Ricercatori che sviluppano standard di servizio cellulare per missioni spaziali sulla luna e su Marte
Pensi che ottenere un buon servizio cellulare sulla Terra sia difficile? Prova a farlo sulla luna o su Marte. Un team di ricercatori della Simon Fraser University sta lavorando duramente per rendere i sistemi di comunicazione LTE/4G e Wi-Fi sulla luna una realtà entro il 2022.
Un gruppo di nazioni, tra cui Stati Uniti e Canada, sta attualmente lavorando al ritorno degli esseri umani sulla superficie della luna entro il 2024, sotto l’egida del Programma Artemis. A ottobre, la NASA ha selezionato i Nokia Bell Labs per costruire una rete di test cellulare LTE sulla luna, con l’obiettivo di convalidare la tecnologia per la costruzione di un’infrastruttura di comunicazione per supportare Artemis e per prepararsi per le future missioni umane su Marte. Ma prima che ciò possa accadere, la tecnologia di rete richiesta per la rete deve essere dimostrata per funzionare efficacemente tra le varie agenzie spaziali. Inoltre, saranno necessarie raccomandazioni internazionali per l’utilizzo delle tecnologie LTE, 5G e Wi-Fi per le missioni spaziali. Gli standard suggeriti devono quindi essere testati prima che vengano accettati a livello internazionale.
La NASA e l’Agenzia spaziale canadese hanno affidato questi test critici agli scienziati del rinomato PolyLAB for Advanced Collaborative Networking della SFU, guidato da Stephen Braham. Insieme ai partner Kevin Gifford e Siddhartha Subray presso l’Università del Colorado Boulder (CU Boulder), SFU gestisce la componente canadese del banco di prova Exploration Wireless Communications (ExWC) dell’Harbour Center di Vancouver. Questo sito verifica gli standard di interoperabilità per garantire che le future reti cellulari e Wi-Fi nello spazio possano connettersi a qualsiasi dispositivo.
“Sembra roba lontana, costruire reti sulla luna, su Marte e anche più lontano nel nostro sistema solare”, dice Braham. “Ma in realtà stiamo testando la tecnologia di Nokia proprio ora qui all’Harbour Center.
“ExWC è ciò che ci consentirà di costruire la scala degli standard tecnologici necessari per portare le reti cellulari fuori dalla Terra e nel sistema solare. Prima che le agenzie spaziali possano adottare queste tecnologie, dobbiamo dimostrare di poter operare tra più fornitori e diverse agenzie, il che ecco perché la NASA e la CSA supportano il banco di prova ExWC”.
Il banco di prova ExWC è stato creato appositamente nel 2018 per aiutare la NASA e la CSA a perfezionare le comunicazioni wireless ad alta velocità nello spazio, in particolare intorno alle soluzioni LTE 5G-forward e al Wi-Fi avanzato. Sia SFU che CU hanno le proprie reti radio che comunicano con le reti di controllo, chiamate core. Le radio SFU, in laboratorio e su alberi e montagne in BC e Yukon, parlano sia con il nucleo basato su SFU che con il nucleo CU Boulder, che rispondono a SFU.
Il team sta conducendo test tra fornitori, tra cui Star Solutions International con sede a Vancouver, e oltre i confini nazionali presso CU Boulder, dove si trovano i componenti Nokia. SFU utilizza anche una gamma di dispositivi client cellulari, come gateway LTE e Wi-Fi di Sierra Wireless, un’altra azienda locale, che consentono a Braham di prototipare e convalidare la comunicazione basata sul veicolo.
Grazie alla capacità del wireless di inviare rapidamente enormi quantità di informazioni su grandi distanze, Braham è stato uno dei primi sostenitori delle tecnologie wireless conosciute oggi come reti Wi-Fi, LTE e 5G.
“Ricordo di aver detto alla gente cosa potevamo ottenere con i cellulari prima che avessimo reti dati cellulari a banda larga, più di 20 anni fa, quando sembrava un tratto molto improbabile per i dispositivi che potevano, quindi, fare solo voce e testo”, dice.
“La gente chiedeva come gli astronauti potessero ricevere informazioni e Gifford, io e i nostri colleghi prevedevamo che sarebbe stato su piccoli computer che assomigliano molto agli smartphone che abbiamo oggi.
“Queste tecnologie funzioneranno nello spazio esattamente nello stesso modo in cui tu e io le usiamo ora sulla terra. Siamo molto entusiasti di vedere che queste missioni utilizzano queste reti sulla superficie di altri mondi nel nostro sistema solare, finalmente andando avanti. La NASA ha selezionato Nokia per il primo esperimento di rete cellulare lunare.”
Braham e il professore associato Peter Anderson, che dirige il Laboratorio di ricerca telematica SFU che include PolyLAB, condividono una lunga storia di lavoro su studi di comunicazione e sistemi analogici per la NASA e l’Agenzia spaziale canadese. Il loro lavoro include ricerche approfondite sui predecessori delle reti Wi-Fi cellulari e moderne nell’Alto Artico canadese con il SETI e Mars Institutes, risalenti al 1998, e lo sviluppo dell’architettura SFU PlanetNet per esplorare le superfici di altri mondi. Altri collaboratori hanno incluso la società canadese di tecnologia spaziale MDA e il Canadian Communications Research Center. Le collaborazioni con CSA e MDA includono studi sulle comunicazioni per un orbiter di comunicazioni su Marte, comunicazioni wireless sulla superficie lunare e su Marte, missioni di comunicazioni dirette sulla Terra con rover lunari e relè orbitali.
Braham e Gifford di CU Boulder hanno pubblicato diversi articoli su come le tecnologie LTE e 5G possono essere applicate alle missioni spaziali di prossima generazione, in particolare per le missioni con equipaggio che necessitano di tute spaziali e comunicazioni rover.
Anderson e Braham hanno integrato concetti correlati dal 1997 per le comunicazioni di sicurezza pubblica di prossima generazione, basandosi su molti decenni di ricerca di Anderson. Questo lavoro è stato una componente importante nello sviluppo e nel test di concetti per una rete a banda larga di pubblica sicurezza canadese e per gli standard internazionali per il funzionamento di reti cellulari dispiegabili just-in-time per le principali emergenze.
Attualmente stanno operando progetti pilota in BC e nello Yukon per tali reti, il che include l’elaborazione di come gestirle durante la pandemia di COVID-19.
