在(zai)近期舉(ju)行的世界移動(dong)通(tong)信大會(MWC2023)上(shang)，諾基亞首次向公(gong)眾展示(shi)了其準備(bei)在(zai)月球(qiu)(qiu)部署的首個4G通(tong)信網(wang)絡的Demo，并透露將(jiang)于(yu)2023年內將(jiang)相關測試設備(bei)發往月球(qiu)(qiu)。這將(jiang)是人類首次將(jiang)蜂窩網(wang)絡帶上(shang)月球(qiu)(qiu)，對于(yu)未來人類利用現(xian)有成熟技術實現(xian)對月球(qiu)(qiu)持續探索乃(nai)至火星等其他太空空間(jian)探索打下基礎(chu)。
蜂窩通信網絡將首次在其他星球部署
諾基亞在(zai)月(yue)球(qiu)部署4G網絡(luo)源于美(mei)國宇航局(NASA)的“阿特(te)彌斯”(Artemis)登月(yue)計劃(hua)，其中通信技(ji)術(shu)是實(shi)現(xian)該計劃(hua)于2024年順利實(shi)施(shi)的組成部分。2018年，NASA就宣布開發十大(da)“臨(lin)界(jie)(jie)點”技(ji)術(shu)，這(zhe)些技(ji)術(shu)有望讓商業太(tai)空飛行和NASA未來(lai)的探測(ce)任(ren)務大(da)大(da)受益。2020年10月(yue)，諾基亞被(bei)指定(ding)為NASA的“臨(lin)界(jie)(jie)點”技(ji)術(shu)的合作伙伴，在(zai)太(tai)空部署了首個LTE/4G通信網絡(luo)系統，并為人類在(zai)月(yue)球(qiu)表面的可持續存在(zai)鋪平道路。NASA為了這(zhe)一(yi)項(xiang)目斥資(zi)1400萬(wan)美(mei)元，已超過了多個其他“臨(lin)界(jie)(jie)點”技(ji)術(shu)的支出。
諾(nuo)基亞旗下的(de)貝爾實驗(yan)室這一舉世聞名的(de)機構(gou)承(cheng)擔(dan)本次在月(yue)球(qiu)(qiu)建設(she)4G網絡的(de)任務，由(you)于月(yue)球(qiu)(qiu)的(de)表(biao)面的(de)特殊性，本項目需要(yao)在月(yue)球(qiu)(qiu)表(biao)面構(gou)建和部(bu)署(shu)一個超緊湊、低功耗、空(kong)間(jian)加(jia)固的(de)端到端4G解(jie)決方案。為了完成(cheng)這一任務，諾(nuo)基亞與多家航天設(she)備(bei)廠(chang)商合作，將蜂窩通信網絡系統集成(cheng)到月(yue)球(qiu)(qiu)登陸器中，當登陸器被送(song)到月(yue)球(qiu)(qiu)表(biao)面后，該網絡將能夠進行自(zi)我(wo)配置。
圖片來源(yuan)：諾基亞官(guan)網
具體來(lai)說，諾基(ji)亞構建的(de)(de)月球4G網絡(luo)系(xi)統(tong)包括一套集成(cheng)(cheng)了核心網功能的(de)(de)LTE基(ji)站、LTE用戶終(zhong)端(duan)、射頻天線和高可(ke)靠運(yun)維控制(zhi)軟件。該解決方案經(jing)過(guo)特(te)別設計，能夠承受發射和登月的(de)(de)惡(e)劣條件，并能在太空的(de)(de)極(ji)(ji)端(duan)條件下運(yun)行。完(wan)全集成(cheng)(cheng)化的(de)(de)蜂窩網絡(luo)系(xi)統(tong)在極(ji)(ji)其緊湊的(de)(de)外形中滿足(zu)空間有(you)效載荷非常嚴格的(de)(de)尺寸、重量和功率限(xian)制(zhi)。
該網絡(luo)將(jiang)為(wei)許(xu)多不同的(de)數據(ju)傳輸應用提供關鍵的(de)通信能(neng)力，包括重(zhong)要的(de)命令和(he)(he)控制功能(neng)、月球車的(de)遠程控制、實時導航和(he)(he)高(gao)清視頻流，這些(xie)通信應用對(dui)人類(lei)在月球表面的(de)生(sheng)存(cun)和(he)(he)探索(suo)都至關重(zhong)要。
2023年內將(jiang)(jiang)相關4G網(wang)絡測(ce)試(shi)設備(bei)發往月(yue)球，將(jiang)(jiang)完成(cheng)一次為期2周的月(yue)球表(biao)面4G網(wang)絡通(tong)信(xin)的測(ce)試(shi)任務(wu)，4G網(wang)絡設備(bei)將(jiang)(jiang)分別搭(da)載(zai)在Intuitive Machines公(gong)(gong)司的月(yue)球著陸器和Lunar Outpost公(gong)(gong)司的月(yue)球漫(man)游(you)(you)車(移動自主勘探平臺(tai)MAPP)上(shang)。其中，基站(zhan)設備(bei)和無源(yuan)天線(xian)系統(tong)安(an)裝(zhuang)在月(yue)球著陸器上(shang)，包含全向天線(xian)的用戶設備(bei)安(an)裝(zhuang)在月(yue)球漫(man)游(you)(you)車上(shang)，著陸器和漫(man)游(you)(you)車達到(dao)月(yue)球表(biao)面后(hou)將(jiang)(jiang)自動部署，在月(yue)球表(biao)面建立起一條著陸器到(dao)漫(man)游(you)(you)車之間的LTE鏈路，從實現(xian)兩者之間雙向實時(shi)通(tong)信(xin)。
根據諾基亞透露，漫游車將向(xiang)直著(zhu)陸器的(de)(de)任(ren)務(wu)控制中心發送實(shi)時視頻和(he)遙(yao)測數據，測試(shi)的(de)(de)目標首先是測試(shi)百米級近距(ju)離通(tong)信，再逐漸拉大距(ju)離，測試(shi)距(ju)離著(zhu)陸器兩(liang)到三公里(li)的(de)(de)遠程通(tong)信。從本(ben)次任(ren)務(wu)中獲得(de)的(de)(de)知識將用于NASA的(de)(de)Artemis計劃，以在2030年前(qian)開發月球上的(de)(de)可持續運營，并(bing)為火星開發任(ren)務(wu)做準備(bei)。
無需“重新發明輪子”，地球成熟的技術經驗在月球復制
在(zai)諾(nuo)基亞(ya)宣(xuan)布將進行月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)4G網絡部(bu)署后，新華(hua)社(she)曾撰文指出，新一輪登月(yue)(yue)(yue)(yue)計(ji)劃與此前有很大差別(bie)，當前的登月(yue)(yue)(yue)(yue)計(ji)劃需要進行深度科研、探(tan)索，甚至(zhi)(zhi)研究(jiu)是(shi)否(fou)能(neng)(neng)成為(wei)(wei)人類另一居住(zhu)地。本次登月(yue)(yue)(yue)(yue)的宇(yu)航(hang)員(yuan)需要在(zai)月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)生存至(zhi)(zhi)少2-5周的時(shi)間，同(tong)時(shi)，還將投放各(ge)種探(tan)測(ce)儀器，整套系統是(shi)由(you)月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)著(zhu)陸(lu)器、月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)車、月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)人類棲(qi)息地等多方面(mian)組成的。而宇(yu)航(hang)員(yuan)在(zai)月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)上著(zhu)陸(lu)之后，他們將成為(wei)(wei)整套系統的中心(xin)，不僅要操控月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)上的各(ge)種設備(bei)，同(tong)時(shi)，宇(yu)航(hang)員(yuan)和宇(yu)航(hang)員(yuan)之間，也需要展開即時(shi)通(tong)話(hua)、實時(shi)定(ding)位等功(gong)能(neng)(neng)，這(zhe)樣，才(cai)(cai)可以確保(bao)他們的安全。建立(li)穩(wen)定(ding)的通(tong)信系統，才(cai)(cai)能(neng)(neng)達到(dao)這(zhe)一目的，未來月(yue)(yue)(yue)(yue)球(qiu)探(tan)索更加頻繁，甚至(zhi)(zhi)作為(wei)(wei)一個旅居地時(shi)，穩(wen)定(ding)通(tong)信系統更為(wei)(wei)重要。
截至目(mu)前(qian)，人類還沒有開(kai)發(fa)出專用(yong)于(yu)月球(qiu)和其(qi)他星球(qiu)的專有通信技術(shu)。由(you)于(yu)蜂窩網絡主要依(yi)賴無線電(dian)通信，無線電(dian)在不同星球(qiu)都存在，因此，探索在月球(qiu)上直接(jie)采(cai)用(yong)蜂窩網絡通信，不再開(kai)發(fa)專有通信技術(shu)成為一個共識。
在過去十余年中，4G已成為最成功(gong)的(de)無線通信(xin)技(ji)術，在全(quan)球廣泛部署，取得(de)了(le)巨大(da)的(de)商業成就，擁(yong)有龐大(da)的(de)技(ji)術和供應商群體，形成完(wan)善的(de)產業生態，可以說是在地球表面已被證(zheng)明是可靠、健壯并易部署和擴展的(de)通信(xin)系(xi)統。
在(zai)(zai)工廠(chang)、礦山、沙漠、救災等極端環境(jing)下，4G網(wang)絡(luo)也形(xing)成一些部(bu)署(shu)，總結了應對惡劣環境(jing)的經驗。諾基(ji)亞(ya)(ya)專(zhuan)家曾撰文(wen)提出，雖然(ran)在(zai)(zai)月球(qiu)部(bu)署(shu)4G網(wang)絡(luo)是一種獨特的專(zhuan)用(yong)解決方案，但我們依然(ran)可以(yi)利用(yong)的是諾基(ji)亞(ya)(ya)在(zai)(zai)全球(qiu)小型蜂窩(wo)網(wang)絡(luo)中部(bu)署(shu)的相(xiang)同(tong)4G基(ji)站和核心(xin)網(wang)，安裝在(zai)(zai)漫游車上的射頻天線和調(diao)制解調(diao)器是基(ji)于當(dang)前4G手機(ji)和設備中相(xiang)同(tong)的用(yong)戶設備設計。當(dang)然(ran)，諾基(ji)亞(ya)(ya)也要對這些技(ji)術進行(xing)了優化和強(qiang)化，以(yi)滿足月球(qiu)運(yun)行(xing)的要求。
若4G網(wang)絡(luo)能夠被證(zheng)實可(ke)用(yong)(yong)于(yu)月球(qiu)表面的通信(xin)，則積累的經(jing)驗完全(quan)可(ke)以(yi)用(yong)(yong)于(yu)5G，未來月球(qiu)表面的通信(xin)網(wang)絡(luo)也可(ke)以(yi)升級至5G，而且這些5G系統可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)共享地球(qiu)5G通信(xin)系統商用(yong)(yong)的成果，降低研發和(he)部(bu)署的門檻。
雖然有現成經驗，但仍要克服重重困難
當(dang)然，將蜂(feng)窩網(wang)絡送(song)入太(tai)空(kong)(kong)也面臨(lin)著很多令人(ren)生(sheng)畏的(de)(de)挑戰，為(wei)了在太(tai)空(kong)(kong)中(zhong)正(zheng)常(chang)部署并提供覆蓋，蜂(feng)窩網(wang)絡設(she)備(bei)必(bi)(bi)須(xu)經歷重大(da)的(de)(de)設(she)計變革。設(she)備(bei)必(bi)(bi)須(xu)盡量(liang)減少尺寸、重量(liang)和(he)功耗(hao)，同時能(neng)(neng)夠經受住發射時的(de)(de)強(qiang)烈振動和(he)太(tai)空(kong)(kong)的(de)(de)極端溫度(du)，必(bi)(bi)須(xu)集成特殊的(de)(de)輻射元件來散熱(re)，因(yin)為(wei)在地球(qiu)上工(gong)作的(de)(de)散熱(re)機制通常(chang)依賴于氣流，而在太(tai)空(kong)(kong)中(zhong)卻無(wu)法工(gong)作。此(ci)外，月球(qiu)漫(man)游車必(bi)(bi)須(xu)警惕地形，包括月球(qiu)大(da)巖石投下(xia)的(de)(de)陰(yin)影，這些陰(yin)影可能(neng)(neng)會阻擋太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池(chi)板(ban)并切斷(duan)電(dian)源，因(yin)此(ci)必(bi)(bi)須(xu)精(jing)心(xin)規劃漫(man)游車導航(hang)路線。
例如，火(huo)箭發(fa)射中(zhong)的(de)震動有可(ke)能導致通(tong)信設備焊接點失效、內部元器件斷(duan)裂。因此，諾基(ji)(ji)亞(ya)進(jin)行了(le)大量的(de)測試，模擬發(fa)射和(he)著(zhu)陸時的(de)加(jia)速(su)、沖擊和(he)振動，尤其(qi)是(shi)對(dui)基(ji)(ji)站的(de)模擬測試，甚至將基(ji)(ji)站放(fang)置(zhi)在巨(ju)型離(li)心機(ji)中(zhong)，模擬發(fa)射過程中(zhong)經歷的(de)強(qiang)烈加(jia)速(su)力(li);在重量方(fang)面，諾基(ji)(ji)亞(ya)透(tou)露(lu)濾波器采用(yong)基(ji)(ji)于(yu)陶瓷(ci)的(de)解決方(fang)案取代了(le)通(tong)常在地面網(wang)絡(luo)中(zhong)使用(yong)的(de)方(fang)案，從而將重量減輕了(le)五分之二。
供(gong)電、溫差等問題也是(shi)月球(qiu)上蜂窩網絡設備(bei)的(de)挑戰。本次(ci)諾基亞(ya)的(de)測(ce)試(shi)任務將(jiang)選擇(ze)在(zai)月球(qiu)的(de)南極，并選擇(ze)在(zai)14天均(jun)有陽(yang)(yang)光照射的(de)時(shi)(shi)間，確保太陽(yang)(yang)能電池(chi)板能夠持續(xu)為通信系統供(gong)電。然而，月球(qiu)的(de)地形是(shi)一(yi)個(ge)巨(ju)大挑戰，需要避免漫游車(che)進入隕(yun)石(shi)坑或陰影(ying)區，太陽(yang)(yang)能電池(chi)板也必須隨時(shi)(shi)面對太陽(yang)(yang)。
設計時還需要應(ying)對陽(yang)(yang)光直射和陰影之間的(de)(de)溫(wen)差(cha)，因為(wei)月球沒(mei)(mei)有(you)(you)大氣層(ceng)，所以(yi)(yi)沒(mei)(mei)有(you)(you)什么東西可以(yi)(yi)吸收周圍的(de)(de)熱量，這(zhe)意味著直接(jie)在陽(yang)(yang)光下(xia)的(de)(de)物(wu)體(ti)和在陰涼處的(de)(de)物(wu)體(ti)之間有(you)(you)很大的(de)(de)溫(wen)差(cha)，例如著陸器上(shang)的(de)(de)LTE天線(xian)在面向太陽(yang)(yang)的(de)(de)一側約為(wei)20?C，但在天線(xian)的(de)(de)相反陰影面將要承受低于-100?C的(de)(de)冰凍溫(wen)度。面對這(zhe)樣的(de)(de)挑戰，通信(xin)設備(bei)必須進行(xing)強化，不(bu)僅可以(yi)(yi)承受這(zhe)樣的(de)(de)極(ji)端(duan)溫(wen)度，還可以(yi)(yi)承受快速的(de)(de)熱變化或(huo)沖擊(ji)，還要通過傳(chuan)導或(huo)輻射進行(xing)有(you)(you)效(xiao)散熱。
圖片(pian)來源：諾(nuo)基亞官網
不(bu)僅如(ru)此(ci)，月(yue)球(qiu)的(de)(de)(de)蜂窩網絡部署(shu)(shu)還(huan)面臨著(zhu)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)政(zheng)策的(de)(de)(de)挑戰。本次諾(nuo)基(ji)亞月(yue)球(qiu)4G網絡部署(shu)(shu)采用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)是(shi)1800MHz頻(pin)(pin)段，是(shi)地(di)球(qiu)表面4G常規的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)頻(pin)(pin)段。然而(er)，由于(yu)月(yue)球(qiu)的(de)(de)(de)特(te)殊性，目(mu)前暫沒有針對外(wai)星球(qiu)的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)政(zheng)策。涉及到外(wai)太空的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)利用(yong)(yong)(yong)，諾(nuo)基(ji)亞撰文(wen)提到，該(gai)公(gong)司不(bu)但與(yu)國際(ji)電(dian)(dian)信(xin)(xin)聯盟、美國聯邦通(tong)信(xin)(xin)委員會和美國電(dian)(dian)信(xin)(xin)和信(xin)(xin)息管(guan)理(li)局(ju)溝(gou)通(tong)月(yue)球(qiu)上使用(yong)(yong)(yong)4G頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)的(de)(de)(de)事宜，也(ye)與(yu)射電(dian)(dian)天文(wen)相關機構進行深入交流。因(yin)為射電(dian)(dian)望遠鏡觀(guan)測時，天文(wen)學家(jia)也(ye)使用(yong)(yong)(yong)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)，而(er)由于(yu)這些射電(dian)(dian)望遠鏡探測到的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號非常微弱，因(yin)此(ci)天文(wen)學家(jia)擔心(xin)從月(yue)球(qiu)發射的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)波會干擾他(ta)們(men)的(de)(de)(de)觀(guan)測。
雖然困難重(zhong)重(zhong)，但還是無法(fa)阻止人(ren)(ren)類(lei)對(dui)外(wai)星球(qiu)的(de)(de)探索。4G網絡作為(wei)(wei)為(wei)(wei)地球(qiu)上數十(shi)億人(ren)(ren)服務的(de)(de)最成(cheng)熟的(de)(de)技(ji)術之一，本次登錄月球(qiu)，若能驗證在(zai)(zai)月球(qiu)有效(xiao)使用，將對(dui)人(ren)(ren)類(lei)探索外(wai)星球(qiu)具有重(zhong)大意義(yi)。目前，蜂窩通信(xin)技(ji)術在(zai)(zai)地球(qiu)上已形成(cheng)4G和5G為(wei)(wei)主導的(de)(de)應用格(ge)局，6G已進入(ru)前期(qi)探索和研發(fa)階段(duan)。隨著人(ren)(ren)們對(dui)新技(ji)術的(de)(de)持續(xu)探索，未來移(yi)動通信(xin)不僅是基于地球(qiu)的(de)(de)空天地一體(ti)化，還將包(bao)括外(wai)太(tai)空的(de)(de)空天地一體(ti)化。
