為了與遙遠(yuǎn)的旅行者號(hào)飛船“對(duì)話”，NASA必須大力發(fā)展空間通信技術(shù)。在上圖中，位于加利福尼亞州戈德斯通，寬64米的碟形天線被擴(kuò)建至70米寬。

來(lái)源：NASA/ JPL-Caltech

NASA的兩艘“孿生”旅行者號(hào)飛船一直在改變我們對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)知。同時(shí)，它們也激勵(lì)了空間通信技術(shù)的飛躍發(fā)展。

在加利福尼亞州的莫哈韋沙漠(Mojave Desert)，旅行者任務(wù)的影響至今可見(jiàn)。那里佇立著NASA的戈德斯通深空通訊綜合設(shè)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(hào)飛得越遠(yuǎn)，碟形天線就需要擴(kuò)建得越大，才能滿足接收和發(fā)送無(wú)線電波的需要，用以追蹤探測(cè)器并進(jìn)行通訊。

施工隊(duì)伍從20世紀(jì)70年代開(kāi)始建造新的碟形天線，同時(shí)擴(kuò)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(gè)真正的巨人。它的兄弟們相對(duì)較小，直徑112英尺（34米），比兩輛校車(chē)最寬處連接起來(lái)還要長(zhǎng)。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(kāi)始擴(kuò)建。

經(jīng)擴(kuò)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(cè)網(wǎng)（Deep Space Network，DSN）站點(diǎn)的天線大小相同。深空探測(cè)網(wǎng)由NASA位于加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)，由該機(jī)構(gòu)的空間通訊和導(dǎo)航（Space Communication and Navigation，SCaN）項(xiàng)目指導(dǎo)。

旅行者任務(wù)加速了這一發(fā)展過(guò)程。如今旅行者號(hào)距地球超過(guò)100億英里（161億千米），旅行者一號(hào)已經(jīng)飛越了太陽(yáng)風(fēng)層（日球?qū)樱?yáng)、行星和太陽(yáng)風(fēng)的氣泡。探測(cè)器和地球間距離太過(guò)遙遠(yuǎn)，我們需要更大更靈敏的“耳朵”來(lái)聆聽(tīng)旅行者號(hào)越來(lái)越微弱的信號(hào)。

“在某種意義上，旅行者號(hào)和深空探測(cè)網(wǎng)是共同成長(zhǎng)的?！眹姎馔七M(jìn)實(shí)驗(yàn)室的Suzanne Dodd說(shuō)，他是行星際網(wǎng)絡(luò)指揮部的主管，并從2010年起擔(dān)任旅行者任務(wù)的主管?！斑@項(xiàng)任務(wù)是新技術(shù)的試驗(yàn)場(chǎng)，無(wú)論是在深空還是在地球上。”

深空探測(cè)網(wǎng)于1963年正式設(shè)立，配備有匹配N(xiāo)ASA早期需求的硬件設(shè)施和人員配置。阿波羅任務(wù)、維京號(hào)火星探測(cè)項(xiàng)目、先驅(qū)者號(hào)和水手號(hào)探測(cè)器，所有這些項(xiàng)目都依賴于深空網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線電天線。

但是在20世紀(jì)70年代末，深空網(wǎng)絡(luò)曾經(jīng)歷了劇變。除了擴(kuò)展天線口徑外，NASA也曾探索過(guò)天線陣列的概念，戈德斯通業(yè)務(wù)經(jīng)理Marie Massey稱。通過(guò)數(shù)個(gè)天線指向旅行者號(hào)探測(cè)器，操作人員可以增強(qiáng)信號(hào)，來(lái)獲得相當(dāng)于一個(gè)巨型天線的觀測(cè)能力。

“深空探測(cè)網(wǎng)證實(shí)了這個(gè)想法。”Massey說(shuō)，她在1978年就開(kāi)始在戈德斯通站工作，那時(shí)她還是一名操作員。

深空探測(cè)網(wǎng)在馬德里和堪培拉的站點(diǎn)也推行了天線陣列。每個(gè)深空探測(cè)網(wǎng)站點(diǎn)都有許多天線來(lái)收集1986年旅行者2號(hào)傳回的天王星圖像——在深空通信領(lǐng)域?yàn)樘綔y(cè)器與行星“相會(huì)” 創(chuàng)造了首個(gè)天線陣列。

3年后，旅行者2號(hào)到達(dá)了海王星——這意味著需要更多的變化。信號(hào)實(shí)在是太弱了，以至于1986年使用過(guò)的天線陣列已經(jīng)無(wú)法滿足需求。NASA在旅行者2號(hào)飛越前剛將深空探測(cè)網(wǎng)的碟形天線擴(kuò)建至230英尺（70米），再次增強(qiáng)了信號(hào)。

NASA也從其他一些非深空探測(cè)網(wǎng)的天線中獲得了幫助。美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)（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臺(tái)（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(hào)計(jì)劃使用。

“如今，太空機(jī)構(gòu)通常會(huì)互相借用天線，這是從旅行者號(hào)計(jì)劃開(kāi)始的慣例，”噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的Leslie Deutsch說(shuō)，他是行星際網(wǎng)絡(luò)指揮部的副主管，曾幫助研究如何運(yùn)行NASA的首個(gè)天線陣列，以及如何合并調(diào)配非隸屬深空探測(cè)網(wǎng)的天線來(lái)進(jìn)行協(xié)同工作。

天線陣列中使用這些巨型天線對(duì)旅行者號(hào)遙遠(yuǎn)的信號(hào)來(lái)說(shuō)仍是至關(guān)重要的。每艘旅行者號(hào)飛船的發(fā)射器功率只夠點(diǎn)亮一個(gè)普通的冰箱電燈泡。當(dāng)這些信號(hào)到達(dá)地球時(shí)，它們的功率僅有百億分之一到十萬(wàn)億分之一瓦。

深空探測(cè)網(wǎng)還有其他改變。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的一套遙測(cè)系統(tǒng)會(huì)改變資料傳輸?shù)姆绞?。旅行者?hào)飛船是首個(gè)使用里德-所羅門(mén)糾錯(cuò)碼（Reed-Solomon error-correcting code）的宇宙飛船，這增強(qiáng)了飛船的數(shù)據(jù)傳輸速率。

所有這些舉措使得旅行者號(hào)飛船更容易有新的發(fā)現(xiàn)并傳回圖像資料，如“家庭肖像（the family portrait）”。這也意味著深空探測(cè)網(wǎng)自身也在改變：它一直在為新的太空時(shí)代進(jìn)化，在新的時(shí)代，探索活動(dòng)更加豐富、頻繁。

（編輯：Tony Greicius 譯者：薩利赫 校對(duì)：王索 傅煜銘）