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2020年火星窗口严重拥堵:深空通信网络面临严峻考验

2018-07-18 09:38 新浪综合
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  来源:科技日报

位于美国加利福尼亚的一处DSN天线。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。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。

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