60 年的登月计划，得益于深空网络

美国宇航局几乎所有复杂太空任务的核心都是一个看不见的军需品，这个关键系统通常被称为该机构的“眼睛”：深空网络。

深空网络（DSN）是地球上最大、最灵敏的电信系统，是一个由巨型无线电天线组成的国际阵列。该网络由全球三个地面设施组成，每个设施之间的经度相差 120 度（或相距 5,000 至 10,000 英里），其中一个位于加利福尼亚州巴斯托附近的戈德斯通，另一个位于西班牙马德里，最后一个位于澳大利亚堪培拉。这个强大的网络使 NASA 能够与远离地球轨道的航天器保持持续通信。

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该系统由位于加利福尼亚州帕萨迪纳的 NASA 喷气推进实验室 (JPL) 运营，自 1963 年开始持续运行以来，在深空通信中发挥了至关重要的作用。在早期，该网络是跟踪和与阿波罗 11 号登月任务进行通信的重要组成部分，此后为 NASA 数十个最具历史意义的项目做出了贡献。例如，它帮助在 DART、露西号、太阳帕克探测器和詹姆斯韦伯太空望远镜等任务之间来回传输数据。截至 2021 年，DSN 定期跟踪和支持 39 项任务，另有 30 项 NASA 任务正在开发中。

深空网络首席工程师杰夫·伯纳 (Jeff Berner) 表示，该网络甚至仍在跟踪美国宇航局的“旅行者”号探测器——这两艘探测器于 1977 年发射升空，目前仍在太阳系外遥远的地方漂浮。“随着航天器离得越来越远，从航天器接收到的电力就会下降，”他说。“因此，随着航天器离得越来越远，信号也会越来越弱。”

从长远来看，向月球发送和接收数据（平均 477,710 英里）仅需几秒钟，但发送到火星（往返约 2.8 亿英里）的相同信号可能需要 10 到 20 分钟才能到达。对于像旅行者号这样远离人类范围的航天器，伯纳说信号的双向光时（到达航天器并返回地球所需的时间）可能需要长达 29 小时。此外，由于可以使用 DSN 的任何强大天线跟踪任何任务，因此这种复杂中继网络的灵活性是 DSN 成为“真正的多任务系统”的原因之一，伯纳解释道。每个综合体都拥有一个 230 英尺宽的天线和多个 111 英尺宽的天线，除了在地球自转时与航天器通信外，还用于进行无线电科学研究，例如研究行星和黑洞。但仔细观察该系统的内部工作原理就会发现，DSN 对于 NASA 通过 Artemis 计划登陆月球表面的最新努力有多么重要。

让阿尔忒弥斯一号往返月球

上周，美国宇航局的猎户座飞船与月球擦肩而过，现在正沿着我们的卫星后面缓慢前行，秘密拍摄了令人瞠目结舌的月球陨石坑表面高清图像。但如果说猎户座是地球最新的间谍，那么深空网络本质上就是任务控制中心，是每个英雄耳边的声音。

据 JPL 介绍，DSN 目前支持来自无人太空舱的大量、持续的数据输入，这一过程将贯穿整个出舱旅程、任务机动以及飞船期待已久的返回。这一过程将确保能够发送命令并快速返回数据，同时还要巧妙地支持网络跟踪的许多其他任务。Artemis 最初依赖于 NASA 的近太空网络 (NSN)，这是由位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心管理的另一个中继通信系统，可以与近地轨道上的政府或商业任务建立连接。但由于其天线无法获得足够的能量来支持高数据速率，或者在航天器超出低地球轨道后快速将数据传输到地面站，因此 DSN 更适合 Artemis 进行长途飞行。如果没有 DSN，“你就无法获得他们在月球上获得的数据速率，”伯纳说。这意味着该飞船已经发回的所有这些精彩的照片和图像肯定会不那么精确，而且肯定会更加无趣。

在猎户座飞船预计降落到地球之前，DSN 将再次将接力棒交还给 NSN。这次交接标志着人类太空探索的新篇章——与太空通信和导航计划一起，电信系统将为未来载人阿尔忒弥斯登月发射奠定基础。

未来的太空网络

为了跟上 NASA 满满当当的任务计划，这个已有近 60 年历史的网络将需要进行一些升级。“我们的设备已经在网络中使用了 30、40 年，不用说，维护起来非常困难，”伯纳说，他在 20 世纪 90 年代初 DSN 首次开始将其模拟系统转换为数字系统时就在场。但让 DSN 跟上最新技术“需要时间和金钱”。

伯纳表示，未来几年，该网络将进行多项改进，以确保其能够支持新任务，特别是 NASA 的 Gateway，这是一个绕月飞行的前哨站，将为人类的长期月球和深空探索提供支持。由于许多未来系统将使用比之前任务更高的数据速率和频率，因此每个 DSN 综合设施的天线都将升级，以支持更高的上行和下行数据速率，或与航天器之间的传输。

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但随着人类再次寻求在月球上插上自己的旗帜（希望这次能更持久），伯纳指出，航天器任务的成功往往取决于支持它们的地面跟踪系统，这一概念有时会在混乱中被遗忘，并为了庆祝新发现而被推到阴影中。归根结底，每艘影响深远、需要大量数据的航天器背后都有一套功能强大的天线，使它能够走得更远。

伯纳说：“当你在报纸上看到有关这些发现的图片时，如果我们没有地面网络，你就不会看到任何这些东西。”