NASA's Deep Space Network performance during Artemis II

🔑 增強重點摘要

•儘管NASA的深空網路 (DSN) 成功支援了Artemis II任務，但其目前已嚴重超負荷運作，需求有時超出供應達40%，預計到2030年代將增加10倍，導致任務影響和排程挑戰。
•載人Artemis任務的通訊需求將優先於其他深空任務；例如，在無人Artemis I任務期間，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等其他任務損失了超過1,500小時的數據收集時間。
•DSN的升級計畫，即深空網路孔徑增強計畫 (Deep Space Network Aperture Enhancement Project, DAEP)，已嚴重落後且超支，截至2023財年末已落後近5年，成本增加68%，總計7.06億美元。
•為減輕DSN的負擔，NASA正開發近地空間網路 (Near Space Network) 和月球探索地面站 (Lunar Exploration Ground Sites, LEGS)，後者將在地球三個地點部署18米三頻天線，專門處理月球任務通訊。
•深空光學通訊 (Deep Space Optical Communications, DSOC) 技術被視為未來解決方案，Psyche任務已成功進行「首次點亮」試驗，該技術有望將數據傳輸速率提高100倍，對於傳輸高解析度圖像和影片至關重要。

🛠️ 技術深入

全球網路架構： DSN由三個通訊綜合體組成，分別位於美國加州的金石、西班牙馬德里和澳洲坎培拉，彼此間隔約120度經度，確保地球自轉時能持續與太空船通訊。
天線類型： 每個綜合體擁有多個天線，包括一個70米（230英尺）直徑的天線（最初為64米，為旅行者2號任務擴建），以及多個34米（112英尺）直徑的天線，其中波束波導 (Beam Waveguide, BWG) 天線將敏感電子設備置於地下氣候控制室，簡化了維護。
頻率頻段： DSN在S波段（2 GHz）、X波段（8 GHz）和Ka波段（32 GHz）進行上行和下行通訊，高頻率提供更高的增益和更寬的頻寬，但需要更精確的指向。
訊號處理： 訊號從天空頻率下變頻到中頻 (IF)，並通過光纖鏈路傳輸到每個綜合體的訊號處理中心 (SPC)。SPC負責控制天線、接收和處理遙測數據、傳輸指令並生成太空船導航數據。
天線陣列： DSN可將多個天線（在同一地點或不同地點）組合成陣列，以提高靈敏度和數據傳輸速率，有效模擬更大的天線。
單孔徑多太空船 (Multiple Spacecraft Per Aperture, MSPA)： DSN能夠從單一天線同時接收最多四個太空船的訊號，但目前無法實現上行鏈路共享。
操作控制中心： 所有DSN站點均由位於加州帕薩迪納噴氣推進實驗室 (JPL) 的深空操作中心 (Deep Space Operations Center, DSOC) 遠端操作。

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未來深空任務的數據傳輸將嚴重依賴光學通訊技術。

由於傳統無線電頻率網路容量受限且升級緩慢，光學通訊系統（如DSOC）能提供高達100倍的數據傳輸速率，對於傳輸高解析度圖像和影片至關重要。

NASA將需要擴大與國際夥伴和商業供應商的合作，以滿足不斷增長的通訊需求。

DSN目前已超負荷運作，且升級計畫延遲，未來任務需求預計將大幅增加，單靠DSN自身難以應對，需要外部資源分擔負載。

專為月球任務設計的近地空間網路和月球探索地面站將成為減輕DSN負擔的關鍵。

隨著Artemis計畫對月球任務的重視，建立專用網路可以將月球相關通訊從DSN分流，使其能更專注於更遙遠的深空任務。

⏳ 時間線

1958-01

DSN的前身「深空儀器設施 (DSIF)」由JPL部署，用於追蹤Explorer 1。

1963-12

深空儀器設施 (DSIF) 正式更名為深空網路 (DSN)。

1965

第二個26米天線網路在西班牙馬德里和澳洲坎培拉投入運營，實現全球覆蓋。

1969-07

DSN天線在全球範圍內協助接收了阿波羅11號登月任務的首次下行鏈路和雙向通訊。

1988

DSN的三個64米天線擴展至70米，以提高對旅行者號等深空任務的性能。

2010

啟動深空網路孔徑增強計畫 (DAEP)，旨在建造六個新天線以升級容量。

NASA Deep Space Network 在 Artemis II 任務中的表現

⚡ 30-Second TL;DR

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