NASA打造龐大的空間通信數據傳輸網路

80天環遊世界？在150年前儒勒·凡爾納寫下這篇小說的那個時代，這只是一種科學幻想。但今天，來自宇宙飛船的數據信息在幾分鐘內就能傳輸到地球各處。

隨著越來越多的衛星和航天器發射升空，空間通信的需求日益增加。美國宇航局(NASA)正在打造一張無形的網路———太空與地球數據傳輸網(theNear Earth Network，NEN)，將為未來的空間數據接收和傳輸提供更出色的服務。

天地如何「交談」

「只有當航天器出現在軌道上某個點的時候，天線才可以『看』到它，這就好比你和我只有在看到對方的時候，才能互相交談。」

NASA正在打造的近地通信網(the Near Earth Network，NEN)，是將低地軌道、同步軌道，甚至繞月軌道航天器上的信息傳回地球的一個空間通信渠道。科學家可利用這些信息資料，在地面上進行各種研究。

像哈勃太空望遠鏡這樣的繞軌道天文台，不斷收集著大量的數據，如科學家的觀察結果、航天器的運行情況等，只有當這些數據返回地球並由研究人員進行加工處理後，哈勃太空望遠鏡和其他探測衛星的任務使命才算圓滿完成。在沒有互聯網、電話線或光纖電纜等通信聯繫的太空，如何將這些信息傳回地球呢？應運而生的NEN可以在此大顯身手了。

NEN從軌道衛星接收傳輸數據，如全球降水測量衛星( GPM )、月球勘測軌道飛行器( LRO )、地球同步運行環境衛星(GOES )等。安置在世界各地經度和緯度上的許多大型天線與航天器上較小的機載天線進行聯絡，地面站接收到相關信息，被分送到全球相關部門和單位，科學家和工程師可以根據這些信息進行重要的科學研究、評估衛星的運行情況等。

「只有當航天器出現在軌道上某個點的時候，天線才可以『看』到它，」NEN項目的工程師瑞安·特納說，「這就好比你和我只有在看到對方的時候，才能互相交談，但如果你走過拐角，我們就無法再繼續談話了。」

一項艱巨的工作

在過去一年裡，NEN接收來自航天器的信息多達54000次，從開始建立NEN地面網路以來，從太空中接收到的信息量比50多年前的阿波羅時代有了飛躍性的提高。

地面站接收存儲在航天器硬碟上的數據，然後通過通信系統，分布到世界各地那些需要這些數據的科學家和研究人員手中。

操作NEN的工程師日常負責安排航天器和地面站之間的聯絡，在航天器通過地面站上空時，安排雙方連接，進行信息傳遞。這是一項艱巨的工作，涉及到地球軌道上40多家NEN的航天器客戶，這些客戶分布在地球上方140公里至3.5萬公里高度的範圍內，有的甚至在繞月球軌道上。NEN團隊必須確保沒有兩個航天器同時與天線聯絡，因為那會導致系統不堪重負。

如果航天器在經過地面站上空時錯過了傳遞信息的機會，NEN團隊必須重新安排，通知該地區的另一個地面站，確保在航天器經過時，待命天線已做好接收新數據的準備。有時在不可能改變接收位置的情況下，航天器只能將這些數據暫時保存好，等待下一次經過時再進行數據傳遞。在過去一年裡，NEN接收來自航天器的信息多達54000次，從開始建立NEN地面網路以來，從太空中接收到的信息量比50多年前的阿波羅時代有了飛躍性的提高。

越來越寬的網

正在研發的新功能將增加帶寬，以滿足越來越多航天器發射升空而增長的數據接收需求。

NASA目前正在不斷擴建NEN地面站網路，為未來的航天器提供更出色的通信服務。

如今，要跟上現代通訊技術迅猛發展的步伐，NEN的工程師和運營商將面臨更大的挑戰。隨著越來越多的航天器發射進入太空，信息接收的負荷也在加大，NEN必須與時俱進，適應日益增加的需求。

「在執行某個新的發射任務之前，必須確定該航天器的飛行軌道，然後我們就可以做出決定，通過地面網路上的哪個接收站傳輸信息最為有效。」特納說，「我們還必須確定，某個任務需要多少地面支持，我們是否有相應的地面接收能力。」

最近在阿拉斯加安裝的新天線，以及南半球安裝多個天線的計劃，可加強NEN的信息接收能力。研究團隊正在研發的新功能也將增加帶寬，以滿足越來越多航天器發射升空而增長的數據接收需求。

「所有客戶都想要更多的帶寬，通過新增加的功能，我們可以在更短的時間內接收到更多的數據信息。」NEN的項目經理大衛·卡特說，「這必定能大大提高我們的效率。」

隨著傳輸能力呈指數級增加，NEN團隊還將面臨一個新的挑戰。利用激光以光學方式將數據從客戶的航天器傳送到NEN的數據接收網，這需要極大地擴展接收設備的帶寬。卡特說，這將是衛星通信下一步的努力目標，他和他的團隊已準備好接受這一挑戰。

NEN的信息接收網路現在已分布在世界很多國家。其中有美國宇航局直屬的站點，也有南非航天局、瑞典航空公司、美國SSC航天公司、美國海洋和大氣管理局等機構的商業站點。

NASA的太空通訊和導航計劃負責美國宇航局所有的太空通信活動。正在不斷擴建的NEN地面站網路，將為未來的航天器提供更出色的通信服務。未來的用戶將包括美國宇航局最新的超重太空發射系統(SLS)，以及將宇航員送入太空深處開始火星之旅的「獵戶座」飛船等。

(作者：方陵生編譯)

AI有話說：

白頭鷹的地面站布滿全球還嫌少，兔子才在南美搞了一個就被一群人瞎比比，真是喵了個咪的(╯‵′)╯︵┻━┻

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