É hora da Lua ficar online. A NASA está embarcando em um projeto ambicioso de construir uma Internet para a Lua, abrindo seu outro lado, estabelecendo as bases para a habitação humana e nos preparando para civilizações conectadas em Marte.

Não temos muita tecnologia operacional na Lua, mas o pouco que temos mantém contato por comunicação direta com a Terra. "Até agora, todo o material lunar existente foi direto para a Terra", disse o arquiteto da divisão de projetos de comunicação e exploração espacial da NASA,

Há duas exceções notáveis ​​- o Chang'e 4 da China, que alcançou o primeiro pouso suave da humanidade no outro lado da Lua em 2019, e o seguimento do ano passado, que utilizou o Satélite Relé Queqiao para realizar sua façanha. “Mas para nossas missões, no momento, não temos capacidade de retransmissão”, disse Israel.

Isso é um problema se os EUA quiserem explorar o outro lado da Lua, que nunca fica de frente para a Terra. Mesmo do lado que está à nossa frente, crateras e vales podem bloquear a linha de visão direta, enquanto a necessidade de cada missão e cada dispositivo ter seus próprios recursos de conexão direta com a Terra pode limitar seu escopo e ambição.

É claro que precisamos de infraestrutura para nos comunicarmos com pessoas e equipamentos em nosso vizinho mais próximo, porque novas missões estão planejadas. Após quase cinco décadas de abandono, os EUA planejam retornar à Lua em grande estilo.

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O programa Artemis levará a primeira mulher e o próximo homem à Lua em 2024, se tudo correr como planejado, e o governo Biden não fizer nenhuma mudança. Até o final da década, a NASA espera ter estabelecido operações sustentáveis ​​no satélite planetário, de olho em uma Base Lunar tripulada.

Para conseguir tudo isso, potencialmente junto com frotas de rovers, sensores e projetos de exploração em ambos os lados da Lua, a comunicação direta com a Terra para cada sistema simplesmente não vai resolver. Em vez disso, ele precisa do LunaNet.

“A maneira de pensar no LunaNet é substituir a palavra Internet por LunaNet, e essa é a mentalidade”, explicou Israel, que chefia o projeto.

O plano é implantar uma rede inteira interconectada de orbitadores de ciência lunar, orbitadores de exploração lunar, sistemas móveis e estacionários de superfície lunar, orbitadores da Lua e da Terra que fornecem serviço de retransmissão e PNT (posicionamento, navegação e tempo) para sistemas lunares, ascensão lunar e veículos de descida e estações terrestres associadas e centros de controle.

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“Assim que tivermos os relés instalados, é aí que você terá a capacidade de fornecer a conexão de rede ao Pólo Sul lunar ou ao lado distante lunar”, explicou Israel, com ambas as regiões atualmente programadas para serem visitadas em 2024. Igualmente importante é o PNT, com tecnologias semelhantes a GPS cruciais para a navegação humana e sistemas autônomos na lua.

Claro, colocar qualquer coisa sobre e ao redor de um corpo a cerca de 250.000 milhas de nós é proibitivamente caro, então um aspecto central do LunaNet é garantir que ele possa ser expandido modularmente, trazendo conectividade para áreas apenas quando for necessário.

A analogia que utilizo é que, quando as redes móveis começaram, você poderia obter a cobertura do seu telefone quando estivesse na cidade”, disse Israel. “Mas quando você ia para o campo não tinha mais cobertura. Você não precisava de um novo telefone, eles só precisavam instalar estações base. Portanto, a construção do LunaNet é muito análoga à construção de redes móveis e da Internet. ”

Assim como a Internet terrestre, que surgiu dos laboratórios militares dos Estados Unidos, mas desde então se tornou um empreendimento internacional, o objetivo é fazer do LunaNet um esforço conjunto. Os padrões são construídos a partir dos esforços existentes do Grupo Consultivo de Operações Interagências (IOAG) e do Comitê Consultivo para Sistemas de Dados Espaciais (CCSDS), que incluem todas as principais agências espaciais.

“Poderíamos começar a ter diferentes tipos de provedores para o LunaNet”, explicou Israel. “Parceiros internacionais, parceiros comerciais, coisas da NASA, coisas da Agência Espacial Europeia, etc., todos parte da infraestrutura maior que fornece o serviço LunaNet para construir o LunaNet maior.”

Quanto mais provedores de serviços LunaNet e provedores de tecnologia, melhor, Israel acredita. “Precisamos ter certeza de que isso não se torne um fornecedor comercial com coisas proprietárias onde todos que vão à Lua tenham que comprar os sistemas desta empresa.”

Em documentos de aquisição, a NASA observa que “LunaNet depende de padrões e convenções para alcançar a interoperabilidade entre provedores de serviços e usuários de serviços. Como resultado, nenhuma organização possui LunaNet. A comunidade LunaNet inclui entidades governamentais, comerciais e acadêmicas; pode eventualmente incluir indivíduos também. ”

A primeira telco da Lua

Parte disso aconteceu no final de outubro de 2020, quando a Nokia assinou um contrato para implantar uma rede 4G na Lua até o final de 2022. Parte do programa Tipping Point, o esforço é "realmente seu próprio", Nokia Bell Labs O vice-presidente e chefe do projeto, Thierry Klein, explicou.

"A ambição do programa Tipping Point é realmente explorar novas tecnologias avançadas para apoiar futuras missões na Lua ou em Marte."

O contrato de US $ 14,1 milhões implantará tecnologias celulares semelhantes às usadas pelas teles na Terra, para ver se funcionam tão bem na lua.

"Portanto, a missão é colocar o equipamento em um módulo lunar, e o que seria a estação base e o lado da rede da solução é integrado ao módulo lunar", disse Klein. Em seguida, o módulo de pouso implantará um rover, que funcionará como o equivalente a um usuário de telefone aqui.

"Um link celular será estabelecido entre este rover e o equipamento no módulo de pouso, e ambos exploraremos a comunicação de superfície de curto alcance a 1-300 metros, bem como um alcance muito maior, onde o rover pode ir até 2-3 quilômetros de distância o módulo de pouso. "

Enquanto os detalhes da missão ainda estão sendo finalizados, a Nokia espera ter que operar a rede celular por várias semanas para validar se o espaço está protegido.

Mas Klein está confiante de que o sistema funcionará bem, já que o trabalho começou muito antes de o contrato do Tipping Point ser assinado. "Estamos trabalhando nisso há vários anos", disse ele. "Nós construímos uma unidade que já possui espaço reforçado", com a empresa submetendo-a a testes semelhantes à operação lunar.

Primeiro, há o choque, a vibração, a aceleração da jornada, depois as mudanças de temperatura, o vácuo e a radiação para lidar com a própria superfície. "Colocamos o equipamento nesses testes, tanto quanto podemos na Terra."

A Nokia construiu um modelo de simulação para capturar o desempenho de RF na Lua, onde não há prédios ou árvores, mas sim crateras e rochas.

“E então encontramos um lugar na Terra que tem características semelhantes de paisagem lunar, a ilha de Fuerteventura na Espanha”, disse Klein. “E montamos todo o nosso sistema exatamente em uma configuração que esperaríamos que estivesse na Lua , e validado de uma perspectiva de comunicações, de uma perspectiva de RF, no que diz respeito a taxa de transferência, latência, cobertura e assim por diante. "

Se o teste da Nokia for bem-sucedido, junto com um possível acompanhamento 5G, ele poderá servir como um trampolim para o LunaNet mais amplo.

“É aí que, se você é um astronauta e está navegando na superfície da Lua, você obtém seu acesso à rede pelo equivalente ao seu telefone celular através da torre de celular Nokia”, disse Israel.

“Esse é o seu ponto de acesso LunaNet, e se seus dados estão todos na Lua, então talvez tudo permaneça dentro da rede local da superfície lunar. Mas se você está tentando levar os dados de volta para a Terra ou de volta para o outro lado da Lua, então talvez ele vá daquela estação base e trabalhe diretamente de volta para a Terra através de um relé ou qualquer combinação deles - o da mesma forma que o tráfego da Internet está oscilando. ”

Assim como nossos esforços terrestres, construir uma rede não envolverá apenas pontos de conexão, mas exigirá computação e armazenamento. “Alguém pode pousar algo do outro lado da Lua, que obtém dados brutos de todas as coisas diferentes ao seu redor”, explicou Israel.

Todos os sensores em si não precisam ser tão inteligentes, você poderia apenas ter um dispositivo de computação Edge na Lua. Computação em nuvem e armazenamento, e todas essas coisas que vemos aqui, que foram ativadas por protocolos de rede e, em seguida, o acesso à rede entre Edges e dispositivos se tornou possível em nossos cenários lunares. ”

Parte dessa comunicação lunar provavelmente será realizada com protocolos de comunicação TCP / IP padrão, mas para a perigosa viagem à Terra isso simplesmente não será suficiente.

Por todas as suas comparações com a Internet, a infraestrutura de rede na Terra foi projetada principalmente para ser estática. Data centers, cabos submarinos e torres de celular, todos permanecem parados. O LunaNet deve ser projetado para sistemas espaciais que se movem em diferentes velocidades orbitais.

Uma Internet construída para causar interrupções

Os satélites podem entrar no campo de visão de sistemas potencialmente conectados e entrar e sair do campo de visão em minutos, exigindo o rápido estabelecimento e desativação de conexões. Então, há potencial interferência do sinal de rádio e outros problemas que podem causar perda de dados.

Com isso em mente, o LunaNet contará com o protocolo de pacote de rede tolerante a interrupções (DTN) que usa um mecanismo de armazenamento e encaminhamento junto com a retransmissão automática para garantir que os dados cheguem ao seu destino.

DTN saiu do trabalho iniciado pela NASA em 1998 para uma 'Internet Interplanetária' que, após uma série de falsos inícios e prioridades alteradas, foi reformada como um plano para construir uma Solar System Internetwork (SSI) com DTN em seu núcleo.

É aqui que o LunaNet pode provar ser mais valioso. Há um enorme benefício científico nas operações lunares - com a recente descoberta de quantidades significativas de água mostrando o quão pouco sabemos. Mas também serve como um importante campo de preparação para operações em outros lugares.

"Acertar as coisas na Lua é difícil, mas é mais acessível do que ir a Marte", disse Israel. Se pudermos ter esperança de alcançar a meta de um homem em Marte até 2030, essas medidas para resolver todas as dificuldades serão vitais.

“Se e quando chegarmos lá, no entanto, a conectividade de rede se torna ainda mais interessante. A cerca de 140 milhões de milhas de distância, a latência da velocidade da luz realmente começa a se tornar aparente.

"Se você fosse para a Lua de férias daqui a 20 anos ou mais, certamente trocar e-mails e postar coisas na web seria ótimo", disse Israel. "Um telefonema seria possível, mas seria difícil e irritante por causa do atraso de alguns segundos."

Em Marte, no entanto, "é medido em minutos", com atrasos compostos por "intercalação de dados, onde você armazena um buffer de dados e os embaralha de maneira previsível. É uma maneira poderosa de ajudar a lidar com certos tipos de erros no sistema, mas há uma penalidade no tempo de armazenamento em buffer. "

Se construirmos civilizações em Marte, como Elon Musk afirma que faremos, sua conexão com a Terra será inerentemente lenta. Isso exigirá mais armazenamento local e comunicação - e, sim, centros de dados em Marte.

Essas noções estão muito distantes, é claro. Antes de trazermos conectividade a Marte, Vênus ou mesmo asteróides, devemos primeiro nos concentrar em nosso vizinho mais próximo. Isso não é um feito fácil - e um que poderia desbloquear avanços científicos significativos por si só.

Conectar o outro lado da Lua nos ajudará a explorar o espaço muito além do nosso sistema solar, diz Israel, ao dar aos astrônomos acesso aos sinais mais claros do espaço: "Não temos nada do outro lado da Lua, mas que lado tem sido o sonho dos radioastrônomos desde sempre, porque é como o lugar mais silencioso ", disse Israel." Todo o barulho que vem da Terra é bloqueado pela Lua inteira. "

O LunaNet também expandirá a visão de agências como a NASA, espera Israel. Ele ressaltou que, até a década de 1990, os desenvolvedores de software tinham que resolver individualmente como trocar dados entre computadores para seus projetos. "Uma vez que a Internet chegou, então, de repente, todas aquelas pessoas inteligentes não tiveram que gastar nenhum poder cerebral ou tempo se perguntando como levar os dados daqui para lá, eles poderiam apenas gastar tudo apenas imaginando seus aplicativos, " ele disse.

"Meu objetivo com o LunaNet é que ele será tão habilitador quanto a Internet foi para a Terra. Assim que toda essa mentalidade baseada em rede entrar no lado do usuário, as pessoas planejando as missões, haverá todos os tipos de novos tipos de missões e aplicativos que surgem com isso. ”

Lasers enterrados

Em 2013, David Israel fazia parte de uma equipe que testava um sistema de comunicação a laser lunar da espaçonave LADEE.

O teste correu perfeitamente, demonstrando com sucesso a capacidade de enviar 622 megabits por segundo da Lua por laser. “Funcionou muito bem”, disse Israel.

“Infelizmente, nosso passeio para o experimento foi esta missão que, por design, colidiu com a Lua para levantar um pouco de poeira para ver o que acontece. Então pegamos um sistema de comunicação a laser funcionando perfeitamente e o lançamos na superfície da Lua. ”

Para o LunaNet, felizmente, não há planos de derrubá-lo na superfície lunar. Mas, Israel brincou, o sistema de comunicação enterrado pode ser útil no futuro para um astronauta perdido, como no livro e no filme O Marciano. “Talvez alguém vá desenterrá-lo e tentar fazer o laser funcionar novamente.”

O Avance Network é uma comunidade fácil de usar que fornece segurança de primeira e não requer muito conhecimento técnico. Com uma conta, você pode proteger sua comunicação e seus dispositivos. O Avance Network não mantém registros de seus dados; portanto, você pode ter certeza de que tudo o que sai do seu dispositivo chega ao outro lado sem inspeção.