12 月24 日是NASA 的深空網路成立60 週年紀念日。自1963年以來，深空網路一直持續運行，是NASA與月球或月球以外的太空船進行通訊的基礎。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）捕捉到的炫目銀河圖像、”毅力”號漫遊車從火星發回的尖端科學數據，以及”阿耳特彌斯一號”（Artemis I）從月球遠端發送的歷史性影像–都是透過此網路的巨型無線電碟形天線到達地球的。

這幅藝術家的概念圖展示了深空站-23（一個能夠同時支持無線電波和激光通信的新型天線碟）在加利福尼亞州戈德斯通的深空網絡建築群完工後的樣子。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

美國國家航空暨太空總署（NASA）的深空網路（DSN）為數十項太空任務提供關鍵的通訊和導航服務，目前正在進行現代化改造，以支援更多的太空任務。

2024 年期間，NASA 的空間通訊與導航（SCaN）計畫將慶祝這些歷史性貢獻以及過去60 年的其他歷史性貢獻，該計畫負責管理和指導DSN 提供的地面設施和服務。

有40 多項任務依賴該網絡，預計在未來幾年內，該網絡將為兩倍於此數字的任務提供支援。因此，美國國家航空暨太空總署（NASA）正著眼於未來，透過新菜餚、新技術和新方法來擴展這項重要的全球基礎設施並使其現代化。

美國國家航空暨太空總署坎培拉深空通訊中心的無線電天線位於澳洲首都附近。它是全球三個深空網路綜合設施之一，使該機構與40 多個太空任務保持聯繫。2023 年12 月是DSN 成立60 週年。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

“DSN是NASA的心臟–它肩負著保持地球與太空之間數據暢通的重任，”華盛頓NASA總部SCaN網絡服務部代理主任菲利普-鮑德溫（Philip Baldwin）說。”但為了支持我們不斷增長的機器人任務組合，以及現在的人類登月任務Artemis，我們需要推進下一階段的DSN現代化。”

滿足新增需求

DSN 由位於南加州的NASA 噴射推進實驗室為SCaN 管理，允許任務追蹤、向遙遠的太空船發送指令和接收科學數據。為確保這些太空船能夠始終與地球保持聯繫，深空網路的14 根天線分佈在加州戈德斯通、澳洲坎培拉和西班牙馬德里等全球各地的三個綜合設施中。

深空網路不僅僅是一項深空資訊服務。了解更多有關DSN 如何在整個太陽系中開展無線電和重力科學實驗的資訊。資料來源：NASA/JPL-Caltech

為了確保網路能在如此多的任務之間實現最大化的覆蓋，調度員與DSN 團隊成員合作，確保為關鍵操作提供網路支援。為了提高效率，NASA 還改變了網路的運作方式： 透過一項名為”Follow the Sun”的協議，每個聯合體在日班期間輪流運行整個網絡，然後在該區域的日班結束時將控制權力移交給下一個聯合體–實質上，這是一場每24 小時進行一次的全球接力賽。節約的成本反過來又為增強DSN 提供了資金。

同時，美國國家航空暨太空總署（NASA）一直忙於改進系統以提高容量，從升級和增加天線到開發新技術，這些技術將有助於支援更多的太空船，並大幅增加可傳輸的數據量。

其中一項技術是雷射或光學通信，它可以在傳輸中包含更多的數據。JPL DSN 專案副經理艾米-史密斯（Amy Smith）說：”雷射通訊可以改變NASA 與遙遠太空任務的通訊方式。”

這張照片拍攝於1969 年，也就是DSN 成立六年後，深空網路的坎培拉綜合設施中只有一個無線電天線天線罩。坎培拉現在由三個34 公尺（112 英尺）高的天線和一個70 公尺（230 英尺）高的天線組成。資料來源：NASA/JPL-Caltech

在地球軌道和月球上成功測試了這項技術後，NASA 目前正在利用DSOC（深空光通訊）技術演示來測試更遠距離的雷射通訊。DSOC搭載在該機構的”Psyche”任務上，已經在1900萬英里（約合3100萬公里）外通過激光向地球發送了視頻，其目的是證明可以從遙遠的火星發送高頻寬數據。

史密斯說：”NASA正在證明雷射通訊是可行的，因此我們現在正在研究如何在現有的無線電天線內建造光學終端。這些混合天線仍能發射和接收無線電頻率，但也支援光學頻率。”

美國國家航空暨太空總署（NASA）深空網路230 英尺寬的深空站14 天線的藝術家效果圖，疊加在一個足球場上以顯示比例。資料來源：美國國家航空暨太空總署

技術遺產

美國國家航空暨太空總署（NASA）和深空網路從一開始就擁抱新技術。該網路的起源可追溯到1958 年，當時JPL 與美國陸軍簽訂合同，部署便攜式無線電追蹤站，接收JPL 製造的美國首顆成功衛星”探索者1 號”的遙測資料。在”探索者1號”發射幾天后，也就是在美國國家航空航天局（NASA）於當年晚些時候成立之前，JPL被委以重任，負責確定創建一個前所未有的電信網路所需的條件，以支持未來的深空任務（從早期的”先驅者”任務開始）。

1958 年NASA 成立後，JPL 的地面站被命名為”深空儀器設施”（Deep Space Instrumentation Facilities），在1963 年之前，它們基本上都是獨立運作的。1963 年，DSN 正式成立，地面站與JPL 即將完工的新網路控制中心相連。這座建築被稱為太空飛行操作設施，至今仍是”宇宙中心”，DSN 的三個全球綜合體的數據都要通過它來傳輸。

JPL 星際網絡副主任布拉德福德-阿諾德（Bradford Arnold）說：「我們六十年來一直在推動技術創新，為數以百計的任務提供支持，這些任務為我們的星球和它所居住的宇宙帶來了無數發現。我們令人驚嘆的員工隊伍今天仍在繼續推動這種創新，這為我們下一個60 年的太空探索和科學進步奠定了堅實的基礎。“

編譯來源：ScitechDaily