深空网简说

编译自深空网官方网站美国的每项太空探测计划都是允许航天器与地面进行不间断无线电通信的。为补偿地球的自转，对多架航天器进行24小时连续通信就要求在不同地方建立数坐通信站。早在1958年，喷气推进实验室就按照军方的要求在尼日利亚、新加坡和美国加州设置跟踪站，以接收探险者一号卫星发回的信号。这些跟踪站即是如今深空网（DSN，Deep Space Network）的前身。同年10月1日，美国宇航局成立，3日喷气推进实验室被军方交由宇航局管理。1963年12月24日，深空网应行星际探测的要求正式设立。为方便不同的太空计划共用一套设备，深空网被设置成了一个相对独立的机构。最早的深空网设有3个地面站：加州莫哈韦沙漠的金石站、澳大利亚的Woomera站和南非的约翰内斯堡站。成立之初的深空网功能非常简单，只允许每秒8比特的数据传输，同一时间只可以控制一架航天器。40年来深空网精度和探测手段的发展。现在，深空网已经能够支持每秒上百万比特的传输，每年指挥的深空探测器和人造卫星数目达到了30多；同时它的海外站地址也迁移到了西班牙的马德里和澳大利亚的堪培拉。这两处与加州的地面站之间经度差大致为120度，这样就可以使不间断的通信成为可能，并为航天器的无线电通信链路在不同站点之间的转接提供了合适的交迭时间。深空网地面站分布示意图。堪培拉站坐落在堪培拉西南40千米处，靠近Tidbinbilla自然保护区。马德里站在马德里以西60千米的Robledo de Chavela。金石站位于美国加州Fort Irwin军事保留地，大约在沙漠城市Barstow东北72千米的地方。每个地面站的地形都是半山区，四面凸起中间凹陷的，这样可以防止无线电干扰。每组地面设施由至少4个配备有超高精度接收设备和大型抛物面天线的深空站组成。它们包括：
一座34米大功率天线
一座34米波导天线（金石站有3座）
一座26米天线
一座70米天线
这些天线的用途包括：遥感勘测、行星际航天器控制、作为甚长基线干涉仪的一部分进行射电天文学研究等。在这些天线中，70米天线的接收精度最高，它足以接收到距离地球160亿千米外的行星际航天器发回的信号。为做到这一点，天线必须保持很高的面型精度：在将近4000平方米的表面上，起伏不能超过1厘米。其架台则采用地平式设计。26米天线则主要用来与地球轨道（轨道高度160至1000千米）上的卫星保持联系，它们最早是为阿波罗计划设立的，特点是追踪速度快，最高可达每秒3度。能达到如此高的速度与它独特的架台设计有关。34米大功率天线和波导天线构造基本相同，但后者增加了一组5个能够精确反射无线电信号的反射器，被反射的无线电波沿垂直方向的波导管到达底部的接收系统。如此作法的优点是，可以将大量精密仪器安置在实验室中，并可通过转动反射器来选择接收信号的仪器。第一架波导天线是1991年为金星的研究而设计的，建在金石站。深空网的主力设备：70米天线（金石站）。在20世纪90年代后期，整个系统增加了5座34米波导天线，其中3座在金石，堪培拉、马德里各一座。为满足深空网日益增长的需求，马德里站又新建了一座天线。为改善从伽利略号探测器传回的数据，深空网增强了部署天线的能力（ability to array several antennas）。这样做可以综合几架天线接收的信息，达到更高的数据获取速度。新一代的技术允许在全波段进行这样的分析，在一个地面站最多可以综合来自8架天线的信号。深空网与行星际航天器通信频率最初是960兆赫，后来为与世界无线电管理大会（World Administrative Radio Conference，它规定了NASA使用的特定无线电频率）取得协调，先后改为2300和8450兆赫。深空网的所有地面站由各自的集中化信号处理中心完成。中心拥有用于控制天线指向、接收和处理数据、传输指令、生成航天器导航数据的电子子系统。当数据在各站处理完毕后，它们被传送到喷气推进实验室以供进一步处理，并通过现代地面通信网分配给各研究组。著名的海盗、旅行者、伽利略、火星探路者计划都是由深空网负责与地面通信联络的，而这些只是它所执行过的任务中很小的一部分。深空网的官方网址是：http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsn/内容来自 Bo Zhang's Homepage

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