旅行者號教會我們如何聆聽太空

為了與遙遠的旅行者號飛船「對話」，NASA必須大力發展空間通信技術。在上圖中，位於加利福尼亞州戈德斯通，寬64米的碟形天線被擴建至70米寬。

來源：NASA/ JPL-Caltech

NASA的兩艘「孿生」旅行者號飛船一直在改變我們對太陽系的認知。同時，它們也激勵了空間通信技術的飛躍發展。

在加利福尼亞州的莫哈韋沙漠(Mojave Desert)，旅行者任務的影響至今可見。那裡佇立著NASA的戈德斯通深空通訊綜合設施，碟形天線的弧形在崎嶇的山峰間顯得尤為醒目。戈德斯通是地表景觀因兩艘旅行者飛船而變得不同的處女地。旅行者號飛得越遠，碟形天線就需要擴建得越大，才能滿足接收和發送無線電波的需要，用以追蹤探測器並進行通訊。

施工隊伍從20世紀70年代開始建造新的碟形天線，同時擴建舊的天線。如今，這些天線碟赫然聳立在沙漠中：最大的天線直徑230英尺（70米），是一個真正的巨人。它的兄弟們相對較小，直徑112英尺（34米），比兩輛校車最寬處連接起來還要長。這些天線須分別從最初的210英尺（64米）和85英尺（26米）逐漸開始擴建。

經擴建的碟形天線大小與NASA在西班牙馬德里和澳大利亞堪培拉的深空探測網（Deep Space Network，DSN）站點的天線大小相同。深空探測網由NASA位於加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室負責，由該機構的空間通訊和導航（Space Communication and Navigation，SCaN）項目指導。

旅行者任務加速了這一發展過程。如今旅行者號距地球超過100億英里（161億千米），旅行者一號已經飛越了太陽風層（日球層）——包含著太陽、行星和太陽風的氣泡。探測器和地球間距離太過遙遠，我們需要更大更靈敏的「耳朵」來聆聽旅行者號越來越微弱的信號。

「在某種意義上，旅行者號和深空探測網是共同成長的。」噴氣推進實驗室的Suzanne Dodd說，他是行星際網路指揮部的主管，並從2010年起擔任旅行者任務的主管。「這項任務是新技術的試驗場，無論是在深空還是在地球上。」

深空探測網於1963年正式設立，配備有匹配NASA早期需求的硬體設施和人員配置。阿波羅任務、維京號火星探測項目、先驅者號和水手號探測器，所有這些項目都依賴於深空網路的無線電天線。

但是在20世紀70年代末，深空網路曾經歷了劇變。除了擴展天線口徑外，NASA也曾探索過天線陣列的概念，戈德斯通業務經理Marie Massey稱。通過數個天線指向旅行者號探測器，操作人員可以增強信號，來獲得相當於一個巨型天線的觀測能力。

「深空探測網證實了這個想法。」Massey說，她在1978年就開始在戈德斯通站工作，那時她還是一名操作員。

深空探測網在馬德里和堪培拉的站點也推行了天線陣列。每個深空探測網站點都有許多天線來收集1986年旅行者2號傳回的天王星圖像——在深空通信領域為探測器與行星「相會」 創造了首個天線陣列。

3年後，旅行者2號到達了海王星——這意味著需要更多的變化。信號實在是太弱了，以至於1986年使用過的天線陣列已經無法滿足需求。NASA在旅行者2號飛越前剛將深空探測網的碟形天線擴建至230英尺（70米），再次增強了信號。

NASA也從其他一些非深空探測網的天線中獲得了幫助。美國國家射電天文台（The National Radio Astronomy Observatory）提供了它在新墨西哥州的巨型天線；澳大利亞的帕克斯天文台（Parkes Observatory）和日本的臼田深空中心（Usuda Deep Space Center）也將它們的天線借給旅行者號計劃使用。

「如今，太空機構通常會互相借用天線，這是從旅行者號計劃開始的慣例，」噴氣推進實驗室的Leslie Deutsch說，他是行星際網路指揮部的副主管，曾幫助研究如何運行NASA的首個天線陣列，以及如何合併調配非隸屬深空探測網的天線來進行協同工作。

天線陣列中使用這些巨型天線對旅行者號遙遠的信號來說仍是至關重要的。每艘旅行者號飛船的發射器功率只夠點亮一個普通的冰箱電燈泡。當這些信號到達地球時，它們的功率僅有百億分之一到十萬億分之一瓦。

深空探測網還有其他改變。噴氣推進實驗室設計的一套遙測系統會改變資料傳輸的方式。旅行者號飛船是首個使用里德-所羅門糾錯碼（Reed-Solomon error-correcting code）的宇宙飛船，這增強了飛船的數據傳輸速率。

所有這些舉措使得旅行者號飛船更容易有新的發現並傳回圖像資料，如「家庭肖像（the family portrait）」。這也意味著深空探測網自身也在改變：它一直在為新的太空時代進化，在新的時代，探索活動更加豐富、頻繁。

（編輯：Tony Greicius 譯者：薩利赫 校對：王索 傅煜銘）

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