據(jù)外媒報(bào)道，美國宇航局(NASA)正對深空網(wǎng)絡(luò)(DSN)進(jìn)行升級，以便與比以往更多的航天器進(jìn)行通信，并適應(yīng)不斷變化的任務(wù)需求。當(dāng)NASA的"火星2020毅力"探測器在紅色星球上著陸時(shí)，該機(jī)構(gòu)的深空網(wǎng)絡(luò)(DSN)就在那里，使該任務(wù)能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，幫助實(shí)現(xiàn)這一事件。去年，當(dāng)OSIRIS-REx采集小行星Bennu的樣本時(shí)，DSN發(fā)揮了關(guān)鍵作用，不僅向探測器發(fā)送指令序列，而且還將其令人驚嘆的照片傳回地球。

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自1963年以來，該網(wǎng)絡(luò)一直是NASA深空通信的“骨干”，定期支持39項(xiàng)任務(wù)，還有30多項(xiàng)NASA任務(wù)正在開發(fā)中。其背后的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正努力提高容量，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些改進(jìn)，這將有助于推進(jìn)未來的太空探索。

由NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理的空間通信和導(dǎo)航項(xiàng)目，設(shè)在NASA總部的人類探索和行動(dòng)任務(wù)局內(nèi)，DSN是使任務(wù)能夠跟蹤、發(fā)送命令和接收來自遙遠(yuǎn)的航天器的科學(xué)數(shù)據(jù)。

該網(wǎng)絡(luò)由分布在世界各地的三個(gè)綜合體的跟蹤天線組成，分別位于加利福尼亞州巴斯托附近的戈德斯通綜合體、西班牙馬德里和澳大利亞堪培拉。除了支持任務(wù)之外，這些天線還經(jīng)常被用來進(jìn)行無線電科學(xué)--研究行星、黑洞和跟蹤近地天體。

“容量是一個(gè)很大的壓力，而我們的天線增強(qiáng)計(jì)劃將幫助解決這個(gè)問題。這包括建造兩個(gè)新的天線，將我們的數(shù)量從12個(gè)增加到14個(gè)，”DSN項(xiàng)目副主任Michael Levesque說。

網(wǎng)絡(luò)升級

2021年1月，DSN迎來了它的第13個(gè)天線。命名為深空站56(DSS-56)，這個(gè)位于馬德里的新的34米寬(112英尺寬)天線是一個(gè)“多合一 ”的天線。以前建造的天線在它們可以接收和發(fā)射的頻段上是有限的，往往限制了它們與特定的航天器進(jìn)行通信。DSS-56一上線就成為第一個(gè)使用DSN全部通信頻率的天線，可以與DSN支持的所有任務(wù)通信。

在使DSS-56上線后不久，DSN團(tuán)隊(duì)完成了對深空站43(DSS-43)的11個(gè)月的關(guān)鍵升級，深空站43是位于堪培拉的70米(230英尺)巨型天線。DSS-43是南半球唯一的天線，它的發(fā)射器功率足夠大，并能播放正確的頻率，可以向遙遠(yuǎn)的旅行者2號探測器發(fā)送指令，該探測器現(xiàn)在在星際空間。有了重建的發(fā)射器和升級的設(shè)施設(shè)備，DSS-43將在未來幾十年內(nèi)為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

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“DSS-43的刷新是一個(gè)巨大的成就，我們正在處理Goldstone和馬德里的下兩個(gè)70米天線。而且我們繼續(xù)提供新的天線以滿足不斷增長的需求--所有這些都是在COVID-19期間，”JPL的DSN經(jīng)理Brad Arnold說。

這些改進(jìn)是一個(gè)項(xiàng)目的一部分，不僅要滿足日益增長的需求，還要滿足不斷變化的任務(wù)需要。

任務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)比過去越來越多。自20世紀(jì)60年代第一次月球任務(wù)以來，來自深空網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率已經(jīng)增長了10倍以上。隨著NASA著眼于將人類送上火星，這種對更高數(shù)據(jù)量的需求只會(huì)進(jìn)一步增加。

光通信是一種工具，通過使用激光來實(shí)現(xiàn)更高的帶寬通信，可以幫助滿足這種對更高數(shù)據(jù)量的需求。在接下來的幾年里，NASA有幾個(gè)任務(wù)計(jì)劃展示激光通信，這將提高該機(jī)構(gòu)探索更遠(yuǎn)空間的能力。

新方法

該網(wǎng)絡(luò)也在關(guān)注它如何開展工作的新方法。例如，在DSN的大部分歷史中，每個(gè)綜合體都是在本地運(yùn)行的?，F(xiàn)在，通過一個(gè)名為 “Follow the Sun”的協(xié)議，每個(gè)綜合體在白天輪流運(yùn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，然后在該地區(qū)的一天結(jié)束時(shí)將控制權(quán)移交給下一個(gè)綜合體--本質(zhì)上，這是一場每24小時(shí)進(jìn)行的全球接力賽。

由此產(chǎn)生的成本節(jié)約已被反饋到天線的改進(jìn)中，而且這一努力也加強(qiáng)了各綜合體之間的國際合作。“每個(gè)站點(diǎn)與其他站點(diǎn)合作，不僅在交接期間，而且在維護(hù)和天線在任何一天的表現(xiàn)方面。我們已經(jīng)真正變成了一個(gè)全球運(yùn)作的網(wǎng)絡(luò)，”Levesque說。

該網(wǎng)絡(luò)還實(shí)施了新的方法來管理深空通信。例如，在過去，如果多個(gè)環(huán)繞火星的航天器需要同時(shí)得到服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)將不得不把每個(gè)航天器的一個(gè)天線指向火星，可能會(huì)使用某個(gè)特定建筑的所有天線。通過一個(gè)新的協(xié)議，DSN可以從一個(gè)天線接收多個(gè)信號，并在數(shù)字接收器中分割它們。Arnold說：“我們從商業(yè)電信的實(shí)施中改編了這一點(diǎn)，以利于我們的網(wǎng)絡(luò)效率。”

另外一個(gè)新協(xié)議允許運(yùn)營商同時(shí)監(jiān)督多個(gè)活動(dòng)。傳統(tǒng)上，每個(gè)航天器活動(dòng)都有一個(gè)專門的操作員。現(xiàn)在，DSN采用了一種利用自動(dòng)化的方法，允許每個(gè)操作員同時(shí)監(jiān)督多個(gè)航天器鏈接。這是第一次，DSN現(xiàn)在可以完全自動(dòng)化跟蹤通道的排序和執(zhí)行，而且隨著時(shí)間的推移，這項(xiàng)工作將繼續(xù)得到加強(qiáng)。

Arnold說：“DSN的未來將遵循正在飛出的科學(xué)任務(wù)的精神和動(dòng)力。我們的責(zé)任是使它們成為可能。我們通過通信來做到這一點(diǎn)。”