在昨天的帕克探测器正式启程后,大概大家都会对人类怎么和这些遥远的深空探测器怎么联系很感兴趣。而目前离地球最远的探测器旅行者一号,已经飞行了40年11个月06天,距离地球212亿公里,人类如何收到这些深空行者的微弱电波呢?

旅行者一号
旅行者一号由一个为3.7米的高增益抛物面天线与地球联系。这面天线使用2.3 GHz或8.4 GHz的频率通过深空网络向地球传输数据,而从地球发送给旅行者的信号以2.1 GHz传输,靠的就是深空测控网了。
建立
为了接收这些太空中的微弱信号,美国在太空探索的初期便开始建设自己的深空测控网,1955年太空竞赛开始了,为了测控美国第一颗卫星,1958年一月,美陆军开始在全球各地架设小型的无线电跟踪站,而NASA在58年7月成立后,陆海空各军的测控网合并交由NASA管理,为接下来的阿波罗计划开始大面积建设,组建了今天的DSN(Deep Space Network深空网络)。
职责
交由NASA后,深空测控网络被确立为一个单独管理和运营的通信机构,可以承担所有深空任务,从而避免每个飞行项目需要运营自己的专用空间通信网络,造成资源的浪费和管理的复杂。深空网络要负责自身的科研活动,研究开发和日常运营,并且要支持所有的深空探测航天任务。接收航天器的数据,向航天器发送指令,上传软件修改航天器,跟踪航天器的位置和速度,执行相关科学研究工作。

70米口径天线
构成
经过60年的发展,现在的DSN由三处地面测控站构成,分别位于加利福利亚巴斯托,西班牙的马德里,澳大利亚的堪培拉,每个测控站经度相间120度,随地球的自转而可以全天候全空域测控航天器或小行星。每个综合测控站最少由4部大型抛物面天线构成,一部直径34米的高增益天线,两部以上34米直径的波束波导天线,还有一部26米卡塞洛伦天线与一部70米直径天线,为了提高运行效率,单个天线可以同时接收来自多个航天器的信号。

各自覆盖范围

三大测控站的大口径天线构成
同时可以最多接收4个航天器信号并进行处理。这些巨大的天线,拥有超灵敏的接收器和功能强大的发射器,为了尽量减少杂波影响与提高接收面积,都为抛物面结构;使得其可以和远在212亿公里外的旅行者1号进行联系。70米的巨型天线即将退役,它们已经服役了四十年左右,计划2025年由34米的波束波导天线取而代之。为了满足未来探测任务越来越高的传输速率要求,在未来可能会建设由较小口径天线组成的天线列阵来完成任务,虽然几个小型天线组成的阵列才相当于一部大型天线的效能,但大型天线造价和维护昂贵。

34米天线
在为那些太空中的孤独行者服务的同时,它们也在为人类的科研探索做出贡献,测定重力场,研究天体力学,研究太阳电晕和相关基础物理研究。通过跟踪深空探测器速度的变化,甚至可以更加精确的确定探测器周围行星的重力场。欧洲 俄罗斯 中国也有自己深空测控网络,但相较而言DSN是目前执行任务最多性能最先进的深空测控网,它们也将会一直陪伴守护深空探测器们向星辰大海前行。
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