“我不確定誰認(rèn)為與阿爾忒彌斯一號(hào)一起發(fā)射立方體衛(wèi)星是個(gè)好主意。"

美國(guó)宇航局官員周二對(duì)該機(jī)構(gòu)的深空網(wǎng)絡(luò)發(fā)出警報(bào)，這是加利福尼亞州，西班牙和澳大利亞的天線集合，用于與分散在太陽系的任務(wù)保持聯(lián)系。

從美國(guó)宇航局的阿爾忒彌斯任務(wù)到月球，再到星際空間的旅行者探測(cè)器，一切都依靠深空網(wǎng)絡(luò)（DSN）來接收命令并將數(shù)據(jù)傳輸回地球。蘇珊娜·多德（Suzanne Dodd）在美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）負(fù)責(zé)監(jiān)督DSN，她喜歡通過展示詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）和毅力號(hào)火星車（Perseverance Rover）等任務(wù)的華麗圖像來強(qiáng)調(diào)該網(wǎng)絡(luò)的重要性。

“所有這些圖像，所有這些公眾的視覺效果，以及科學(xué)家的所有科學(xué)都是通過深空網(wǎng)絡(luò)下來的，”多德周二在美國(guó)宇航局咨詢委員會(huì)科學(xué)委員會(huì)的一次會(huì)議上說。

DSN在深噓！#

但多德并沒有對(duì)運(yùn)營(yíng)深空網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)持樂觀態(tài)度。她說，目前大約有40個(gè)任務(wù)依靠DSN的天線與地球上的控制者和科學(xué)家保持通信。另外40多個(gè)特派團(tuán)將在未來十年左右加入名冊(cè)，目前在網(wǎng)絡(luò)上使用時(shí)間的40個(gè)特派團(tuán)中，許多特派團(tuán)可能仍在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)作。

“我們的任務(wù)比我們目前飛行的任務(wù)要多，”多德說?！拔覀儗SN的負(fù)載幾乎翻了一番。其中很多是月球探索或阿爾忒彌斯任務(wù)，以及許多與商業(yè)供應(yīng)商合作的阿爾忒彌斯前身任務(wù)。所以負(fù)荷在增加，這給我們帶來了很大的壓力。

“它被超額認(rèn)購(gòu)，但它對(duì)該機(jī)構(gòu)想要做的任何事情都至關(guān)重要，”她說。

互聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)、現(xiàn)任谷歌高管的溫特·瑟夫（Vint Cerf）是多德周二會(huì)見的委員會(huì)成員。在聽取了多德和其他NASA經(jīng)理的意見后，瑟夫說：“深空通信系統(tǒng)處于深海狀態(tài) - 好吧，讓我用一個(gè)更好的詞，赤字。我也想到了一個(gè)四個(gè)字母的詞。

由于涉及宇航員，阿爾忒彌斯任務(wù)將對(duì)DSN提出獨(dú)特的要求。

“我們不會(huì)有數(shù)據(jù)。我們將擁有千兆位的數(shù)據(jù)，“JPL網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部門代理主任Philip Baldwin說?！拔也幌胍?080p的視頻分辨率。我想要 8K 視頻。

深空網(wǎng)絡(luò)上的三個(gè)站中的每一個(gè)都有一個(gè)70米（230英尺）的碟形天線，這是世界上最大的深空通信天線。每個(gè)位置還至少有三個(gè) 112 英尺（34 米）的天線。加利福尼亞州最古老的大型天線于1966年投入使用，并于 1988 年擴(kuò)大到 70 米直徑。

“我們已經(jīng)達(dá)到了DSN老化基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)非常關(guān)鍵的點(diǎn)，”美國(guó)宇航局天體物理學(xué)部副主任桑德拉考夫曼說。

阿爾忒彌斯一號(hào)案例研究

多德提供了去年年底的一些數(shù)字來強(qiáng)調(diào)這個(gè)問題。在阿爾忒彌斯一號(hào)任務(wù)期間，美國(guó)宇航局的獵戶座宇宙飛船花了大約25天的時(shí)間從地球到月球周圍的遙遠(yuǎn)軌道，然后返回太平洋的濺落。在阿爾忒彌斯一號(hào)期間，深空網(wǎng)絡(luò)的天線總共花費(fèi)了903個(gè)小時(shí)跟蹤獵戶座飛船并與之通信。

但這個(gè)故事還有更多。有10個(gè)小型拼車輔助有效載荷在Artemis I上的太空發(fā)射系統(tǒng)火箭上飛入深空。這些立方體衛(wèi)星的大小從鞋盒到公文包不等，具有小型天線和低功率發(fā)射器，需要在地球上使用大型天線才能建立可靠的連接。

根據(jù)多德的說法，其中八顆立方體衛(wèi)星被DSN跟蹤?！八麄兊玫搅?71小時(shí)的跟蹤，幾乎與八個(gè)小立方體衛(wèi)星的Artemis一樣多，”她說。

“我不確定誰認(rèn)為與Artemis I一起放置（這么多）立方體衛(wèi)星是個(gè)好主意，”多德說。

由于資源有限，天線數(shù)量有限，深空網(wǎng)絡(luò)不得不放棄NASA的其他科學(xué)任務(wù)，專注于獵戶座飛船和與之一起飛行的立方體衛(wèi)星。

“損失最大的任務(wù)包括詹姆斯韋伯，你的旗艦任務(wù)，他們放棄了184小時(shí)來支持Artemis和CubeSats，”多德說。DSN還推遲了Artemis I期間超過500小時(shí)的計(jì)劃維護(hù)時(shí)間。

這意味著價(jià)值100億美元的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可能丟失或延遲的科學(xué)成果。在Artemis I期間放棄DSN時(shí)間超過100小時(shí)的其他任務(wù)包括火星勘測(cè)軌道飛行器，火星奧德賽任務(wù)和歐洲的火星快車。

“當(dāng)Artemis上線時(shí)，其他人都讓開了，這對(duì)所有科學(xué)任務(wù)，甚至是旗艦科學(xué)任務(wù)都有影響，”多德說。

像CubeSats這樣的小型衛(wèi)星在低地球軌道上很常見，提供商業(yè)遙感和數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，并為研究人員提供了以比乘坐大型航天器低得多的成本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。美國(guó)宇航局希望在深空探索中更多地使用立方體衛(wèi)星，以執(zhí)行月球，火星和小行星的任務(wù)。

多德說，是什么讓立方體衛(wèi)星對(duì)NASA和研究科學(xué)家有吸引力，是使它們對(duì)深空網(wǎng)絡(luò)沒有吸引力的原因。

“他們很快，他們沒有經(jīng)過充分測(cè)試。他們使用小天線，“她說?！爱?dāng)他們遇到麻煩時(shí)，他們需要一個(gè)非常大的天線來找到他們......你希望這些立方體衛(wèi)星（在DSN上）花費(fèi)與James Webb一樣多的時(shí)間嗎？”

Artemis上的大多數(shù)拼車有效載荷在SLS火箭上部署后都遇到了麻煩，有些在發(fā)射后從未收到過消息。這需要DSN天線上的時(shí)間來嘗試定位和恢復(fù)與立方體衛(wèi)星的通信。該網(wǎng)絡(luò)最大的天線通常用于與遇到緊急情況的航天器進(jìn)行通信。

“當(dāng)你的DSN被超額訂閱時(shí)，我認(rèn)為將一次性任務(wù)放在同一組天線上不是一個(gè)好的用途。扔掉可能不禮貌...他們有一席之地。但在我看來，他們的位置實(shí)際上不在DSN上，至少在這些數(shù)字上沒有。由于設(shè)計(jì)的原因，這些任務(wù)中有一半可能在發(fā)射出擂臺(tái)之前就已經(jīng)死亡。

“立方體衛(wèi)星經(jīng)常被宣傳為我們未來所有科學(xué)的靈丹妙藥，”Ball Aerospace的顧問薩拉·塔克（Sara Tucker）說，他是周二聽取美國(guó)宇航局官員意見的委員會(huì)成員?！八鼈兒鼙阋?。它們很容易。我們可以把它們?nèi)拥?。如果它們不起作用，我們只?huì)吐得更多。但它顯然在這里帶來了不可忽視的負(fù)擔(dān)。

美國(guó)宇航局尚未就下一個(gè)阿爾忒彌斯任務(wù)Artemis II是否會(huì)搭載任何立方體衛(wèi)星做出最終決定。Artemis II將于2024年底或2025年發(fā)射，四名宇航員將在獵戶座太空艙內(nèi)繞月球背面飛行。美國(guó)宇航局計(jì)劃在以后的阿爾忒彌斯任務(wù)中容納立方體衛(wèi)星。

本十年晚些時(shí)候，美國(guó)宇航局將呼吁DSN不僅支持獵戶座載人航天器在阿爾忒彌斯任務(wù)中往返月球，而且還支持該機(jī)構(gòu)計(jì)劃在月球軌道上建造的Gateway迷你空間站。來自SpaceX和Blue Origin的商業(yè)載人月球著陸器，以及商用機(jī)器人著陸器，也將依靠DSN與地球連接。就在上周，DSN正在與印度的Chandrayaan 3著陸器進(jìn)行通信，因?yàn)樗陆档皆虑虮砻妗?/p>

多德說，負(fù)責(zé)監(jiān)督商業(yè)月球任務(wù)合同的NASA經(jīng)理“真正承諾DSN資產(chǎn)，而不是問'裝載對(duì)其他人有什么影響？'”

“我不知道這一切將如何一起玩，”多德說。“但現(xiàn)在，它看起來有點(diǎn)像一團(tuán)糟?？纯催@張圖表，展望2030年代，這真的讓我們感到害怕。

正在做什么？

這不是美國(guó)宇航局官員第一次談?wù)撋羁站W(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)，但周二與美國(guó)宇航局顧問的討論再次緊迫地提出了這個(gè)問題。

“有十幾項(xiàng)可以追溯到10年前的研究基本上說了同樣的事情，因?yàn)镈SN基礎(chǔ)設(shè)施正在衰敗，（并且）需要為繼任計(jì)劃提供資金，”多德說?！斑@些報(bào)告有效嗎？我認(rèn)為他們提出了這些問題，人們也承認(rèn)了這些問題，但從我的立場(chǎng)來看，我們沒有看到機(jī)構(gòu)層面的行動(dòng)。

美國(guó)宇航局監(jiān)察長(zhǎng)上個(gè)月發(fā)現(xiàn)，對(duì)DSN的需求有時(shí)超過供應(yīng)量40%。能力的限制“已經(jīng)影響了機(jī)構(gòu)任務(wù)完全實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)全部投資回報(bào)的能力，”監(jiān)察長(zhǎng)在DSN的審計(jì)中寫道。

“隨著載人阿爾忒彌斯任務(wù)上線并優(yōu)先于JWST和火星2020毅力號(hào)火星車等無人任務(wù)，任務(wù)將面臨安排DSN時(shí)間的挑戰(zhàn)，并且可能無法獲得及時(shí)導(dǎo)航和數(shù)據(jù)傳輸所需的全部容量，”監(jiān)察長(zhǎng)寫道。

該機(jī)構(gòu)的內(nèi)部監(jiān)管機(jī)構(gòu)表示，用更多的34米天線和更高功率的發(fā)射器升級(jí)三個(gè)DSN站點(diǎn)的項(xiàng)目比計(jì)劃晚了五年，升級(jí)成本已增加到706.250億美元。這筆費(fèi)用需要很長(zhǎng)時(shí)間才能償還DSN的預(yù)算賬戶，該賬戶已從2010年的年度約200.<>億美元下降到今天的約<>億美元。

根據(jù)監(jiān)察長(zhǎng)的報(bào)告，美國(guó)宇航局最初計(jì)劃在每個(gè)DSN站用一系列更新的70米天線替換34米天線，但該機(jī)構(gòu)已決定保持老化的70米天線運(yùn)行。

“當(dāng)你在尋找基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，很難說服任何人支持基礎(chǔ)設(shè)施資金，而不是一個(gè)很酷的車輛去月球，”鮑德溫說。

根據(jù)多德的說法，每年約45萬美元的額外資金可以使DSN團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，并雇用更多員工在所有三個(gè)站點(diǎn)提供24小時(shí)支持。她說，一些較舊的天線也可以重新投入使用，以滿足不斷增長(zhǎng)的需求。

“如果我們想讓DSN回到可靠的未來，我們需要從這些年的衰退中恢復(fù)過來，”多德說。她補(bǔ)充說，如果DSN在阿爾忒彌斯登月任務(wù)期間離線，宇航員可能會(huì)受到威脅。

在向NASA領(lǐng)導(dǎo)層提出這些建議后，“回來的人數(shù)為零，”多德說?！拔艺J(rèn)為我們絕對(duì)可以在機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用一些倡導(dǎo)。

美國(guó)宇航局監(jiān)察長(zhǎng)建議該機(jī)構(gòu)探索更有效的選擇來安排深空網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，例如維護(hù)一份可廣泛訪問的優(yōu)先任務(wù)清單。

“在阿爾忒彌斯（任務(wù)）期間，簡(jiǎn)單的優(yōu)先事項(xiàng)是阿爾忒彌斯，然后是詹姆斯韋伯，也許然后是立方體衛(wèi)星，類似的東西，”多德說。“但你也必須考慮維護(hù)。DSN維護(hù)必須成為重中之重。

美國(guó)宇航局正處于規(guī)劃全球?qū)ｉT用于月球任務(wù)的新通信站網(wǎng)絡(luò)的早期階段，這些通信站通常不需要DSN上最大的天線。美國(guó)宇航局監(jiān)察長(zhǎng)說，這些新天線要到2027年才能運(yùn)行，并且不會(huì)解決深空網(wǎng)絡(luò)面臨的整個(gè)問題，深空網(wǎng)絡(luò)仍將支持阿爾忒彌斯任務(wù)。

一個(gè)長(zhǎng)期的解決方案可能是激光通信，它根本不使用DSN。美國(guó)宇航局將于10月與Psyche小行星任務(wù)一起發(fā)射激光通信包，以展示來自小行星帶的遠(yuǎn)程光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸。

該航天局還計(jì)劃從公司計(jì)劃在月球周圍部署的商業(yè)衛(wèi)星購(gòu)買數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。這些中繼衛(wèi)星對(duì)于前往南極和月球背面的任務(wù)特別有用，在這些地方，直接到地球的數(shù)據(jù)鏈路被部分或完全封鎖。

美國(guó)宇航局依靠商業(yè)地面站為該機(jī)構(gòu)在低地球軌道上的衛(wèi)星提供一半以上的地面站支持。美國(guó)宇航局去年選擇了SpaceX，亞馬遜，Viasat，Telecast，SES和Inmarsat開始開發(fā)商業(yè)能力，以取代政府擁有的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)用于與國(guó)際空間站和其他靠近地球的衛(wèi)星進(jìn)行近乎連續(xù)的連接。

但美國(guó)宇航局表示，除了DSN最大的天線之外，沒有商業(yè)替代品。

“關(guān)于深空網(wǎng)絡(luò)的一件事是它不像商業(yè)市場(chǎng)上存在的東西，”鮑德溫說?！巴ǔ?，業(yè)界能夠做什么與DSN可以支持什么存在混淆。DSN所做的是非常獨(dú)特的，并且（沒有）與商業(yè)市場(chǎng)上的簡(jiǎn)單類比。

原文來自：https://arstechnica.com/space/2023/08/nasas-artemis-i-mission-nearly-broke-the-deep-space-network/

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