如果說(shuō)土星是宇宙中最閃耀的“明星”之一，那么美國(guó)宇航局（NASA）的“卡西尼”（Cassini）號(hào)飛船則是最專(zhuān)業(yè)的明星攝影師。
近距離俯沖、雷達(dá)探測(cè)繪制地形圖、捕捉土星極光照片……自十幾年前起，“卡西尼”號(hào)就開(kāi)始日夜兼程地拍攝“土星寫(xiě)真集”，以驚人的清晰程度向世人展示了土星、土星軌道衛(wèi)星及土星環(huán)的概貌。
然而，今年初的一次意外，讓行星科學(xué)的心跳，跟著漏了一拍。
一次意外
穿越光環(huán)，扎個(gè)猛子，沖入土星大氣層。
原本，這一系列完美的動(dòng)作將會(huì)把“卡西尼”號(hào)13年的土星探索之旅推向高潮。今年1月，“卡西尼”號(hào)飛船在即將完成太空之旅前夕，迎來(lái)了一項(xiàng)新的任務(wù)。它改變軌道，脫離了土星赤道面的環(huán)繞軌道，逐漸攀升至極地軌道。
“卡西尼”號(hào)的推進(jìn)器會(huì)燃燒不到1分鐘，以期將其推入新的軌道，但是由于燃料短缺，每一秒鐘都至關(guān)重要。
一切準(zhǔn)備就緒。然而，就在地面指揮站準(zhǔn)備向“卡西尼”號(hào)上傳指令時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)連接飛船與地面的無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)突然失控，這讓科學(xué)家和技術(shù)人員陷入一團(tuán)混亂。等到他們手忙腳亂地修復(fù)妥當(dāng)，“卡西尼”號(hào)已經(jīng)錯(cuò)失了它的目標(biāo)。
星際迷航般的故事講到這里，大家可能都會(huì)以為，難道是遙不可及的飛船端出現(xiàn)了問(wèn)題？
那你就冤枉勞苦功高的“卡西尼”號(hào)了。一天后，技術(shù)人員成功將飛船移向極地軌道。同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，“卡西尼”號(hào)并沒(méi)有任何過(guò)錯(cuò)，這次的問(wèn)題出在地球上。
在美國(guó)加州、西班牙和澳大利亞之間，設(shè)有NASA的大型無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)綜合設(shè)施——深空網(wǎng)絡(luò)（DSN）。近來(lái)，DSN頻頻出現(xiàn)小故障，此次“卡西尼”號(hào)的意外就是其中之一。
半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，DSN一直扮演著“上傳下達(dá)”的重要角色——上傳地面指揮中心的指令、獲取遙遠(yuǎn)探測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)�？梢哉f(shuō)，它是存在于地球軌道之外的幾乎每艘航天器賴(lài)以生存的通信窗口。
可以說(shuō)，DSN為人類(lèi)探索宇宙的事業(yè)默默服務(wù)了太多年，人們已經(jīng)將它的存在當(dāng)作理所當(dāng)然。然而，即便是最強(qiáng)大的設(shè)施也會(huì)面臨設(shè)備老化、檢修更新等問(wèn)題。
最近頻頻失手的傳聞與報(bào)道讓很多人擔(dān)憂(yōu)，是否預(yù)算的縮減和設(shè)備老化已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)生負(fù)面影響，又會(huì)否危及到明年“卡西尼”號(hào)和“朱諾”（Juno）號(hào)復(fù)雜的操作任務(wù)。
NASA科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)主席Brad Peterson也表示，該委員會(huì)可能會(huì)開(kāi)始著手處理這一問(wèn)題。他說(shuō)，隨著美國(guó)宇航局所啟動(dòng)的任務(wù)難度愈發(fā)復(fù)雜，而且對(duì)數(shù)據(jù)的要求越來(lái)越高，“對(duì)DSN的需求只會(huì)逐漸增長(zhǎng)。”
DSN的運(yùn)營(yíng)單位是位于美國(guó)加州帕薩迪納市的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL），絕大部分時(shí)間，它一直非�？煽�。目前，有35項(xiàng)任務(wù)的實(shí)施需要依靠DSN。
DSN在全球設(shè)置了三個(gè)站點(diǎn)，相互相隔120度，環(huán)繞全球。三個(gè)站點(diǎn)均有上世紀(jì)六七十年代設(shè)置的70米天線(xiàn)和一些較新的34米天線(xiàn)，將它們排列在一起，就可以趕得上大型天線(xiàn)的下行鏈路性能。該網(wǎng)絡(luò)可以與太陽(yáng)系內(nèi)任何的飛船保持不間斷的聯(lián)系，甚至可以超越太陽(yáng)系外（例如在“旅行者1號(hào)”的案例中，2013年它正式進(jìn)入星際空間）。
誰(shuí)之過(guò)？
那么，是不是上世紀(jì)六七十年代所設(shè)置的70米天線(xiàn)老化了呢？
恰恰相反，NASA表示，去年12月和今年1月出現(xiàn)的小故障主要是由于該網(wǎng)絡(luò)位于澳大利亞堪培拉的最新的34米天線(xiàn)，DSS-35。
這個(gè)自2014年開(kāi)始運(yùn)行的天線(xiàn)遭遇了不少問(wèn)題，這里的降水和灰塵破壞了一個(gè)幫助瞄準(zhǔn)的設(shè)備，其它幾個(gè)瞄準(zhǔn)組件也遭遇了過(guò)熱的問(wèn)題，而且，污染物滲入了一個(gè)用于冷卻放大器的低溫制冷器。
對(duì)此，NASA表示，這些問(wèn)題已大多解決，而且當(dāng)下一個(gè)34米天線(xiàn)DSS-36于10月1日架設(shè)好后，堪培拉站點(diǎn)的可靠性將會(huì)得到提高。
與此同時(shí)，人員問(wèn)題也造成了硬件設(shè)備的失靈。今年1月，本來(lái)希望能夠測(cè)量地球磁場(chǎng)和太陽(yáng)風(fēng)之間邊界的“磁層多尺度任務(wù)”，像“卡西尼”號(hào)一樣，難以連接DSS-35。
通訊任務(wù)本來(lái)可以轉(zhuǎn)至另一個(gè)堪培拉的天線(xiàn)。但是1月22日，一場(chǎng)暴風(fēng)雪讓位于馬里蘭州的戈達(dá)德太空飛行中心被迫關(guān)停，那里沒(méi)有人對(duì)飛船進(jìn)行重新配置，因此，耽誤了一天的數(shù)據(jù)回收。
NASA空間通訊和導(dǎo)航項(xiàng)目副經(jīng)理Pete Vrotsos負(fù)責(zé)監(jiān)管整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，他表示1月份，該網(wǎng)絡(luò)仍舊傳輸了95%的上行和輸入信號(hào)，達(dá)到了它的最低目標(biāo)。自那以后，他表示，該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)幾乎回到了此前的99%的功效。
然而，仍有不少科學(xué)家在擔(dān)憂(yōu)該網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)。因?yàn)樵陬A(yù)算縮減計(jì)劃中，DSN往往是首當(dāng)其沖的受害者。
2009年，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)人開(kāi)始尋找經(jīng)費(fèi)（2.27億美元）進(jìn)行設(shè)備升級(jí)，但是2013年計(jì)劃實(shí)施時(shí)，NASA卻要求DSN在7年內(nèi)縮減經(jīng)費(fèi)1億美元。2015年底，DSN被要求進(jìn)一步勒緊“褲腰帶”。
目前，西班牙馬德里和加州的新天線(xiàn)和發(fā)射器已遭到延誤，也可能導(dǎo)致馬德里兩個(gè)天線(xiàn)基座的混凝土開(kāi)裂和老化問(wèn)題更加復(fù)雜。去年，NASA總監(jiān)察辦的報(bào)告指出，這些延期可能會(huì)危及網(wǎng)絡(luò)的可靠性，特別是較老的任務(wù)如旅行者1、2號(hào)，只有網(wǎng)絡(luò)中部分較老的天線(xiàn)才能支持它們的無(wú)線(xiàn)電頻段。
未來(lái)的解決方案可能存在于國(guó)際舞臺(tái)。2013年，歐洲空間局（ESA）在西班牙、澳大利亞、阿根廷完成了自己的120度網(wǎng)絡(luò)（35米天線(xiàn)），可以與歐空局任務(wù)如羅塞塔、蓋亞等進(jìn)行溝通，同時(shí)也支持NASA的網(wǎng)絡(luò)。印度和日本也有各自的天線(xiàn)執(zhí)行任務(wù)。
同時(shí)，JPL計(jì)劃在各站點(diǎn)減員，遠(yuǎn)程控制天線(xiàn)以節(jié)省經(jīng)費(fèi)，并計(jì)劃推行更能容忍故障的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃來(lái)傳輸數(shù)據(jù)包。
此外，NASA也在測(cè)試激光系統(tǒng)以期取代無(wú)線(xiàn)電傳輸。光學(xué)信號(hào)的波長(zhǎng)比無(wú)線(xiàn)電波要短1萬(wàn)倍，可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸速度，而且不受地面不協(xié)調(diào)的無(wú)線(xiàn)電頻段的干擾。傳送器也可因此更加輕巧節(jié)能。不過(guò)云霧可以輕易地阻礙信號(hào)，這就意味著它可能需要近地軌道中繼衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn) “星際互聯(lián)網(wǎng)”�！�