英国和欧洲航天局合作建立全球首个商用深空跟踪和通信站

英国和欧洲航天局合作将在康沃尔郡古宁利建立世界上第一个商用深空跟踪和通信站。

这个通信站升级了一个 1985 年建造的长达 32 米的天线,它将能够与数百万英里(1 英里约为 1.6 公里)外的太空船进行通信。

近年来,太空任务可谓如火如荼,各国都在积极发射航天器,进行太空探索。在我们看来,它们飞得挺容易的,其实不然。

这其中一个十分关键的问题在于,所有运行的航天器都要与地面站的研究员进行实时通信,换句话说,这就像是地面上的科学家给它们栓了一条线,时刻追踪它们的动态。

什么是深空通信呢?深空通信是指地球上的通信实体与处于深空(离地球的距离等于或大于 2×106km 的空间)的飞行器之间的通信。深空通信最突出的特点就是信号传输的距离极其遥远。

例如,探测木星的旅”行者l号航天探测器,从 1977 年发射,1979 年到达木星,飞行航程达 6.8×108km。航天器要将采集到的信息发回地球,由于路途遥远,地球上收到的信号极其微弱。

如此远距离传送信号的另一个问题是信号传输的时延很长,从木星向地球发射信号,需要经过 37.8 分钟后才能到达地球。这就要求发射的信号波形具有长时期的稳定性和健壮性。

另外,航天器上的通信器出了故障不好检修,因而必须有极高的可靠性。为了保证无线电信号的可靠传输,深空通信地球站必须采用非常成熟可靠的信道编码和差错控制技术,必须要有灵敏度极高的接收系统。

为了与在极远处飞行的航天器保持通信联系,地球上的深空通信地球站还必须采用非常准确的跟踪和控制技术。

为了实现对航天器的准确跟踪和控制,NASA 建立了一个世界上最大的深空通信网(DSN),分别在美国加州的“金石”、西班牙马德里郊外、澳大利亚堪培拉郊外建立三个基地,这三个地方正好是地球上相隔 120° 的地方。

每个基地都安装了四座或更多的深空发射、接收站,配置了超灵敏度的接收机和大口径的抛物面反射器,最大的口径有 70m。

美国深空探测网络DSN的最大的“锅 ”——直径70m的抛物面天线,它可以和“旅行者”号进行联络

DSN 采用了多种跟踪技术,使之在地球自转的条件下能不断地跟踪和观察航天器,从而不间断地实现地面与处于极其遥远距离的航天器之间的通信和控制。

虽然 NASA 建造的通信站在一定程度上缓解了数据传输堵车的现状,但由于人类未来的太空任务越来越复杂,比如开采小行星或是登陆火星,因此对数据通讯网络的要求会更高。

怎么办?解决这个问题的第一步是改造著名的 Goonhilly 地面站。Goonhilly 是英国的主要电信地面站。

它于 1962 年 7 月 11 日建立,成为世界上第一个跨大西洋电视传输网站,当时电视信号通过 Telstar 卫星在美国和欧洲之间传输。

Goonhilly地球站的亚瑟卫星

Goonhilly 是一个占地 57 公顷的庞大综合体,配有 60 个传输天线,负责电视,电话和互联网流量的广播。

其中最大的天线GHY-6 将在未来两年内升级,以提供与商业性深空任务相关的跟踪和通信链接。

在未来两年对天线进行升级的同时,将对其进行测试,以跟踪原子能机构的几项深空飞行任务,包括自 2003 年以来一直在围绕红色星球运行的火星快车航天器。