito un sistema LTE per tale scopo: mettere una rete 4G sulla Luna e, per questo, ha settato le configurazioni esattamente come sarebbero state utilizzate per attivare una rete 4G sulla Luna, per testare le prestazioni, la portata, il rendimento e altro ancora. 



Secondo Klein, circa 25 test sono stati condotti in camere ambientali adibite per esperimenti svolti in condizioni estreme e fattori di stress quali urti, vibrazioni, funzionamento nel vuoto, calore e radiazioni. 

Perché una rete 4G sulla Luna?

Il nuovo progetto fa parte del programma Artemis della NASA, e Nokia ha vinto un premio da 14,1 milioni di dollari per la sua proposta vincente chiamata “Tipping Point“. Il programma spaziale ha sostenuto tale proposta in quanto aiuterà a sviluppare tecnologie necessarie a sostenere l’esecuzione, entro il 2030, di operazioni umane sostenibili sulla superficie lunare. 

Ora, tuttavia, Nokia ha bisogno di integrare l’attrezzatura con un lander lunare sviluppato da Intuitive Machines con sede a Houston; per la missione inoltre ci sono ancora test specifici da fare.

La data di lancio prevista è il 2022. Una posizione per la missione non è stata ancora scelta, ma si sta pensando al Polo Sud della Luna per effettuare operazioni durante le settimane caratterizzate dalla luce del giorno lunare.

Che aspetto ha una configurazione di rete 4G sulla Luna? Nokia utilizzerà apparecchiature ottimizzate e rafforzate per resistere a condizioni estreme: dal decollo all’atterraggio, alle radiazioni intense in superficie.

In pratica tutti gli elementi necessari sono “raggruppati” in una scatola: ha detto Klein: “Hai la tua radio, la tua banda base, il tuo nucleo, tutte le tue funzionalità integrate in una singola unità compatta che sarà schierata sul lander lunare“. Lo ha paragonato a una piccola cella con un evolved packet core (ePC) integrato.

Anche l’equivalente dell’equipaggiamento utente (UE) è installato sul rover, ha inoltre delle antenne proprie, per stabilire il collegamento dal lander lunare all’UE sul rover.

Le antenne non si irradiano da un’altezza tipica di una torre di 100, ma in cima al lander tra i 3 ed i 5 metri da terra. Ciò ha un impatto importante sulla gamma, ha osservato Klein.

Il progetto ha come obiettivo due scenari: uno è a corto raggio, che allontana il rover da 300 a 400 metri dal lander, e un secondo obiettivo a più lungo raggio in cui il rover si trova a una distanza massima di 5 chilometri dal lander. È qualcosa che Nokia ritiene sia realizzabile sulla base della convalida sperimentale svolta con le sue apparecchiature, i livelli di potenza e l’altezza, ha detto Klein.

Insieme al sistema LTE, Nokia fornisce un software che permette una manutenzione operativa che si ricollega al controllo missione per gestire la gestione, la manutenzione, le configurazioni e il controllo remoto della rete stessa. La Luna presenta un terreno tortuoso e sfidante, ma non si trovano grattacieli come nel centro di una grande area metropolitana, e questo indubbiamente è un vantaggio.

Il paesaggio lunare è molto diverso, senza ostacoli, senza edifici, senza alberi“, ha detto Klein. “Allo stesso tempo, ci sono valli, crateri e massi, ma generalmente è un terreno aperto, quindi questo aiuta con la gamma“. E le onde elettromagnetiche si propagano anche senza atmosfera.

Lo scopo della missione non prevede che gli astronauti facciano video chat o inviino GIF, almeno non inizialmente.

Le comunicazioni spaziali utilizzano tipicamente tecnologie proprietarie sviluppate da società di difesa o aerospaziali, ha detto Klein, con Wi-Fi utilizzato sulla Stazione Spaziale Internazionale. Ciò è diverso dalle comunicazioni dirette dallo spazio alla Terra che utilizzano i satelliti o altre tecnologie.

Nessuna tecnologia cellulare viene utilizzata nello spazio, ha detto Klein. Quindi sarebbe la prima volta che il cellulare entra in gioco per la superficie lunare o per le comunicazioni spaziali.    

L’obiettivo principale della missione è stabilire comunicazioni di superficie sulla Luna, con collegamenti dati tra il lander lunare e un equivalente personalizzato di un dispositivo dell’utente finale collegato al rover. Insomma, una rete 4G sulla Luna sembra proprio a portata di mano.

Nokia spera di offrire funzionalità avanzate come throughput, latenza, affidabilità e altre funzionalità del 4G. Klein afferma “In futuro ci saranno missioni con equipaggio affinchè gli astronauti possano parlare tra loro, potranno avere macchine, sensori, dispositivi e i loro video, applicazioni vocali, applicazioni biometriche, telemetria e raccolta di dati“.

Mentre la NASA cerca di stabilire una presenza sostenibile sulla Luna, anche un “fattore umano” entra in gioco e motiva Nokia.

Ogni giorno usiamo tecnologie e cellulari e anche gli astronauti le usano nelle loro vite“, ha detto Klein, e Nokia ritiene che dovrebbero avere accesso ad esse anche durante lo svolgimento delle missioni, quindi non solo qui sulla Terra.

Ci sono quattro punti chiave che Nokia deve gestire per garantire che le apparecchiature e il software siano sufficientemente robusti per lo spazio. 

Il primo è assicurarsi che sopravvivano al lancio e all’atterraggio, con fattori di stress meccanici come urti, vibrazioni e accelerazioni.

Il secondo è che possano operare in ambienti estremi, che prevedono escursioni termiche, operando sotto radiazioni. La radiazione è una delle sfide più importanti nello spazio, secondo Klein.

L’impatto delle radiazioni sul software potrebbe essere tale da far capovolgere bit nel codice tanto da non farlo funzionare più. Il problema è come proteggere il software. Non tutti i componenti hardware sono ugualmente suscettibili alle radiazioni. Il terzo punto chiave è l’affidabilità, come accennato in precedenza.

Klein evidenza che non c’è modo di mandare qualcuno a cambiare l’apparecchiatura, quindi deve essere tutto assolutamente affidabile sia l’hardware che il software.Il sistema va configurato, riavviato e gestito da remoto.

Il quarto punto riguarda le dimensioni, il peso e la potenza. Ciò significa che è necessario ottimizzare il consumo energetico in modo che le dimensioni e le funzioni siano ridotte solo a quanto necessario. 

Non è solo emozionante lavorare nello spazio, ma anche spingere la tecnologia a un livello tale da poterla applicare, con le sue capacità negli ambienti terrestri“, ha detto Klein. “In questo modo impareremo e ottimizzeremo il funzionamento delle reti, quindi riporteremo sulla terra quello che abbiamo assimilato e lo applicheremo per le applicazioni industriali aziendali“.

Il team attende con impazienza una missione di successo, per convalidare le prestazioni e fornire modelli; il fine è quello di progettare e dimensionare i modelli stessi per applicazioni future e su scala più ampia nello spazio.

L’aspetto più interessante per Klein e il team è che le tecnologie che i Nokia Bell Labs hanno costruito stanno spingendo oltre ogni limite. “È solo un’opportunità molto eccitante per raggiungere qualcosa che si trova il più lontano possibile, forse letteralmente“, ha detto Klein.

Siamo pronti per le comunicazioni in rete 4G sulla Luna?

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