Il problema di internet in volo
Immaginatevi la scena: state per prendere un volo di linea. Vi siete appena seduti al vostro posto, avete sistemato il bagaglio nella cappelliera, avete allacciato le cinture e siete pronti per godervi il volo. Prima del decollo, l’hostess illustra le istruzioni: sedili in posizione eretta, cosa fare in caso di turbolenza, come lasciare l’aereo in sicurezza, ecc. Poi il solito avviso: “ricordatevi di mettere i vostri device in modalità aereo.” Al ché, la domanda: ma perché non si può navigare su internet in volo?
Un primo motivo è che in volo, i cellulari non riuscirebbero a connettersi facilmente ai normali ripetitori, progettati per inviare il segnale a terra e non in cielo. Una seconda ragione è che, in fase di decollo e di atterraggio, dove la connessione potrebbe avvenire, questa rischierebbe di interferire con le trasmissioni di bordo. Ad oggi non risultano incidenti aerei causati da queste interferenze anche grazie alla cautela delle regole dell’aviazione. Per chi avvertisse le ore di volo offline come un grosso limite, le cose stanno per cambiare.
Internet in volo dal 2023
Dal prossimo luglio 2023 sarà finalmente possibile navigare su internet anche in volo. La Commissione Europea ha stabilito che le compagnie aree saranno autorizzate a fornire connessioni in 5G sui loro voli di linea. Già dal 2008, le comunicazioni per cellulari sui voli di linea potevano usufruire di alcune frequenze, per lo più riservate. Questo aggiornamento permette di ampliare l’offerta fino alla connessione a banda larga su aerei e trasporti di linea come autobus e auto. La connessione sarà possibile grazie alle picocell, una piccola base station che permette di estendere la copertura cellulare all’interno dell’aeromobile.
Navigare in volo: con quali tecnologie?
Le prime ipotesi di connessione in volo risalgono agli inizi degli anni duemila. Agli albori di internet, estendere la connettività anche agli aerei sembrava una naturale evoluzione del mercato, con Boeing che aveva guidato l’innovazione con il progetto Connexion. L’Undici settembre e le difficoltà tecnologiche hanno contribuito a rallentare questo processo: le prime antenne erano troppo costose, pensanti e lunghe da installare per poter essere montate su tutti i voli di linea. Nel 2004, Lufthansa era la prima compagnia aerea a fornire una connessione Wi-Fi in volo, anche se questa era lenta e instabile e limitata alla sola connessione dei pc.
Con l’avvento degli smartphones, che hanno reso il Wi-Fi accessibile anche ai cellulari, la platea dei passeggeri interessati a rimanere online si è estesa. Questa evoluzione ha comportato alcuni problemi tecnici: quante più persone connesse, quanto più la connessione deve essere adeguata, quanto più la ricerca delle soluzioni tecnologiche migliori è diventata importante.
Internet da terra: il sistema ATG
Una prima soluzione è quella offerta dal sistema Air-To-Ground (ATG). Questo sistema connette un velivolo alle torri mobili a terra. Queste celle sono simili alle antenne 4G/LTE per i cellulari. Il sistema ATG è stato il primo ad essere sviluppato. Due antenne, posizionate sotto l’aereo, ricevono il segnale delle celle telefoniche a terra. L’unica differenza è che il segnale delle torri è orientato verso l’alto, anziché verso le strade e gli edifici.
Una volta ricevuto il segnale, le antenne sul velivolo lo inviano al server di bordo, che grazie a un modem converte le onde radio in segnali informatici da erogare in Wi-Fi tramite access point a cellulari, tablet e pc connessi in cabina.
Un sistema ATG presenta alcune importanti limitazioni. Innanzitutto, la copertura è limitata alle zone dotate di una sufficiente quantità di torri. Un aereo di linea che vola a più di 800 chilometri all’ora, a un altezza compresa tra gli otto e i dodici chilometri, si allontana velocemente dall’origine del segnale radio. Fintantoché la rotta attraversa zone urbane o rurali, ci saranno sufficienti infrastrutture a terra per garantire una connessione minima. Quando invece il percorso sorvola zone desertiche o masse d’acqua, il percorso del segnale diventerà troppo lungo per garantire un servizio adeguato.
Un secondo problema è dato dalla velocità massima di navigazione. Una connessione ATG permette realisticamente di trasferire dati a 10 Mbps. Questo dato sarà tanto più basso quanti più passeggeri connessi contemporaneamente. È facile capire come una connessione ATG possa essere adeguata per lo più ad attività quali il controllo della posta e l’invio di messaggi.
Internet dal cielo: il sistema Ku-Band e il sistema Ka-Band
Una seconda soluzione più recente è quella della connessione satellitare. Se le torri si allontanano in fretta durante il volo, un satellite è sempre a una distanza fissa per brevi tratti. La spiegazione è piuttosto semplice: se tra un aereo e un’antenna a terra ci sono circa otto chilometri di altezza, una volta arrivato in prossimità della torre, il velivolo se ne allontanerà di circa ottocento ad ogni ora di volo. Invece, per un satellite geostazionario, fermo a 36 mila chilometri da terra, il percorso di volo sarà meno influente sulla distanza tra velivolo e satellite.
Questa tecnologia, che ha avuto un primo sviluppo in ambito militare, è comparabile a quella impiegata dai cellulari satellitari. La prima versione delle connessioni via satellite è quella denominata Ku-Band, che avviene a frequenze nell’intervallo compreso tra i 12 e i 18 GHz a cui si è aggiunta la connessione Ka-Band che, compresa tra i 26 e i 40 GHz, permette una maggiore ampiezza di banda. Affinché disponga di una connessione Ku-Band o Ka-Band un velivolo deve montare un’apposita antenna nella parte superiore della sua fusoliera. A differenza delle antenne per la connessione ATG, questa antenna deve poter ruotare per riorientarsi verso il segnale inviato dal satellite. Questo comporta un primo problema: per adattare un velivolo a questo tipo di ricezione, è necessario installare un alloggiamento per l’antenna che ne rovina il profilo aerodinamico. Un’antenna satellitare può aumentare i consumi di carburante dello 0,3%.
Ad oggi, il servizio di copertura satellitare è presente in tre aree. Sui soli Stati Uniti è presente il sistema ViaSat-1, che si estende con ViaSat-2 a tutto il Nord America. L’Europa e il Nord Africa sono coperti dal sistema Eutelsat.
I principali vantaggi di una connessione satellitare sono sicuramente la maggiore disponibilità di connessione. Soprattutto per i voli di lunga percorrenza, la mancanza di torri a terra non costituisce più un problema. Con la sola eccezione delle rotte che attraversino i poli, un aereo connesso a un satellite dovrebbe sempre essere in grado di accedere a Internet.
Il segnale satellitare viaggia su frequenze più alte rispetto alle connessioni ATG, col risultato di offrire una maggiore larghezza di banda e di velocità. Connessioni KuBand e KaBand permettono di navigare a velocità comprese tra i 30 e i 100 Mbps.
Starlink: il cielo più vicino
Una connessione satellitare è indubbiamente un passo in avanti rispetto alle connessioni ATG. Con questa è teoricamente possibile arrivare a utilizzare i servizi in streaming durante un volo, ammesso che questo servizio non sia contemporaneamente richiesto da un gran numero di passeggeri. Se tutti gli 800 i passeggeri di un Airbus A380 desiderano scaricare un film da Netflix o da Amazon Prime Video, allora le cose possono cambiare molto.
Un altro svantaggio delle connessioni Ku-Band e Ka-Band sono i tempi di latenza. Per andare e tornare dal satellite al velivolo, il segnale può tardare fino a 250 millisecondi. Con un lag time del genere diventa difficile fruire dei servizi internet in tempo reale.
Una nuova soluzione a questi problemi è quella fornita dal servizio Starlink. La compagnia di Elon Musk ha messo a punto un sistema di satelliti a bassa orbita in grado di migliorare la trasmissione di dati via radio. I satelliti, che viaggiano a un altitudine di circa 540 chilometri sono quasi 65 volte più vicini a terra rispetto a quelli in orbita geostazionaria. La distanza è un fattore molto importante importante in quanto più vicini sono antenna e satellite, più potente è il segnale captato: la potenza del segnale si si riduce col quadrato della distanza tra satellite e antenna ricevente. Più si abbassa la potenza, più il segnale si confonde con il rumore di fondo. Una trasmissione che percorra spazi più brevi sarà migliore.
Oltre alla qualità del segnale, che garantisce una maggiore ampiezza di banda, i satelliti Starlink possono offrire una latenza estremamente bassa: siccome sono 65 volte più vicini a terra rispetto ai satelliti geostazionari, il tempo che impiega il segnale ad andare e tornare dal satellite è molto più breve: si passa dai 250 millisecondi ai 20 millisecondi. Minore latenza, si traduce in un minore tempo di attesa per scaricare file di grandi dimensioni.
Siccome i dati sono scaricati a pacchetti, tipicamente ogni 1000 Kb, più bassa è la latenza, più velocemente avviene il download di un file di grandi dimensioni. Per un servizio di streaming, i continui intervalli tra un pacchetto e l’altro limiterebbero molto la fruizione in tempo reale. Al contrario, riducendo il tempo di latenza tra un pacchetto e l’altro, la somma totale del tempo di attesa viene più che compensata. In questo modo è possibile vedere un film o effettuare una videochiamata senza percepire ritardi o blocchi.
Le migliaia di satelliti di Starlink promettono di servire un gran numero di utenti, garantendo una banda sufficiente per tutti: questo permette di garantire ad ogni velivolo una connessione di 500 Mbps.
Un ultimo vantaggio è rappresentato dall’antenna. Starlink usa quelle di tecnologia phase array, che non necessitano di ruotare per cercare il segnale del satellite e che impattano meno sul profilo aerodinamico del velivolo.
