Интернет за пределами Земли. Зачем на Луне понадобилась сеть 4G и кто её построит?

Как это работает и почему 4G?

Интернет на Луне — совсем не то же самое, что и на Земле. 4G на Земле имеет более высокую пропускную способность, чем сети предыдущего поколения и позволяет одновременно обеспечивать связью большее количество пользователей. Для сравнения: 3G-вышка могла обеспечивать доступом к интернету примерно 60–100 абонентов и предоставлять им быструю, надёжную связь и относительно неплохой интернет. Однако каждая вышка 4G LTE может обслуживать уже от 300 до 400 пользователей, предоставляя скорость в 5–7 Мб/с.

Короткого ответа на вопрос, почему 4G, а не что-то более модное, не существует. Политические и технологические сложности здесь оказались весьма тесно связаны. По сути, причины почти те же, что и в прокладке связи в любой зоне, где ее еще нет. Улучшение коммуникации, развитие технологии, возможность более глубокого изучения и дальнейшего прогресса – вот причины, по которым связь стремятся организовать там, где ее нет. В случае Луны добавляются мотивы хайпа и политики: запустить свой собственный интернет на спутнике Земли – достижение, о котором будут говорить, напишут книгу, снимут документалку, а потом и сериал.

Сейчас главный поставщик технологических решений на рынке 5G в целом — китайский техногигант Huawei. Сам Китай, как одного из геополитических противников США, вполне ожидаемо не пригласили к участию в лунной миссии «Артемида», объединившей под эгидой NASA несколько десятков государств.

Единственным технически готовым и лояльным к зарубежным миссиям и взглядам на жизнь промышленным объединением, ресурсов которого будет достаточно, чтобы создать на Луне сеть передачи данных, стал финский гигант Nokia. Компания уже строит сеть 5G в Великобритании и, согласно планам, должна заменить Huawei, которая сейчас находится под санкциями со стороны США.

Впрочем, строительству сетей 5G на Луне в ближайшей перспективе и быть, и не быть одновременно. Быть — потому что эта технология перспективней и лучше, чем 4G/LTE. Не быть — потому что у NASA нет не только корабля, но и стратегии развития сетей на Луне. Впрочем, технология 5G тоже пока не готова к широкомасштабному развертыванию даже по нашему миру, не говоря уже о ближайших мирах за пределами Земли.

Аналитик агентства MForum Analytics Алексей Бойко пояснил, что есть определённые причины, по которым именно 4G/LTE выбрали в качестве основной технологии для Луны.

«Было бы правильным ориентироваться именно на 5G. Выбор в пользу LTE возможно объясняется тем, что в 4G хорошо отработаны технологии голосовой и видеосвязи VoLTE/ViLTE, а 5G — это пока что в основном мобильный интернет», — сказал Бойко.

Монтаж вышки 5G в Китае

Итак, вы собрались на Луну. Что дальше?

Секторные антенны, передающие сигнал сотовой связи, размещаются на специальных конструкциях – башнях или мачтах. В отличие от условий на Земле, в которых работают базовые станции и вышки связи, Луна – практически идеальное место для строительства сетей с высокой пропускной способностью. На единственном спутнике Земли нет ни атмосферы, ни ветров, ни любых других погодных «аномалий», которые приходится учитывать при строительстве сотовых сетей на Земле.

Отсутствие ветра и любых атмосферных нагрузок на мачты, в верхней части которых установлены направленные антенны — единственный плюс при строительстве сетей на Луне. Настоящий ад начнётся ещё на этапе проектирования. Например, специалистам из Nokia предстоит решить, где размещать мачтовые наземные металлоконструкции высотой 10–100 м, которые обычно устанавливают на возвышенных зонах. Поверхность Луны гораздо сложнее с точки зрения рельефа, она усыпана кратерами, часть из которых будет поглощать излучаемый сигнал.

Но до того, как начать настройку антенн, нужно понять, что происходит с лунным грунтом и на какую глубину его можно бурить. Всё дело в том, что мачты базовых станций на Земле крепятся к поверхности специальными стальными тросами, которые «заводят» в залитое бетоном основание. Проделать эту процедуру на Земле можно без особенных проблем, а вот на Луне реализовать такое почти невозможно.

«Безвоздушная среда — это плюс с точки зрения распространения радиоволн, а вот рельеф — очевидный минус. Поэтому речь будет идти практически только о прямой видимости хотя бы одной приемопередающей антенны. Соответственно ставить их будет желательно на возвышенностях. Например, на краях кратеров. И поскольку на первых порах базовых станций будет немного, возможны ситуации  "‎дыр в покрытии"‎ , связанных с рельефом местности», — сказал аналитик агентства MForum Analytics Алексей Бойко.

Давай по новой, Миша

Сложнейшей задачей для радиоинженеров Nokia станет перепроектирование коммутационного оборудования, состав, габариты и конструкцию которого придётся практически полностью менять. Как отмечает аналитик агентства MForum Analytics Алексей Бойко, для лунной сотовой связи будет критичен каждый грамм веса оборудования.

«Объясняется это удаленностью Луны и высокой стоимостью доставки туда любого груза. То есть оборудование придется перепроектировать с тем, чтобы оно было как можно более легким. Во-вторых, оборудование придется защищать от космического излучения. Здесь есть два подхода — создание и использование специальной "радиационностойкой" электроники, более устойчивой, чем обычная, либо создание больших запасов легко заменяемых модулей, которые будут заменяться по мере выхода из строя используемых в данный момент. В известном фантастическом романе "Семиевие" для них уже придумали название — "витамины", посмотрим, приживется ли оно», — говорит Бойко.

Важно и другое. Из-за отсутствия атмосферы и перепадов температуры окружающей среды, придется думать как о других способах охлаждения аппаратуры, так и о защите электроники от сверхнизких и сверхвысоких температур. В силу только этих причин можно с уверенностью утверждать, что создание решения лунной сотовой связи это сложная задача, которую предстоит решать радиоинженерам Nokia.

Единственная задача, которую разработчики оборудования решат без особых проблем, это небольшие излучатели для базовых станций, которые понадобятся будущим колонистам на Луне. При использовании высокочастотных диапазонов, например, 5 ГГц, размеры антенных устройств окажутся минимальны, а сами антенны могут быть размером c коробку для пиццы.

Еще одна проблема – электричество. И тут Nokia вряд ли поможет

А вот с системой электроснабжения базовых станций, да и всей лунной базы в целом, всё непросто. Формально, у NASA есть готовый, испытанный и надёжный реактор Kilopower, однако он до сих пор не заявлен в качестве основной системы питания лунной базы электричеством.

Предварительных расчётов по потреблению энергии базовыми станциями тоже нет, и нужно понимать, что подключение базовых станций к сети на Луне совсем не то же самое, что и на Земле. Для того, чтобы запитать базовые станции на поверхности нашей планеты, их подключают к обычным источникам электропитания — городским электрическим сетям. Но Луна накладывает определенные ограничения на эту процедуру. Пока не вполне понятно, сможет ли один ядерный реактор выдержать столько потребителей. В данный момент существует ненулевая вероятность, что для системы лунной связи придётся везти отдельный ядерный реактор.

Впрочем, система космического электропитания ещё даже не представлена официально. Даже если вся программа заселения Луны будет продумана до мелочей, отсутствие нормальной связи с минимальной задержкой сигнала (для Луны его позиционируют на уровне 1–5 секунд) может поставить крест на полноценном освоении Луны. Такой вопрос было бы разумнее решать не только с помощью Nokia, но и с помощью других техногигантов, например Cisco, Oracle и Huawei, однако в вопросе лунной сотовой связи пока преобладает политика, а не здравый смысл.

Это тоже интересно:

• Сверхбыстрая камера снимает с частотой 100 миллиардов кадров в секунду
• Физики смогли переместить свет. Что это значит
• Появился способ добывать питьевую воду «из воздуха»