70米(330英尺)的14号深空站(DSS-14)是加利福尼亚州巴斯托附近戈德斯通深空通信中心的深空网络天线。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

DSN(Deep Space Network, 深空网络)正在进行升级,以便与比以往更多的航天器进行通信,并适应不断变化的任务需求。

火星2020毅力号火星车红色星球上着陆时,NASA的深空网络(DSN)就在那里,使该任务能够发送和接收数据,帮助实现这一事件。去年,当OSIRIS-REx采集小行星贝努样本时,DSN发挥了关键作用,不仅向探测器发送指令序列,而且还将其令人惊叹的照片传回地球

自1963年以来,DSN一直是NASA深空通信的骨干,定期支持39项任务,其中30多项任务正在开发中。其背后的团队现在正努力提高容量,对网络进行一些改进,这将有助于推进未来的太空探索。

DSN由NASA喷气推进实验室管理,用于空间通信和导航计划,该实验室位于NASA总部,隶属于人类探索和操作任务理事会。DSN使任务能够跟踪、向遥远的航天器发送命令,并从遥远的航天器接收科学数据。

DSN由分布在世界各地的三个综合体的跟踪天线组成,分别位于加利福尼亚州巴斯托附近的戈德斯通综合体、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉。除了支持任务之外,这些天线还经常用于进行无线电科学研究——研究行星黑洞和跟踪近地物体。

“容量是一个很大的压力,我们的天线增强计划将帮助解决这个问题。这包括建造两个新天线,将天线的数量从12个增加到14个,”JPL的DSN副主任迈克尔·莱维斯克(Michael Levesque)说。

在这个360度的视频中,我们将探索NASA位于加利福尼亚州巴斯托的戈德斯通深空通信综合体的70米(330英尺)巨型DSS-14天线。除了与整个太阳系的航天器进行通信外,DSS-14和其他DSN天线还可用于进行无线电科学。
视频来源:NASA/JPL-Caltech

网络升级

2021年1月,DSN迎来了它的第13个天线。命名为深空站56(DSS-56),这个位于马德里的新的34米宽(112英尺宽)天线是一个“多合一 ”的天线。以前建造的天线在它们可以接收和发射的频段上是有限的,往往限制了它们与特定的航天器进行通信。DSS-56一上线就成为第一个使用DSN全部通信频率的天线,可以与DSN支持的所有任务通信。

在使DSS-56上线后不久,DSN团队完成了位于堪培拉的70米(230英尺)巨型天线深空站43(DSS-43)为期11个月的关键升级。DSS-43是南半球唯一的天线,它的发射器功率足够大,它能以合适的频率向遥远的旅行者2号宇宙飞船发送指令,该飞船现在在星际空间。有了重建的发射器和升级的设施设备,DSS-43将在未来几十年内为DSN服务。

“DSS-43的更新是一个巨大的成就,我们正在着手处理戈德斯通和马德里接下来的两个 70 米天线。。我们还在继续提供新的天线,以满足不断增长的需求——这一切都发生在COVID-19期间,”喷气推进实验室的DSN经理布拉德·阿诺德(Brad Arnold)说。

这些改进是项目的一部分,不仅可以满足更高的需求,还可以满足不断变化的任务需求。

任务产生的数据比过去更多。自20世纪60年代的第一次月球任务以来,来自深空航天器的数据率已经增长了10倍以上。随着NASA着眼于将人类送上星,这种对更高数据量的需求只会进一步增加。

通过DSN Now查看深空网络的天线目前正在与哪些航天器进行通信。点击天线以了解更多。
资料来源:NASA/JPL-Caltech

光通信是一种工具,可以通过使用激光实现更高的带宽通信来帮助满足这种对更高数据量的需求。在接下来的几年里,NASA有几个任务计划展示激光通信,这将提高NASA探索更远空间的能力。

新方法

该网络也在关注它如何开展工作的新方法。例如,在DSN的大部分历史中,每个综合体都是在本地运行的。现在,通过一个名为“跟随太阳”的协议,每个综合体在白天轮流运行整个网络,然后在该地区的一天结束时将控制权移交给下一个综合体——本质上,这是一场每24小时举行的全球接力赛。

三张引人注目的海报,展示了位于世界各地三个深空网络联合体的70米(230英尺)大天线。
图片来源:NASA/JPL-Caltech

下载海报

由此节省的成本已被用于天线增强,而且这种努力也加强了各综合体之间的国际合作。“每个站点都与其他站点合作,不仅仅是在切换期间,还包括维护和天线在任何一天的表现。我们已经真正变成了一个全球运营网络。”莱维斯克说。

该网络还实施了管理深空通信的新方法。例如,在过去,如果多个绕火星的航天器同时需要服务,该网络将不得不把每个航天器的一个天线指向火星,可能会使用给定综合体的所有天线。通过一种新的协议,DSN可以从单个天线接收多个信号,并在数字接收器中分割它们。阿诺德说:“我们从商业电信实施中学到的经验对DSN进行了调整,以提高我们的网络效率。”

另外一个新协议允许操作员同时监督多个活动。传统上,每个航天器活动都有一个专门的操作员。现在,DSN采用了一种利用自动化的方法,允许每个操作员同时监督多个航天器链接。 DSN现在第一次可以完全自动化跟踪通道的排序和执行,而且随着时间的推移,这项工作将继续得到加强。

“DSN的未来将遵循正在飞出的科学任务的精神和动力。我们的责任是使它们成为可能。我们通过通信来做到这一点。”阿诺德说。

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-deep-space-network-looks-to-the-future

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