NASA航天跟蹤與數據網發展史：無形網路的寶貴財富:內容簡介,前言,目錄,

《NASA航天跟蹤與數據網發展史：無形網路的寶貴財富》是2015年清華大學出版社出版的圖書，作者是[美]焦子愚。

基本介紹

中文名：NASA航天跟蹤與數據網發展史：無形網路的寶貴財富
作者：[美]焦子愚
譯者：李瑭、萬鵬、朱智勇、王瑞軍、黃磊
出版社：清華大學出版社
出版時間：2015年5月19日
定價：65 元
ISBN：9787302369851

內容簡介,前言,目錄,

內容簡介

測控通信網是航天任務不可或缺的重要組成部分，是天地聯繫的唯一紐帶，由路基、海基、空基和天基等多種資源構成。本書系統全面地闡述了美國航天測控通信網的發展歷程。以時間為主線，從如何支持最初的“先驅者”和“探索者”系列衛星任務到成功完成“阿波羅”載人登月任務，再到服務國際空間站和太空梭任務，詳細講述了發展過程中鮮為人知的曲折歷程，深刻揭示了如何從初期單一的路基支持手段發展到目前基於天地基對海量任務的融合服務。

本書是航天領域的一筆寶貴財富，對世界各國建設運行航天測控通信網具有重要的借鑑意義。值得一提的是，本書不是從技術角度而是從歷史角度講述故事，僅是在需要的時候給予相應的解釋。作者希望通過這樣的方式，使本書不僅能吸引專家，同時也能吸引那些對NASA如何跟蹤月球上的月球車這類問題感興趣的廣泛的空間愛好者。講述美國航天測控通信網STDN在地球衛星、載人航天、阿波羅登月、國際空間站和太空梭等任務中的發展歷程。

前言

大部分關於NASA跟蹤與數據網題材的文獻都是有關噴氣推進實驗室（JPL）的深空網（DSN）的。這應該可以理解，因為DSN在美國很多最引人注目的探索任務中扮演並將繼續扮演重要角色，包括早期的“先鋒”號探測器、20世紀六七十年代的“水手”號、“海盜”和“旅行者”號，以及最近的“伽利略”和“卡西尼—惠更斯”號，還有新一代的“火星探測者”。“火星探測者”將為人類最終航行到這顆紅色星球做好準備。

本書的目的是介紹NASA的“另一個”網，一個由戈達德航天中心（GSFC）建立和運行的網——空間跟蹤與數據網（STDN），及其多年來的各種化身。它是跟蹤第一顆人造衛星的網，它還跟蹤了“阿波羅”太空人的登月和返航。如今，一個在太空中的天基網與一個已大大簡化的地面網一起，支持著美國及其國際合作夥伴的近地空間通信和空間飛行活動。STDN的歷史並不完全是NASA歷史的縮影，它橫跨50年，分享過諸多成功，也經歷過災難，在21世紀探索太空的進程中起到了關鍵作用。

當追溯其歷史根源的時候，作者收集了與NASA STDN有關的學術著作。這些年來一直有人在努力記載NASA的人類太空飛行及近地通信網。

20世紀60年代末，GSFC逐漸意識到記錄歷史的必要性並開始記載。從那時開始，關於這一題材的大部分文獻都由該中心獨立完成。

William R Corliss在1969年創作了影響深遠的著作《戈達德網的歷史》。Corliss在5年後將“阿波羅”計畫也添加了進來。該著作最初的內容僅是基於二次文獻研究的概括性描述，即源於消化GSFC以情報快訊小冊子和新聞發布公共事務等形式公布的信息。

NASA的歷史學家Alfred Rosenthal在1983年起草了一部未出版的著作《不可或缺的連線: NASA空間跟蹤、通信和數據獲取的頭25年（1958—1983年）》。該書記錄了從開始到早期太空梭計畫的歷程，其關鍵部分來源於他採訪的20位他認為的此方面資深專家。雖然這些是非正式的口頭歷史，但卻是對那些年為STDN做出巨大貢獻的人們的專題闡述。這些採訪是在1982—1983年間進行的，但一直沒發布。他們中的許多人現在都已經去世了。作者詳細描述了這些採訪，本書引用了其許多內容。該書的草稿已移交給NASA歷史部門。這是本書重要的參考文獻。

NASA航天跟蹤與數據網發展史: 無形網路的寶貴財富前言[1][2]1992年，GSFC出版了另一本書《保持跟蹤: GSFC跟蹤和數據獲取網的歷史（1957—1991年）》。這本書由Kathleen M. Mogan和Frank P. Mintz編輯，該書只把他們作為編輯而不是作者，因為書中的大部分內容是參考了Corliss 1974年和Rosenthal 1983年的著作編著而成的，著作的最後一章添加了對20世紀80年代STDN的簡要概述。Mogan和Mintz在書的末尾稱作“個人見解”的一章中摘錄了Rosenthal採訪的近一半內容。另外，他們還對1990年戈達德網的重要人員進行了幾次採訪。最後這些資料被GSFC作為參考報告發布並流傳至今，其複印件也已經分發到NASA其他地方。因此，通過Rosenthal、Mogan和Mintz等人的努力，從1960—1990年塑造NASA STDN的20餘人得到了採訪，獲取了非常珍貴的資源。《不可或缺的連線》和《保持跟蹤》共同作為本書的主要參考文獻，對其進行更新是形成本書的一個推動力。

最重要的歸檔資料無疑是收錄在NASA總部歷史部門的歷史文獻收藏。在那裡，相關的信件和備忘錄可以追溯到1958年，包括局長和負責人之間的信件，像Edmond. Buckley，Gerald M. Truszvnski和Ozro M. Covington，他們作為該項目早期的提議者，解釋了為什麼作出某些決定以及他們是如何做出這些決定的。一直到今天的檔案都可以找到。根據主題和關鍵字，查找關於此網特定主題的檔案，可找到國會陳述、新聞報導、科技報告和照片等，包括NASA這些年發表的以及來自報紙、雜誌和專業期刊等公開出版物的資料。

由NASA提供給作者的科技簡報和期刊資料成為另一個第一手信息來源。這些資料大部分來自於華盛頓的空間通信辦公室，還有一些來自GSFC。作者也會採訪當今和以前的NASA負責人以及為該網工作的其他人，包括政府機構和契約商方面的人，既有美國的，也有其他國家的。他們用個人獨特的觀點解答問題，或者幫助弄清研究中出現的模糊問題，這些個人觀點也包含了在其他地方找不到的故事。《NASA口述歷史》的大部分內容目前可以在網上查到，它提供了更多的觀點，讚揚了也在一定程度上補充了來自其他資料的內容。大部分口述歷史書籍由NASA負責，作為1998年啟動的詹森航天中心（JSC）“口述歷史計畫”的一部分。被採訪的人員有3組: NASA的局長和高層管理人員、飛行控制人員和操作人員，以及太空人。這樣形成廣泛而不同的觀點，並用從其他渠道得到的材料作補充，將歷史彙編到一起。

關於跟蹤網、空間通信、空間探索以及政治歷史等題材的書籍都提供了豐富的背景信息，根據這些背景信息對題材進行組織。雖然這些信息通常缺乏鑽研該網真實歷史的細節，但它們提供了補充歷史的科學和歷史背景，而且實際上使故事能夠以更容易接受的角度被傳播。而其他技術性更強的書籍可提供以外行的措辭來解釋某些科學觀點的材料。

本書還研究了局長向參議院和眾議院小組委員會陳述的抄本和白宮信件。網際網路可以很方便地獲取材料，但是這些材料需要用其他資料驗證。大部分內容可以通過鑑別或者追溯到來源網站進行驗證。來源可疑的資料根本不用，如果用了，將在書的章節附注部分作出詳細的說明。對於查詢一般的歷史信息，比如一個國家的歷史、一個島嶼的氣候，或者一個國家政府機構的演變以及它與美國政治的關係，網際網路是非常有效的手段。

本書中有各種各樣的照片和圖片。當談到跟蹤站和通信網的話題時，自然會一頁頁加入大型天線和建築的圖片，畢竟這些是地面站的最主要組成部分，但是更有趣和精彩的圖片是那些參與的人員和他們工作的環境。因此，本書有意挑選一些以前罕見的照片以及著名的、被廣泛引用的圖片。

NASA STDN的歷史是一個長達50多年的故事，從20世紀40年代末一直到21世紀初。在這裡我們不是從技術角度而是從歷史角度講述故事，僅在需要的時候給予相應的解釋。作者希望通過這樣的方式，使文章不僅能吸引專家，同時也能吸引外行聽眾或者是廣泛的空間愛好者，例如可能一直對NASA如何跟蹤月球上的月球車感興趣的人們。

因為STDN一開始就與作為民用航天局的NASA的組建不可分割地聯繫在一起，NASA是如何產生的將在第1章進行簡要的概述，其中的細微差別將會影響到若干年後對跟蹤網的操作與運行。為了更加全面地看待NASA的成立，作者向大家推薦《NASA的起源與太空時代的黎明》一書，該書由David S. F. Portree在1998年完稿，屬於航天歷史方面的第10號專著。

同樣，STDN的歷史也與太空梭有關。在完成“阿波羅”登月任務後，STDN網開始把注意力轉移到可重複使用的太空梭。很多作品都記載著航天運輸系統（STS）的歷史，例如1992年NASA歷史部門出版的一部專著，概述了大量這方面的文獻。讀者可以從這本書了解更多的相關信息。（《太空梭: 一份附說明的資料目錄》，關於航天歷史的第1號專著，由Roger D. Launius和Aaron K. Gillette於1992年完成。）

最後，本書並沒有專門介紹深空網（DSN），而是僅僅涉及它與STDN重疊或者對STDN產生影響的部分。介紹DSN的書籍有: 《深空網的歷史》，由William R. Corliss於1976年完成；以及2001年NASA出版的編號為SP20014227的《上下行鏈路: 深空網的歷史（1957—1997年）》，該書由Douglas J.Mudgway撰寫。第二本書從技術角度對DSN進行了綜合描述。緊隨這本書後，Mudgway於2005年出版了《大天線》一書，一部更偏向於歷史角度而不是技術性的著作。完全將這兩個網區分開是很難的，下面首先對DSN的歷史進行綜述，可能對讀者研讀接下來章節中STDN的歷史有益。下面所描述的大部分內容可以在噴氣推進實驗室（JPL）出版的《戈爾德斯敦深空通信設施》一書中找到，該書於1989年出版，編號為JPL 400326。

NASA在40多年時間裡利用自動空間探測器和遙控飛行器對行星和行星際空間進行科學研究。雖然這些複雜、高度自動化的飛行器設計得能夠在遙遠的太空獨立工作，但它們都需要依靠地球上的DSN進行制導和控制，接收它們獲取的大量科學信息，並傳回到地球。

如今，NASA的DSN是世界上規模最大和靈敏度最高的通信和無線電導航網。它的主要職責是支持無人行星任務和太陽系以及宇宙的射電天文研究。NASA通過設在加利福尼亞州帕薩迪納加州理工學院的JPL對DSN進行管理、指導和操作。它承擔的主要任務包括: ①接收空間探測器的遙感信號； ②傳送控制太空飛行器的指令； ③產生導航數據，對太空飛行器進行定位並將其引導到目的地； ④完成射電科學、射電天文研究； ⑤完成高靈敏度的地球動力學測量； ⑥參與尋找地外智慧生命。

DSN的歷史可以追溯到1958年，那時候JPL部署了3個地面通信站為美國第一顆成功發射的衛星“探索者”1號提供服務，包括接收遙測信號，測定運行軌道。在此之前，月球和行星飛行器跟蹤的工程研究已經在JPL中進行了一段時間，有了一定進展。在“探索者”1號之後，JPL建設了地面通信和導航網為“先鋒”3號和4號任務服務，它們是美國首個發射到地球軌道之外的太空飛行器。在1958年12月3日，NASA成立後不久，JPL就從美國陸軍移交給了新的航天局。從那時起，伴隨美國的航天計畫，JPL發展成一個分布在3個大洲的全球網，該網由3個深空通信站組成，共包含12套深空測控設備。這3個通信站分別位於加利福尼亞州南部莫哈韋沙漠的戈爾德斯敦、西班牙馬德里附近的羅夫來多和澳大利亞坎培拉郊區的提賓比拉，通過這3個通信站，DSN能夠與航行在太陽系中任何地點的太空飛行器保持不間斷聯繫。

該網由下列幾大部分組成。網操控中心（NOCC），用於控制和監控這3個站點，也是DSN的操作中心，位於帕薩迪納。它的作用包括: 監控這3個深空站的操作，為空間飛行計畫的用戶確保網的服務性能，為配置和控制該網提供信息，計畫並參加網路測試和任務模擬。

地面通信設施提供必要的通信線路，用於將各站與位於JPL的控制中心，以及位於美國和海外的控制空間探測器的遠程飛行控制中心連線起來。這些地點間的通信手段可以有多種，如地面線路、海底電纜、地面微波和通信衛星。這些線路由NASA綜合支持網（NISN）從商業電信公司租用過來，由戈達德和馬歇爾航天飛行中心聯合管理，為所有NASA中心和設施提供所需線路。

DSN最顯著的設施當然是由一組大口徑拋物面天線構成的3個深空站。每個站點都有兩個34m（111ft）天線、一個26m（85ft）天線和一個巨大的70m（230ft）天線。集中式信號處理中心對70m和34m天線進行遠程控制，利用它們形成和傳送太空飛行器命令，接收和處理太空飛行器遙測信號。按照這些天線的尺寸分為不同的子網，每個子網具有不同的通信能力。例如，70m天線子網最靈敏，能夠支持深空任務；而26m天線子網支持近地軌道太空飛行器任務；2個34m的天線子網可同時支持這兩種類型的任務。

26m系統最初是戈達德STND的一部分，它們在1985年被整合到DSN。通過整合地理位置比較靠近的多站的維護、操作和地面支持活動，大大提高了操作效率。從任務角度分析，整合也使得DSN能夠跟蹤大橢圓、高遠地點軌道太空飛行器。

在美國，DSN的職員主要是JPL人員，輔以契約工程師和技術人員，負責戈爾德斯敦站、NOCC和地面通信設施的操控和維護。而海外的兩個深空站完全由當地政府部門（西班牙國家航空航天技術研究所INTA和澳大利亞聯邦科學和工業研究組織GSIRO）根據契約在NASA資助下完成。DSN國際員工超過1000人。

從一開始，DSN就為NASA發射的月球和行星無人飛行器提供跟蹤、遙測和遙控支持（包括為“阿波羅”提供輔助支持）。月球探索始於1958年和1959年的“先鋒”3號和4號，隨後是20世紀60年代的“徘徊者”1～9號的月球成像任務（1961—1965年）；“月球軌道器”1～5號通過拍照對“阿波羅”飛船著陸點進行測量（1966—1967年）；以及“勘測者”1～7號月球登入器（1966—1968年）。對內行星探測任務的支持始於1962年JPL的“水手”號系列任務，飛越了金星、火星和水星等6顆行星；以及1971年第一個繞火星的行星軌道器任務。與“水手”號同期，NASA艾姆斯研究中心還實施了“先鋒”號任務，即1965—1968年間“先鋒”6～9號。隨著1975年大張旗鼓宣傳的“海盜”1號和2號的著陸，火星探測活動達到了頂峰。

JPL的首個外行星探測器是1973年飛越木星的“先鋒”10號。6年後，“先鋒”11號成為第一個飛越土星的探測器。兩個“旅行者”探測器在1977年發射後完成了對外行星的一次重要巡視，於1979年經過木星，而後分別於1980年和1981年經過土星。然後“旅行者”2號繼續遠行，並於1986年接近太陽系第七顆行星——天王星，3年後到達了海王星。兩個“旅行者”均將這些遙遠行星的近距離優質照片傳回了地球。現在“旅行者”已遠遠超出冥王星的軌道，天文學家預測未來幾年它們將冒險飛出我們所熟知的太陽系。

最近，DSN正在支持“卡西尼—惠更斯”任務，探測土星及其最大衛星——土衛六。土衛六是整個太陽系最令人感興趣的星體，是所有行星衛星中次大（木星的衛星木衛三最大）衛星，土衛六實際上比水星和冥王星都要大。而且，土衛六有著比水星、地球、火星和冥王星都濃密的類似行星的大氣層。主要由氮和其他碳氫化合物組成，這些元素是形成生命所需的胺基酸的重要組成部分。這讓一些科學家推斷，土衛六的環境與地球在生命開始向大氣輸送氧氣之前的環境是一樣的。

最終，DSN再次支持新的NASA任務（探測離我們最近的行星），這次是“火星偵察軌道器”以及“勇氣”號和“機遇”號漫遊器，這是人類最終將於2030—2040年探測該行星的序幕。冥王星目前仍是唯一沒有人造飛船光顧的小行星（矮行星）。但該現狀將在2015年被“新地平線”太空飛行器改變，2006年1月9號發射的“新地平線”計畫訪問我們太陽系中最遠的行星。在永久離開太陽系去往星際空間之前，它還會對儘可能多的“柯伊伯帶”天體進行廣泛研究，這是一個神奇的碟狀區域，位於海王星之外，由數以千計的類似小行星的物體組成。

李瑭譯

這本書的出版如果沒有NASA內外的大力支持就不可能實現。我首先要感謝空間通信辦公室對本書的支持，以及他們很好地保存了STDN的成就和歷史。OSC，特別是James Costrell提供了寶貴的指導，才能使我對50年來的歷史進行清晰的闡述。我想沿著這個思路，感謝William Corliss、Alfred Rosenthal、Kathleen Mogan和Frank Mintz原先對記錄這段歷史的貢獻，他們的作品曾對本書的創作有很大的促進。還要真誠感謝被我採訪的人提供的經驗、觀點和感受等第一手材料，他們提供的口頭和書面材料，不僅真實，還很獨特和引人入勝。這些素材在許多方面，幫助確定了故事的基調。我也很欣賞評論小組坦誠的觀點和知識，沒有這些意見，原稿可能不會有改進。我特別感謝David Harris對這段歷史早期的說明，同樣感激Charles Force對後期的解釋，與Charles一起工作的時光是悲喜參半，因為他在欣然寫完序6個月後就不幸去世了。

NASA歷史部的歷史學家、檔案管理員和專業人士幫助本書的完成。Colin Fries幫助從歷史參考文獻中查找和挑選出大量有用的文獻，Jane Odom提供了大量檔案材料，Nadine Andreassen提供行政協助。當然特別感謝Steve Garbe，他從開始到結束一直在指導本書的寫作。戈達德航天中心和NASA總部的圖書館工作人員也幫助推薦參考資料，否則很難找到這些報告和出版物。

在NASA總部的通信支持業務中心，Shelley KilmerGaul設計了本書的布局和封面，Meredith Yuskiw協助設計以及重新加工了書中展示的圖片，Stacie Dapoz擔任審稿和校對，David Dixon負責印刷，Gail CarterKane和Cindy Miller在整個過程中提供了很多幫助。在這裡要感謝所有專業人員。還要感謝John Saxon，自願做我的澳大利亞嚮導，他還提供了“阿波羅”11號任務中霍尼薩克爾站的日誌，對一個曾經用過的地面站在這一划時代任務中的技術操作提供了見證文獻。我還要感謝Mike Dinn夫婦、Glen Nagle以及Candy Bailey（我在CDSCC的老闆），還有Neal Newman，他們為我的CSIRO研究提供了幫助；還有Kathryn Zaraza，他非常熱情地提供後勤保障，那是一段令人愉快的經歷。

NASA航天跟蹤與數據網發展史: 無形網路的寶貴財富致謝[1][2]還要感謝Eleanor Ellis轉錄了數小時的採訪資料。Johnny Tsiao和John Hackney以一般讀者的角度對原稿提出了批評意見，提供了來自航天界以外的誠懇的反饋意見。這本書的目標是以能夠引起廣大讀者共鳴的方式展現歷史，期待他們的讚賞。

最後，要感謝我親愛的家人——Lisa、Jordan、Marissa和Andrew，他們一直給予我堅定不移的鼓勵和支持，謝謝你們。

Sunny TsiaoMonument，Colorado

2007年3月

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