Il progresso tecnologico impone che gli astronauti che sbarcheranno sulla luna dispongano di un Wi-Fi lunare di ultima generazione per poter comunicare in modo fluido con la terra e trasmettere immagini nitide ad alta risoluzione.
Wi-Fi lunare: gli astronauti potranno comunicare con più facilità
La comunicazione degli astronauti dell’Apollo con la Terra erano primitivi rispetto a quelli di cui godiamo oggi. La prossima generazione di moonwalker potrebbe avere un modo molto più ad alta risoluzione per tenersi in contatto, sia tra loro che con noi sulla Terra. La NASA infatti sta già pensando ad un Wi-Fi lunare ad alta risoluzione.
La natura storica del primo cammino umano sulla Luna, parte della missione Apollo 11 della NASA, ha naturalmente messo in ombra gli aspetti tecnici. Ma il pubblico globale di oggi dà per scontato il Wi-Fi lunare con streaming in alta definizione e, per la prossima generazione di astronauti lunari, le aspettative saranno molto più elevate.
“Nessuno accetterà la qualità video dell’Apollo“, ha dichiarato Matt Cosby, responsabile della tecnologia presso la Goonhilly Earth Station del Regno Unito, che si occupa di comunicazione con satelliti e veicoli spaziali.
Goonhilly ha trasmesso il segnale televisivo dello sbarco sulla Luna in tutto il mondo e recentemente ha ricevuto il primo segnale dalla navicella Odysseus di Intuitive Machines, confermando il primo atterraggio morbido degli Stati Uniti sul suolo lunare in più di 50 anni.
“Ci aspetteremo una risoluzione 4K dalla Luna quasi in tempo reale dopo l’atterraggio. Ci saranno fino a 500 megabit di dati in ritorno, quindi le immagini saranno 10 volte migliori“, ha aggiunto Cosby, a proposito del prossimo Wi-Fi lunare.
“Al giorno d’oggi, e con i social media, foto e video sgranati in bianco e nero dalla superficie della Luna sarebbero inaccettabili e abbiamo bisogno di raggiungere le frequenze più alte per poterlo fare. Non è un grande passo avanti, ma è necessario farlo È tutta una questione di investimenti“.
L’ investimento per il Wi-Fi lunare è in corso a livello globale. Tra il 2021 e il 23, il progetto LunarLites della Nasa, presso il Glenn Research Center in Ohio, ha valutato come le tecnologie 4G e 5G della Terra potrebbero tradursi nell’ambiente lunare e ora sta sviluppando due nuovi progetti.
Il progetto Lunar Surface Propagation (LSP) sta studiando come funzioneranno i sistemi di comunicazione di un Wi-Fi lunare nell’ambiente della Luna appunto.
“Le missioni Apollo sono tutte atterrate vicino alle medie latitudini della Luna e principalmente attorno alle pianure laviche“, ha spiegato Michael Zemba, il principale investigatore dell’LSP della Nasa: “Per la campagna Artemis, tuttavia, il nostro interesse risiede nell’esplorazione dei poli della Luna“.
Wi-Fi lunare: i problemi da superare
Il programma Artemis della Nasa intende mettere gli astronauti in orbita lunare nel 2025, con un atterraggio con equipaggio un anno dopo. Il Polo Sud è favorito sia per le prolungate aree soleggiate che per l’acqua ghiacciata in aree permanentemente ombreggiate di crateri profondi, che si tradurrebbe in una potenziale fonte di acqua e carburante.
Questo terreno vario tuttavia presenta anche degli inconvenienti. Un potenziale sito di atterraggio, noto come Shackleton Crater, è profondo due miglia e largo 12.
” Il cratere Shackleton è più profondo del Grand Canyon“, ha affermato Zemba: “Questi tipi di estremi al Polo Sud rappresentano sfide per la creazione di reti wireless come Wi-Fi lunare e 5G ed è per questo che è fondamentale disporre di modelli e strumenti di simulazione accurati e affidabili. In linea di principio, è la stessa idea di scegliere un buon posto per il tuo router wi-fi a casa, ma con crateri più grandi di Manhattan“.
Anche la sottile polvere lunare, o regolite, che ricopre la Luna fino a diversi metri di profondità è impegnativa per il progetto di installazione di un Wi-Fi lunare: “La regolite è più trasparente alle onde radio rispetto al terreno terrestre“, ha aggiunto Zemba: “I sistemi di comunicazione possono quindi avere un impatto sulle prestazioni da strutture invisibili come massi e crateri sepolti”.
Come parte delle loro simulazioni nel 2022, il team della NASA Desert Research and Technology Studies (Desert Rats) ha rivisitato un sito desertico in Arizona. Un tempo utilizzati per preparare le missioni Apollo, questi test sul campo hanno consentito all’agenzia di confrontare la teoria con i dati del mondo reale, anche se qui sulla Terra.
Dopo aver preso in considerazione l’ambiente lunare immediato, la geometria dell’orbita della Luna attorno alla Terra comporta tuttavia ulteriori complicazioni per un’eventuale Wi-Fi lunare.
“Dal Polo Sud lunare, la Terra è visibile solo per circa due settimane al mese“, ha specificato Zemba: “Anche quando è visibile, è sempre a meno di 10 gradi sopra l’orizzonte. Questo significa che un segnale direttamente sulla Terra può interferire con se stesso a causa dei riflessi delle onde radio dal terreno: un fenomeno chiamato multipath“.
È necessario tenere conto di questo potenziale degrado delle prestazioni. Nel frattempo, insieme al progetto LSP di Zemba, la Lunar Third Generation Partnership (3GPP) della Nasa sta studiando come implementare le tecnologie di una Wi-Fi lunare.
“I sistemi wireless presentano una serie di problematiche fondamentali per operare sulla superficie lunare“, è intervenuto Raymond Wagner, ricercatore principale del progetto Lunar 3GPP.
“Le temperature estreme e l’ambiente radiante da soli possono causare ogni sorta di problemi per l’elettronica di livello commerciale. I sistemi 4G e 5G sono complessi dal punto di vista computazionale e rafforzarli per la superficie lunare non è un’impresa da poco“, ha continuato Wagner: “Oltre a questo, abbiamo molta strada da fare per comprendere appieno l’ambiente di propagazione delle radiofrequenze sulla superficie lunare”.
La missione IM-1 di Intuitive Machines è stata una pietra miliare in più di un modo: “È stato particolarmente emozionante perché la loro prossima missione, IM-2 nel 2025, è anche la nostra prima opportunità di dimostrare la connettività cellulare sulla Luna e raccogliere dati”, ha detto l’esperto.
“La Nasa ha finanziato i Nokia Bell Labs per dimostrare un collegamento 4G dal lander al rover impegnato in quella missione, che sarà la prima Wi-Fi lunare e una fantastica opportunità sia per la validazione del modello che per la dimostrazione tecnologica“.
La Cina ha lanciato il primo satellite lunare al mondo, Queqiao-1, nel 2018 per supportare la sua missione Chang’e 4, il primo atterraggio morbido sul lato nascosto della Luna. Il lancio di Queqiao-2 è previsto nei prossimi mesi.
La Nasa sta lanciando satelliti Moon Relay come parte del suo progetto Lunar Communications Relay and Navigation Systems, e l’Agenzia spaziale europea (Esa) , un partner chiave nelle missioni Artemis, ha il suo programma Moonlight.
L’Esa sta lavorando con l’industria per creare una rete di tre o quattro satelliti per comunicazioni e trasmissione dati per la Luna, nello stesso modo in cui usiamo il GPS sulla Terra.
Il primo passo è il lancio della tecnologia che dimostrerà la missione Lunar Pathfinder nel 2025. Costruita e di proprietà di SSTL nel Regno Unito, sarà portata in orbita dalla società di trasporto spaziale commerciale Firefly Aerospace. Farà parte della missione Blue Ghost 2 che includerà anche un lander lunare per la Nasa.
Una volta che la Wi-Fi lunare 4G e il 5G sarà disponibile, qualsiasi astronauta sulla superficie potrà comunicare in modo affidabile con i propri rover, strumenti e membri dell’equipaggio. Tutti i dati che ritornerannl sulla Terra potranno essere quindi essere inviati tramite un collegamento dalla Wi-Fi lunate: un modo efficiente per comunicare quando le grandi stazioni terrestri sono spesso molto richieste.
Sul lato nascosto della Luna c’è anche il problema di mantenere le comunicazioni con la Terra quando questa non è più nel campo visivo. L’unico modo per raggiungere questo obiettivo è tramite un satellite relè.
“Stiamo prendendo un retroriflettore laser della Nasa”, ha affermato Charles Cranstoun, project manager di Lunar Pathfinder presso SSTL. Questo contribuirà a dimostrare il concetto di un navigatore satellitare lunare sparando un laser da una stazione di rilevamento sulla Terra per misurare con precisione la distanza e la velocità del veicolo spaziale.
“Stiamo anche prendendo un ricevitore GNSS ( Global Navigation Satellite System ), che prenderà le misurazioni GNSS più lontane dalla Terra per vedere se possiamo eseguire qualche rilevamento di segnali deboli lì per ottenere misurazioni della posizione”, ha evidenziato Cranstoun. Questo è stato sviluppato per l’Esa dalla società svizzera SpacePNT.
Wi-Fi lunare: i progetti per il futuro
“Infine, quando tutto questo sarà abbinato alla nostra portata radio, avremo tre punti di dati sulla posizione per vedere come il sistema di navigazione di una Wi-Fi lunare potrebbe essere potenzialmente implementato per qualcosa come Moonlight“, ha aggiunto Cranstoun: “Quindi stiamo gettando le basi per una futura costellazione Moonlight.”
L’obiettivo di SSTL è quello di diventare un fornitore commerciale di comunicazioni di Wi-Fi lunare per veicoli spaziali e lander orbitanti sulla Luna su qualsiasi parte della sua superficie: “Attualmente, se si vogliono recuperare i dati, è necessario utilizzare la rete Deep Space Network della Nasa o la rete Estrack dell’Esa”, ha detto Cranstoun, riferendosi alla rete globale europea di stazioni terrestri per il tracciamento dei veicoli spaziali, “che sta diventando pesantemente congestionata al momento“.
Nei prossimi anni verrà quindi realizzata una nuova infrastruttura di comunicazione per la Luna da parte delle agenzie spaziali governative e delle società commerciali. Il sistema proposto dalla NASA è per una Wi-Fi lunare è LunaNet.
“LunaNet sta cercando di replicare l’internet terrestre, ma attorno alla Luna e sulla Luna”, ha affermato Matt Cosby di Goonhilly, che lavora con l’ Agenzia spaziale britannica e la comunità internazionale per aiutare a definire gli standard per le nuova comunicazione attraverso una Wi-Fi lunare.
“L’analogia che ho sentito è Netflix sulla Luna“, ha affermato Cranstoun di SSTL: “Scegli il servizio di streaming che preferisci, ma questo è il livello di throughput dei dati che vogliono raggiungere“.
La prima opportunità per i moonwalker di testare di persona le comunicazioni di superficie attraverso una Wi-Fi lunare sarà probabilmente la missione Artemis III della Nasa nel 2026.
“Abbiamo visto passi da gigante nelle comunicazioni mobili sulla Terra solo negli ultimi 10 o 20 anni“, ha concluso Zemba: “E se dispiegheremo in modo affidabile quelle stesse comodità di una Wi-Fi lunare”.
