撰稿人：Lia ／ 責任編輯：Zaphyra
2023年7月10日，美國國家航空暨太空總署（NASA）督察長辦公室（OIG）發布一份關鍵報告，對支撐全球太空探索任務命脈的「深空網路」（Deep Space Network, DSN）的運作狀態提出了嚴正警告。報告指出，這個由全球三處巨型天線陣列構成的通訊系統，正承受著日益增長的任務需求與其老舊基礎設施容量之間的巨大壓力，其通訊需求在高峰時段已超出可用容量達40%。報告預測，隨著「阿提米絲」（Artemis）重返月球計畫及眾多科學任務的推進，此一供需失衡的狀況將在2030年代惡化至50%，可能導致重要的科學數據延遲接收乃至永久丟失。
DSN 是人類與太陽系內外數十個探測器進行通訊的唯一橋樑，從距離地球數百億公里的「航海家號」（Voyager）傳回的微弱信號，到詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（JWST）發回的壯麗宇宙圖像，皆依賴此網路進行接收、解碼與分發。然而，督察長報告詳細闡述了該系統面臨的雙重困境：一方面，許多如「航海家號」般的探測器遠超其設計壽命持續運作，導致網路中需要服務的「客戶」數量不斷累積；另一方面，DSN 的核心基礎設施部分建於1960年代，設備老化、維護成本高昂，且供應鏈問題與通膨加劇了其現代化升級的難度。一項原定於2010年啟動、旨在新建六座天線的擴充計畫，已落後時程近五年。
報告以2022年的「阿提米絲一號」無人繞月任務為例，具體說明了容量瓶頸的實際影響。由於載人（或未來載人）任務在通訊上擁有絕對的優先權，NASA 在該任務期間，不得不犧牲其他科學任務的通訊時間。統計顯示，在「阿提米絲一號」飛行期間，包括韋伯望遠鏡在內的其他所有任務，總共損失了超過1500小時的數據下行時段。雖然此次損失的時間最終得以彌補，但報告警告，隨著「阿提米絲計畫」進入更複雜的載人登陸與「門戶」（Gateway）太空站建設階段，類似的資源排擠將更為頻繁與嚴重，最終可能導致無法挽回的科學損失。為應對此危機，NASA 正探索建立專用的月球通訊網路、測試雷射光學通訊技術以及加強國際合作等方案，但這些措施多屬長期規劃，短期內的系統壓力依然嚴峻。
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Lia. Independent Media 台北報導
在地球上三個偏遠的角落－加州的莫哈韋沙漠、西班牙的馬德里近郊與澳洲的坎培拉周邊－巨大的拋物面天線日夜不休地轉動，以極高的靈敏度，靜靜地聆聽著來自宇宙深處的微弱回音。這裡是NASA的深空網路（DSN），是人類探索太陽系的耳朵與嘴巴。然而，這個見證了從「阿波羅計畫」到韋伯望遠"鏡"輝煌成就的關鍵系統，正陷入一場無聲的危機。一份來自NASA內部監督機構的報告，揭示了這個關鍵基礎設施正因設備老化與需求劇增而不堪重負，一個可能阻礙未來數十年太空探索進程的數據瓶頸，已然形成。
無聲的危機：督察長報告的警示
2023年7月10日發布的督察長報告，以詳盡的數據與分析，為DSN的健康狀況提供了一次全面的體檢，而結果令人擔憂。報告的核心結論是，DSN的通訊容量已無法滿足日益增長的任務需求。在某些時段，任務對網路資源的申請量，比網路實際能提供的多出40%。這意味著，DSN的排程人員每天都必須做出艱難的抉擇：在眾多價值數十億美元的科學任務中，優先服務哪一個，又犧牲哪一個。
報告中最具體的例證，來自於2022年底的「阿提米絲一號」任務。作為半個世紀以來美國首次重返月球的序曲，這次無人飛行任務在通訊保障上享有最高優先級。NASA必須像對待載人任務一樣，確保與「獵戶座」（Orion）太空船的通訊鏈路暢通無阻。其結果是，DSN被迫削減了其他所有深空任務的通訊時間。報告統計，在「阿提米絲一號」的25天任務期間，其他探測器總共損失了超過1500小時的原計畫數據傳輸時間。其中，旗艦級的韋伯太空望遠鏡就損失了約185小時。
雖然NASA表示，這些損失的時間最終透過後續的排程調整得以補回，但這起事件暴露了一個更深層的問題。隨著「阿提米絲計畫」在未來幾年進入載人飛行、建立月球「門戶」太空站、以及支持商業月球著陸器等高密度活動階段，對DSN的佔用將會是常態性而非暫時性的。報告警告，未來的數據延遲，很可能演變為永久性的數據丟失。這意味著，探測器可能錯失觀測一次短暫天文現象（如木衛二的羽流噴發）的唯一機會，或者因儲存空間滿載而被迫覆蓋掉舊的數據，這些都將是科學上無法彌補的損失。
瓶頸的根源：成功的代價與被忽視的基礎設施
DSN今日的困境，部分源於一個看似矛盾的原因：NASA的巨大成功。自1977年發射的「航海家號」探測器，在歷經46年飛行後，依然在星際空間中傳回數據。許多被設計為服役數年的探測器，往往能持續工作數十年。這種卓越的工程能力，使得在太空中運作的探測器數量只增不減，DSN的「客戶群」不斷擴大，最終使其成為自身成功的受害者。
然而，更根本的原因在於對地面基礎設施的長期投資不足。DSN的部分天線與設備，其歷史可以追溯到1960年代的「阿波羅」時代。這些老舊的硬體不僅維護日益困難且昂貴，還面臨著備件停產、供應鏈中斷與通膨等現實挑戰。報告指出，天線的機械故障（如轉軸斷裂）和整個站點的臨時停擺事件時有發生，這在網路容量本已捉襟見肘的情況下，無疑是雪上加霜。
在政策與預算層面，地面基礎設施往往不如一枚新火箭或一架太空望遠鏡那樣引人注目，容易在經費分配中被排在較低順位。督察長報告明確指出，一項早在2010年就已規劃、旨在為DSN新增六座34米天線的現代化計畫，目前已嚴重延宕，落後原訂時程近五年。這種對關鍵「幕後」系統投資的滯後，直接導致了今日捉襟見肘的局面。當NASA雄心勃勃地規劃新一代的太空探索藍圖時，其賴以實現這些藍圖的地面基礎，卻未能得到同步的強化。
「阿提米絲」的壓力：載人任務的特殊需求
即將全面展開的「阿提米絲計畫」，是壓在DSN身上的最重一塊砝碼。與大多數可以容忍數據延遲、甚至短暫中斷通訊的機器人任務不同，載人太空飛行對通訊的要求是即時、持續且絕對可靠的。NASA不能承受與載有太空人的飛船失去聯繫的風險，哪怕只有幾分鐘。
未來的「阿提米絲」任務架構極其複雜，將同時包含在月球軌道運行的「獵戶座」飛船、作為中繼站的「門戶」太空站、往返月球表面的商業著陸器，以及在月面活動的太空人與探測車。所有這些單元都需要與地球進行高頻寬的數據與影像傳輸。這將在月球周邊空間形成前所未有的通訊「壅塞」，而這些需求都將匯集到DSN本已不堪重負的網路上。特別是當月球、木星（「歐羅巴快船」任務）與韋伯望遠鏡等高數據需求用戶，恰好運行至同一片天空，需要由同一個DSN站點的天線提供服務時，資源衝突將達到頂點。
多管齊下的解決方案與未來的挑戰
面對這場迫在眉睫的危機，NASA並非坐以待斃，而是正在探索一系列長短期結合的解決方案。
一個重要的長期策略，是為月球任務建立一個名為「LunaNet」的專用通訊網路。其構想是透過一系列較小的地面天線與月球軌道上的中繼衛星，將所有月球相關的通訊流量從DSN中剝離出來。這在架構上是根本性的解決之道，但計畫中的第一座地面天線預計要到2026年才能建成，這意味著在「阿提米絲二號」和「三號」這兩次關鍵的載人任務期間，DSN仍需獨自承擔重任。
另一項前瞻性的技術是光學（雷射）通訊。目前正在飛往同名小行星的「賽姬號」（Psyche）探測器上，就搭載了一套雷射通訊的技術展示儀。光學通訊的數據傳輸速率，理論上可以比傳統的無線電頻率高出10到100倍，有潛力徹底解決數據頻寬的限制。然而，這項技術仍處於早期試驗階段，要將其廣泛應用於所有太空任務，並為DSN的三個站點都配備相應的地面接收站，將是一個長達數年甚至數十年的過程。
在短期內，最務實的緩解措施是加強國際合作。NASA已經在「阿提米絲一號」任務中，借助了歐洲太空總署（ESA）等國際夥伴的天線網路來分擔部分數據中繼工作。這種合作模式在未來將會深化，但它也受到夥伴機構自身任務排程與國際協定的限制，只能作為補充，無法從根本上解決問題。
儘管有這些努力，NASA的官員們依然對未來感到擔憂，特別是在預算不確定的情況下。DSN的困境是一個明確的提醒：宏偉的太空探索目標，必須建立在堅實可靠的基礎設施之上。 taxpayer 對太空探索的投資，最終能否轉化為寶貴的科學知識，很大程度上取決於這些位於地球之上、默默守望深空的巨型天線能否繼續正常地工作。
資料來源
NASA Office of Inspector General: NASA’s Deep Space Network
https://oig.nasa.gov/docs/IG-23-014.pdf
Ars Technica: NASA’s Deep Space Network is overloaded, which may delay science data
https://arstechnica.com/space/2023/07/nasas-deep-space-network-is-overloaded-which-may-delay-science-data/
SpaceNews: NASA inspector general warns of oversubscribed Deep Space Network
https://spacenews.com/nasa-inspector-general-warns-of-oversubscribed-deep-space-network/
The Planetary Society: NASA’s Deep Space Network is Overburdened, Endangering Future Missions
https://www.planetary.org/articles/nasas-deep-space-network-is-overburdened
IEEE Spectrum: NASA’s Aging Deep Space Network Is Straining Under Demand
https://spectrum.ieee.org/deep-space-network
Gizmodo: NASA’s Deep Space Network Is Overwhelmed, Audit Finds
https://gizmodo.com/nasa-deep-space-network-overwhelmed-audit-1850630773
Universe Today: NASA's Deep Space Network is Overloaded and Can't Keep up
https://www.universetoday.com/162232/nasas-deep-space-network-is-overloaded-and-cant-keep-up/