深空网的发展

美国DSN建于1 9 5 8年。在过去的五年中，DSN发生了巨大的变化，不仅规模扩大，技术和性能也有了很大的提高。遥测接收能力从最初的8比特/秒提高到了几十甚至上百兆比特/秒。它的首要任务是从探测器接收尽可能多的数据，因此需要随时采用最先进的技术，不断提高通信链路的性能。其中，提高频率、增强航天器发射装置的功率和采用更大直径的天线是最直接的方法，此外，还包括采用低噪声接收机、提高天线效率、改进编码技术和改进调制与探测系统。目前，DSN还使用天线阵列技术来提高接收远程探测器信号的能力。

DSN由位于美国加利福尼亚州戈尔德斯镇、澳大利亚堪培拉和西班牙马德里的三个地面终端设施组成，经度距离约为120度，可在深空探测器的跟踪测量中提供连续观测和适当的重叠弧段。每个地面终端设施包含至少四个DSS，每个DSS配备一个高灵敏度接收系统、一个大功率发射机、一个信号处理中心和一个通信网络系统。具体包括:直径3m的高效天线；直径3m的波束波导天线(戈尔德有三个)；由四个天线组成的天线阵列，直径为1m；直径为7米的天线。天线阵列技术可以接收更多深空探测器的数据，7m直径天线和3m直径天线阵列可以将数据接收能力提高2%以上。

DSN的70m天线子网包括三个直径为70m的天线，分别位于加州Gordes的DSS-14、澳大利亚堪培拉附近的DSS-43和西班牙马德里附近的DSS-63。所有天线都具有L、S和X波段的接收能力以及S和X波段的发射能力。DSS-14还有一个金石太阳系雷达(GSSR)，它不仅可以工作在正常的接收频段，还可以作为射电天文观测Ka频段(22GHz)的接收馈源。

DSN的34 m天线子网包括三个直径为34m的高效天线，分别位于美国加州Gordes Town的DSS-6 5438+05、澳大利亚堪培拉附近的DSS-45和西班牙马德里附近的DSS-6 5。除了跟踪和测量探测器，34m天线子网还可用于甚长基线干涉测量(VLBI和射电源观测)。)

在20世纪90年代中期，美国为DSN建造了新的34m直径波束波导天线。该天线采用一系列微波反射表面将能量从发射器表面引导到主结构下的受控焦点。天线的原理没有新的发展，但是通过使用成型的一次反射器和二次反射器增加了口径效率，但是通过采用新的结构和材料使G/T值更加优化。而且调整反射镜的精度可以使其工作在Ka波段。这种天线的电子设备放置在地下室，高频前端设备可以放置在地面上，底座中的旋转椭圆反射器可以将微波能量瞄准几个前端设备中的一个，这样DSN就可以很容易地扩展到更高的频率，而不会增加传统天线中已经不堪重负的卡塞格林聚焦区的能量。

所有的DSS都由各自的深空设施的信号处理中心远程控制。该中心控制天线指向，接收和处理遥测数据，通过电子系统发送指令并生成航天器导航数据。在他们自己的深空设施中进行处理后，所有数据都被传输到JPL进行进一步处理，然后通过现代地面通信网络发送到各个科学研究小组。

在目前的DSN架构下，使用大直径天线已经不能有效满足美国国家航空航天局未来的任务需求(灵敏度和导航)，其维护和运营成本过于昂贵。因此，可以使用由高可靠性和高性价比的小直径天线组成的可变规模的天线阵列来满足日益增长的需求。天线阵列可以同时服务于几个任务，提供满足每个任务要求的天线直径。此外，与大型天线相比，这些小型天线具有重要的商业支持和较长的生命周期。12m天线阵的设计包含至少400个天线，相当于在X波段提供一个等效直径为240m的大天线或者将直径为7m的天线容量提高120倍。子天线阵列可以为几个探测器提供理想的直径。空间不同地方的多个航天器或者空间的1个探测器都可以利用天线阵的高灵敏度。DSS采用由四个天线组成的单接收(无上行链路)阵列，直径为12m，以支持计划于2008年6月发射的机器人月球探测计划(RLEP)的第一个任务——“月球勘测轨道飞行器”(LRO)。在“谁使用、谁投资”的思路指导下，不断放大天线阵列以满足需求，预计2020年将形成40个天线。