Wi-Fi stiže na Mjesec: Kako će se bezični komunikacioni sistem ponašati u lunarnom okruženju?

Veze Apollo astronauta sa Zemljom bile su primitivne u poređenju sa onima koje danas posjedujemo. Sljedeća generacija “mjesečevih šetača” može imati daleko bolji način za održavanje kontakta u visokoj rezoluciji – kako međusobno, tako i sa nama na Zemlji.

Procjenjuje se da je 20. jula 1969. oko 600 miliona ljudi gledalo prijenos uživo spuštanja na Mjesec, koji je bio i van fokusa i izuzetno lošeg kvaliteta.

Istorijska priroda prvog ljudskog hodanja po Mjesecu – dio Nasine misije Apollo 11 – prirodno je zasjenila tehničke detalje. Ali današnja globalna publika uzima live streaming visoke definicije zdravo za gotovo i, za sljedeću generaciju lunarnih astronauta, očekivanja će biti mnogo veća.

“Niko neće prihvatiti kvalitet videa Apolla”, kaže Matt Cosby, glavni tehnološki službenik na zemaljskoj stanici Goonhilly u Velikoj Britaniji, koja komunicira sa satelitima i svemirskim letjelicama.

Goonhilly je emitovao televizijski signal sletanja na Mjesec širom svijeta i nedavno je primio prvi signal od Intuitive Machines-ove letjelice Odisej, potvrđujući prvo meko sletanje SAD-a na lunarno tlo u više od 50 godina.

“Očekivat ćemo 4K rezoluciju od Mjeseca skoro u realnom vremenu nakon sletanja. To će biti do 500 megabita podataka koji se vraćaju tako da će slike biti 10 puta bolje”, kaže Cosby.

Između 2021. i 2023. Nasin projekat LunarLites, u svom istraživačkom centru Glenn u Ohaju, procijenio je kako bi se Zemljine 4G i 5G tehnologije mogle prevesti u lunarno okruženje i sada ima dva nova projekta koja su u toku.

Projekat Lunar Surface Propagation (LSP) proučava kako će se bežični komunikacioni sistemi ponašati u okruženju lunarne površine.

“Sve misije Apolla sletjele su u blizini srednjih geografskih širina Mjeseca i uglavnom oko ravnica lave”, kaže Michael Zemba, Nasin glavni istraživač LSP-a.

„Krater Šeklton je dublji od Velikog kanjona“, kaže Zemba. “Ove vrste ekstrema na Južnom polu predstavljaju izazove za uspostavljanje bežičnih mreža kao što su wi-fi i 5G i zato je ključno imati tačne i pouzdane modele i alate za simulaciju. U principu, to je ista ideja kao da odaberete dobro mjesto za svoj wi-fi ruter kod kuće, ali s kraterima većim od Manhattana.”

Fina lunarna prašina, ili regolit, koja prekriva Mjesec do nekoliko metara dubine je također izazovna.

„Regolit je transparentniji za radio talase od Zemljinog terena“, kaže Zemba. “Komunikacijski sistemi stoga mogu vidjeti utjecaj na performanse nevidljivih struktura poput zakopanih gromada i kratera.”

Kao dio svojih simulacija 2022. godine, Nasin tim za istraživanje pustinje i tehnološke studije (Desert Rats) ponovo je posjetio pustinjsko mjesto u Arizoni. Nekada korišteni za pripremu za Apollo misije, ovi terenski testovi omogućili su agenciji da uporedi teoriju sa podacima iz stvarnog svijeta. Ali nakon uzimanja u obzir neposrednog lunarnog okruženja, geometrija Mjesečeve orbite oko Zemlje donosi dodatne komplikacije.

“Sa lunarnog Južnog pola, Zemlja je vidljiva otprilike dvije sedmice svakog mjeseca”, kaže Zemba. “Čak i kada je vidljiv, uvijek je manje od 10 stepeni iznad horizonta. To znači da signal koji se direktno vraća na Zemlju može ometati samog sebe zbog refleksije radio-talasa sa terena – fenomen koji se naziva višestruki.”

Ovo potencijalno smanjenje performansi treba uzeti u obzir. U međuvremenu, zajedno sa Zembinim LSP projektom, Nasino Lunarno partnerstvo treće generacije (3GPP) istražuje kako implementirati bežične tehnologije na Mjesecu.

“Bežični sistemi imaju niz fundamentalnih izazova za rad na površini Mjeseca”, kaže glavni istraživač Lunar 3GPP projekta Raymond Wagner.

“Ekstremi temperature i okruženje radijacije sami po sebi mogu uzrokovati sve vrste problema za komercijalnu elektroniku. 4G i 5G sistemi su računski složeni i njihovo ojačavanje za površinu Mjeseca nije mali poduhvat”, kaže Wagner. “Povrh toga, imamo način da u potpunosti razumijemo okruženje za širenje radio frekvencija na površini Mjeseca.”

Kada 4G i 5G postanu dostupni na Mjesecu, svaki astronaut na površini može pouzdano komunicirati sa svojim roverima, instrumentima i članovima posade.

Misija IM-1 kompanije Intuitive Machines bila je ključna prekretnica na više načina. “To je bilo posebno uzbudljivo jer je njihova sljedeća misija, IM-2 2025. godine, ujedno i naša prva prilika da demonstriramo mobilnu povezanost na Mjesecu i prikupimo podatke”, kaže Zemba.

“Nasa je finansirala Nokia Bell Labs da demonstrira 4G vezu od lendera do rovera u toj misiji, što će biti prva mobilna mreža na Mjesecu i fantastična prilika za validaciju modela i demonstraciju tehnologije.”

Kada 4G i 5G postanu dostupni na Mjesecu, svaki astronaut na površini može pouzdano komunicirati sa svojim roverima, instrumentima i članovima posade. Svi podaci koji se vraćaju na Zemlju mogu se zatim poslati preko jedne veze – efikasan način komunikacije kada su velike zemaljske stanice često tražene.

Na suprotnoj strani Mjeseca također postoji problem održavanja komunikacije sa Zemljom kada ona više nije unutar vidnog polja. Jedini način da se to postigne je putem relejnog satelita.

Kina je 2018. lansirala prvi satelit na Mjesec, Queqiao-1, kako bi podržala svoju misiju Chang'e 4, prvo meko slijetanje na drugu stranu Mjeseca. Queqiao-2 bi trebao biti lansiran u narednih nekoliko mjeseci.

NASA lansira Mjesečeve relejne satelite kao dio svog projekta Lunarnih komunikacija i navigacijskih sistema, a Evropska svemirska agencija (Esa) – ključni partner u misijama Artemis – ima svoj program Moonlight.

Esa radi s industrijom na stvaranju mreže od tri ili četiri komunikacijska i data-relejna satelita za Mjesec, na isti način na koji koristimo GPS na Zemlji.

Prvi korak je lansiranje tehnologije koja demonstrira misiju Lunar Pathfinder 2025. Izgrađen i u vlasništvu SSTL-a u Velikoj Britaniji, a u orbitu će ga isporučiti komercijalna kompanija za svemirski transport Firefly Aerospace. To će biti dio misije Blue Ghost 2 koja će uključivati i lunarni uređaj za Nasu.

U narednih nekoliko godina, nova komunikacijska infrastruktura će se stoga razviti za Mjesec
Esa na brodu leti navigacijskim teretom i pristala je da Nasa može dijeliti svoje instrumente i pristupiti komunikacijskim uslugama lunarnog releja.

„Uzmimo Nasin laserski retro reflektor,“ kaže Charles Cranstoun, menadžer projekta Lunar Pathfinder u SSTL-u. Ovo će pomoći da se dokaže koncept lunarne satelitske navigacije ispaljivanjem lasera sa stanice na Zemlji za precizno mjerenje udaljenosti i brzine svemirske letjelice.

“Također uzimamo prijemnik globalnog navigacionog satelitskog sistema (GNSS), koji će izvršiti najdalja mjerenja GNSS-a od Zemlje kako bismo vidjeli možemo li tamo otkriti slab signal da bismo dobili mjerenja lokacije”, kaže Cranstoun. Ovo je za Esu razvila švicarska kompanija SpacePNT.

“Konačno, kada se sve to spoji sa našim vlastitim radio opsegom, imat ćemo tri tačke podataka o lokaciji da vidimo kako bi se navigacijski sistem potencijalno mogao implementirati za nešto poput Moonlight”, dodaje Cranstoun. “Dakle, postavljamo temelje za buduće sazviježđe Mjeseca.”

Cilj SSTL-a je da postane komercijalni pružatelj komunikacija za lunarne svemirske letjelice i landere u orbiti na bilo kojem dijelu površine Mjeseca. “Trenutno, ako želite da dobijete podatke nazad, morate koristiti ili Nasinu mrežu ili Esinu mrežu Estrack”, kaže Cranstoun, misleći na evropsku globalnu mrežu zemaljskih stanica za praćenje svemirskih letjelica, “koja postaje jako zakrčena na momenat”, piše BBC.

U narednih nekoliko godina, nova komunikacijska infrastruktura će se razviti za Mjesec od vladinih svemirskih agencija i komercijalnih kompanija. Nasin predloženi sistem je LunaNet.

“LunaNet pokušava replicirati zemaljski internet, ali oko Mjeseca i na Mjesecu”, kaže Matt Cosby iz Goonhillyja, koji radi sa Svemirskom agencijom Ujedinjenog Kraljevstva i međunarodnom zajednicom kako bi pomogao u definiranju standarda za ovu novu lunarnu komunikaciju.

“Analogija koju sam čuo je Netflix na Mjesecu”, kaže Cranstoun iz SSTL-a. “Odaberite uslugu striminga po svom izboru, ali to je nivo protoka podataka koji žele postići.”

Prva prilika da lično testiraju površinske komunikacije vjerovatno će biti Nasina misija Artemis III 2026. godine.

“Vidjeli smo zaista nevjerovatne korake u mobilnim komunikacijama na Zemlji u samo posljednjih 10 do 20 godina”, kaže Zemba. “I ako pouzdano rasporedimo te iste pogodnosti na Mjesec, bićemo u odličnoj formi.”