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作者： 郝铄综合报道 来源： 发布时间：2016-11-16 18:59:10
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如果说土星是宇宙中最闪耀的“明星”之一，那么美国宇航局（NASA）的“卡西尼”（Cassini）号飞船则是最专业的明星摄影师。
近距离俯冲、雷达探测绘制地形图、捕捉土星极光照片……自十几年前起，“卡西尼”号就开始日夜兼程地拍摄“土星写真集”，以惊人的清晰程度向世人展示了土星、土星轨道卫星及土星环的概貌。
然而，今年初的一次意外，让行星科学的心跳，跟着漏了一拍。
一次意外
穿越光环，扎个猛子，冲入土星大气层。
原本，这一系列完美的动作将会把“卡西尼”号13年的土星探索之旅推向高潮。今年1月，“卡西尼”号飞船在即将完成太空之旅前夕，迎来了一项新的任务。它改变轨道，脱离了土星赤道面的环绕轨道，逐渐攀升至极地轨道。
“卡西尼”号的推进器会燃烧不到1分钟，以期将其推入新的轨道，但是由于燃料短缺，每一秒钟都至关重要。
一切准备就绪。然而，就在地面指挥站准备向“卡西尼”号上传指令时，却发现连接飞船与地面的无线电讯号突然失控，这让科学家和技术人员陷入一团混乱。等到他们手忙脚乱地修复妥当，“卡西尼”号已经错失了它的目标。
星际迷航般的故事讲到这里，大家可能都会以为，难道是遥不可及的飞船端出现了问题？
那你就冤枉劳苦功高的“卡西尼”号了。一天后，技术人员成功将飞船移向极地轨道。同时，他们发现，“卡西尼”号并没有任何过错，这次的问题出在地球上。
在美国加州、西班牙和澳大利亚之间，设有NASA的大型无线电天线综合设施——深空网络（DSN）。近来，DSN频频出现小故障，此次“卡西尼”号的意外就是其中之一。
半个多世纪以来，DSN一直扮演着“上传下达”的重要角色——上传地面指挥中心的指令、获取遥远探测设备的数据。可以说，它是存在于地球轨道之外的几乎每艘航天器赖以生存的通信窗口。
可以说，DSN为人类探索宇宙的事业默默服务了太多年，人们已经将它的存在当作理所当然。然而，即便是最强大的设施也会面临设备老化、检修更新等问题。
最近频频失手的传闻与报道让很多人担忧，是否预算的缩减和设备老化已经开始产生负面影响，又会否危及到明年“卡西尼”号和“朱诺”（Juno）号复杂的操作任务。
NASA科学顾问委员会主席Brad Peterson也表示，该委员会可能会开始着手处理这一问题。他说，随着美国宇航局所启动的任务难度愈发复杂，而且对数据的要求越来越高，“对DSN的需求只会逐渐增长。”
DSN的运营单位是位于美国加州帕萨迪纳市的喷气推进实验室（JPL），绝大部分时间，它一直非常可靠。目前，有35项任务的实施需要依靠DSN。
DSN在全球设置了三个站点，相互相隔120度，环绕全球。三个站点均有上世纪六七十年代设置的70米天线和一些较新的34米天线，将它们排列在一起，就可以赶得上大型天线的下行链路性能。该网络可以与太阳系内任何的飞船保持不间断的联系，甚至可以超越太阳系外（例如在“旅行者1号”的案例中，2013年它正式进入星际空间）。
谁之过？
那么，是不是上世纪六七十年代所设置的70米天线老化了呢？
恰恰相反，NASA表示，去年12月和今年1月出现的小故障主要是由于该网络位于澳大利亚堪培拉的最新的34米天线，DSS-35。
这个自2014年开始运行的天线遭遇了不少问题，这里的降水和灰尘破坏了一个帮助瞄准的设备，其它几个瞄准组件也遭遇了过热的问题，而且，污染物渗入了一个用于冷却放大器的低温制冷器。
对此，NASA表示，这些问题已大多解决，而且当下一个34米天线DSS-36于10月1日架设好后，堪培拉站点的可靠性将会得到提高。
与此同时，人员问题也造成了硬件设备的失灵。今年1月，本来希望能够测量地球磁场和太阳风之间边界的“磁层多尺度任务”，像“卡西尼”号一样，难以连接DSS-35。
通讯任务本来可以转至另一个堪培拉的天线。但是1月22日，一场暴风雪让位于马里兰州的戈达德太空飞行中心被迫关停，那里没有人对飞船进行重新配置，因此，耽误了一天的数据回收。
NASA空间通讯和导航项目副经理Pete Vrotsos负责监管整个网络，他表示1月份，该网络仍旧传输了95%的上行和输入信号，达到了它的最低目标。自那以后，他表示，该网络已经几乎回到了此前的99%的功效。
然而，仍有不少科学家在担忧该网络的未来。因为在预算缩减计划中，DSN往往是首当其冲的受害者。
2009年，网络负责人开始寻找经费（2.27亿美元）进行设备升级，但是2013年计划实施时，NASA却要求DSN在7年内缩减经费1亿美元。2015年底，DSN被要求进一步勒紧“裤腰带”。
目前，西班牙马德里和加州的新天线和发射器已遭到延误，也可能导致马德里两个天线基座的混凝土开裂和老化问题更加复杂。去年，NASA总监察办的报告指出，这些延期可能会危及网络的可靠性，特别是较老的任务如旅行者1、2号，只有网络中部分较老的天线才能支持它们的无线电频段。
未来的解决方案可能存在于国际舞台。2013年，欧洲空间局（ESA）在西班牙、澳大利亚、阿根廷完成了自己的120度网络（35米天线），可以与欧空局任务如罗塞塔、盖亚等进行沟通，同时也支持NASA的网络。印度和日本也有各自的天线执行任务。
同时，JPL计划在各站点减员，远程控制天线以节省经费，并计划推行更能容忍故障的互联网计划来传输数据包。
此外，NASA也在测试激光系统以期取代无线电传输。光学信号的波长比无线电波要短1万倍，可以大大提高数据传输速度，而且不受地面不协调的无线电频段的干扰。传送器也可因此更加轻巧节能。不过云雾可以轻易地阻碍信号，这就意味着它可能需要近地轨道中继卫星来实现 “星际互联网”。■
《科学新闻》 (科学新闻2016年9月刊 视野)
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