2020年，火星窗口嚴重擁堵

2020年，火星窗口嚴重擁堵——深空通信網路面臨嚴峻考驗

位於美國加利福尼亞的一處DSN天線。

在火星軌道執行任務的MAVEN飛行器。

圖片來自網路

2020年的火星將賓客盈門，它將「結識新朋友，不忘老朋友」。但若不精心謀划，仔細打算，可能會因接待窗口時間有限造成通信網路的嚴重擁堵。

美國太空新聞網3日報道了這顆紅色星球面臨的窘境——各類航天飛行器發射后需要開展大量遙測和跟蹤，但多國發起的多項火星任務，將給美國國家航空航天局（NASA）的地面跟蹤網路帶來巨大壓力，其作為國際合作夥伴的能力也將受到挑戰。

火星任務列表很長

現在，讓我們細數一下2020年的火星任務——

NASA的火星2020漫遊器、歐洲空間局（ESA）的ExoMars2020漫遊器和平台、的軌道器/著陸器/流動站、阿聯酋的希望軌道飛行器、印度的火星軌道任務-2，以及美國私營航天企業太空探索技術公司（SpaceX）的「紅龍」火星著陸器。

除了新來的訪客，原本已在火星軌道上的其他任務，包括NASA的「奧德賽」軌道飛行器、火星氣氛和揮發性演變任務（MAVEN）軌道飛行器，歐空局和印度的「火星快車」及追蹤氣體軌道儀等，都還在按計劃運行。火星上還有NASA的「機遇」號和「好奇」號火星車，以及將於2018年登陸火星的「洞察」號火星地質勘探航天器。

NASA噴氣推進實驗室（JPL）火星探測局火星中繼網路辦公室主任查爾斯·愛德華茲說：「這將是6個獨立的新任務，代表6個不同的航天組織，包括9個獨立的航天器，再加上目前正在開展的9個任務。」

深空網路重任在肩

NASA的深空網路（DSN）是用於與火星航天器通信的大型無線電天線網路，由JPL負責運營，除了為火星及其他深空航天器提供網路支持，還為在地球軌道運行的航天器提供幫助。現在，JPL正在進行詳細的研究，如何更好地處理火星新探測器的湧入。

DSN項目經理斯提芬·里奇頓介紹說，最值得關注的是兩個時段。第一個是2020年夏天，屆時幾乎所有的火星任務都要在這一限定時間內發射；第二個是2021年初，火星任務將全部抵達火星軌道或登陸火星。

雖然DSN在規劃和應對意外事件方面擁有豐富經驗，且已做好應急準備，但里奇頓說：「2020年面臨的火星及非火星任務量龐大，需要更新現有機制才能更好地提供支持，所以，我們正在研究新的應急處理程序，以便適應新情況。」

從哪裡尋找中繼服務

科羅拉多大學科學院大氣與空間物理實驗室主任研究員布魯斯·亞克斯基認為，這麼多火星任務將引發諸多問題，包括如何處理從各類航天器傳回地球的數據，以及如何同時處理多家軌道運營商的雙向通信。

雖然「奧德賽」仍可能作為通信中繼繼續工作，但自本世紀以來，這個在火星軌道上的航天器已開始逐漸老化。

「MAVEN有一個固定天線，但並不具備同時提供中繼服務和實施自身科學研究的能力。」亞克斯基說，「因此，我們希望尋找更多提供中繼服務的航天器。」

洛克希德·馬丁公司也參與了支持運營「奧德賽」和MAVEN，還擁有處理進入火星大氣層、下降並著陸的經驗，比如2008年5月觸及火星表面的「鳳凰」號。該公司目前正在努力學習如何更好地為其他任務提供支持。

此外，於2016年10月進入火星軌道的歐空局ExoMars氣體追蹤軌道器上，載有兩個NASA提供的中繼設備，該硬體在洛克希德·馬丁公司進行了測試，確保了火星和地球之間數據傳輸的中繼兼容性。

處理數據能力有待提升

對於即將到來的2020火星通信業務，愛德華茲說，絕對需要跨國公司整合下載和上傳數據的能力。「關鍵是NASA的DSN與歐空局及更廣泛的國際社會共同努力，建立可以互操作的空間通信協議。」

目前，DSN還推出了新技術，能同時跟蹤四個航天器，讓更多的任務得到現有設備的支持。

里奇頓說：「我們還在與非NASA火星任務協調發射或到達時間，盡量避免在短時間內發生太多航天事件。」

上一個如此高密度任務期是2003年和2004年，雖然順利完成了諸多任務，但是，「即將到來的2020年—2021年窗口期絕對不容小覷，需要嚴陣以待。」愛德華茲強調。