2020年火星窗口严重拥堵:深空通信网络面临考验(图)

Daphane

來源:科技日报


位于美国加利福尼亚的一处DSN天线。   


在火星轨道执行任务的MAVEN飞行器。   
   
　　2020年的火星将宾客盈门，它将“结识新朋友，不忘老朋友”。但若不精心谋划，仔细打算，可能会因接待窗口时间有限造成通信网络的严重拥堵。   
   
　　美国太空新闻网3日报道了这颗红色星球面临的窘境——各类航天飞行器发射后需要开展大量遥测和跟踪，但多国发起的多项火星任务，将给美国国家航空航天局（NASA）的地面跟踪网络带来巨大压力，其作为国际合作伙伴的能力也将受到挑战。   
   
　　火星任务列表很长   
   
　　现在，让我们细数一下2020年的火星任务——   
   
　　NASA的火星2020漫游器、欧洲空间局（ESA）的ExoMars2020漫游器和平台、中国的轨道器/着陆器/流动站、阿联酋的希望轨道飞行器、印度的火星轨道任务-2，以及美国私营航天企业太空探索技术公司（SpaceX）的“红龙”火星着陆器。   
   
　　除了新来的访客，原本已在火星轨道上的其他任务，包括NASA的“奥德赛”轨道飞行器、火星气氛和挥发性演变任务（MAVEN）轨道飞行器，欧空局和印度的“火星快车”及追踪气体轨道仪等，都还在按计划运行。火星上还有NASA的“机遇”号和“好奇”号火星车，以及将于2018年登陆火星的“洞察”号火星地质勘探航天器。   
   
　　NASA喷气推进实验室（JPL）火星探测局火星中继网络办公室主任查尔斯·爱德华兹说：“这将是6个独立的新任务，代表6个不同的航天组织，包括9个独立的航天器，再加上目前正在开展的9个任务。”   
   
   　　深空网络重任在肩
   
　　NASA的深空网络（DSN）是用于与火星航天器通信的大型无线电天线网络，由JPL负责运营，除了为火星及其他深空航天器提供网络支持，还为在地球轨道运行的航天器提供帮助。现在，JPL正在进行详细的研究，如何更好地处理火星新探测器的涌入。   
   
　　DSN项目经理斯提芬·里奇顿介绍说，最值得关注的是两个时段。第一个是2020年夏天，届时几乎所有的火星任务都要在这一限定时间内发射；第二个是2021年初，火星任务将全部抵达火星轨道或登陆火星。   
   
　　虽然DSN在规划和应对意外事件方面拥有丰富经验，且已做好应急准备，但里奇顿说：“2020年面临的火星及非火星任务量庞大，需要更新现有机制才能更好地提供支持，所以，我们正在研究新的应急处理程序，以便适应新情况。”   
   
　　从哪里寻找中继服务
   
　　科罗拉多大学科学院大气与空间物理实验室主任研究员布鲁斯·亚克斯基认为，这么多火星任务将引发诸多问题，包括如何处理从各类航天器传回地球的数据，以及如何同时处理多家轨道运营商的双向通信。   
   
　　虽然“奥德赛”仍可能作为通信中继继续工作，但自本世纪以来，这个在火星轨道上的航天器已开始逐渐老化。   
   
　　“MAVEN有一个固定天线，但并不具备同时提供中继服务和实施自身科学研究的能力。”亚克斯基说，“因此，我们希望寻找更多提供中继服务的航天器。”   
   
　　洛克希德·马丁公司也参与了支持运营“奥德赛”和MAVEN，还拥有处理进入火星大气层、下降并着陆的经验，比如2008年5月触及火星表面的“凤凰”号。该公司目前正在努力学习如何更好地为其他任务提供支持。   
   
　　此外，于2016年10月进入火星轨道的欧空局ExoMars气体追踪轨道器上，载有两个NASA提供的中继设备，该硬件在洛克希德·马丁公司进行了测试，确保了火星和地球之间数据传输的中继兼容性。   
   
　　   处理数据能力有待提升   
   
　　对于即将到来的2020火星通信业务，爱德华兹说，绝对需要跨国公司整合下载和上传数据的能力。“关键是NASA的DSN与欧空局及更广泛的国际社会共同努力，建立可以互操作的空间通信协议。”   
   
　　目前，DSN还推出了新技术，能同时跟踪四个航天器，让更多的任务得到现有设备的支持。   
   
　　里奇顿说：“我们还在与非NASA火星任务协调发射或到达时间，尽量避免在短时间内发生太多航天事件。”   
   
　　上一个如此高密度任务期是2003年和2004年，虽然顺利完成了诸多任务，但是，“即将到来的2020年—2021年窗口期绝对不容小觑，需要严阵以待。”爱德华兹强调。