NASA的探測器都會使用高增益天線，“新視野”號也不例外。高增益天線簡單的說就是增強其信號的強度，以便於可以有效的抵達地球而不衰減或消失。地球上接受“新視野”號的“大鍋”是NASA的深空網絡。這是NASA設置的一個用以聯絡太空船的全球網絡設施。
什麼是天線
首先我們需要簡單的瞭解下什麼是天線？在無線電技術中，天線是無線電波在空間中傳播和在金屬導體中移動電流之間的接口，與發射機或接收機一起使用。在發射傳輸中，無線電發射機向天線的終端提供電流，並且天線將電流中的能量以電磁波（無線電波）的形式輻射除去。在接收中，天線截獲無線電波的一些功率，以便在其終端處產生電流，該電流被施加到要被放大的接收機上。天線是所有無線電設備的基本組成部分，用於無線電廣播、廣播電視、雙向無線電、通信接收機、雷達、手機、衛星通信和其他設備（如太空探索等）。
加利福尼亞州戈德斯通的70米天線。圖：WJ百科
NASA的深空網絡
瞭解完天線後，我們再來了解下地面接收的網絡設施。NASA深空網絡(DSN)是美國航天器為了太空通信而建設的一個全球網絡設施，它分別位於美國(加利福尼亞)、西班牙(馬德里)以及澳大利亞(堪培拉)，DSN可以大力的支持NASA的行星際航天器任務的接收。它還為探索太陽系和宇宙進行了無線電和雷達天文觀測，另一方面它還支持選定的地球軌道飛行任務。DSN是美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的一部分。類似的網絡由俄羅斯、中國、印度、日本和歐洲航天局管理運營。
1998年NASA深太空網絡成立40週年紀念圖章，圖：Vectorized by Magasjukur2
新視野號的通訊和數據處理
地球與新視野號航天器的通信是通過X波段來實現的。這艘飛船在木星上的通信速率是38千比特/秒，在冥王星的距離上，每個發射機的通信速率大約是1千比特/秒。除了低數據速率之外，冥王星的距離還導致大約4.5個小時（單向）的延遲數據。70米（230英尺）大小的美國宇航局深空網絡（DSN）“大鍋”是用於在超出木星距離時傳遞命令的。航天器使用雙模塊冗餘發射機和接收機，以及左右圓極化。下行鏈路信號由安裝在“大鍋”下面主體上的雙冗餘12瓦行波管放大器(TWTAs)放大的。接收機被設計為新穎的低功耗。系統被控制為可以同時為兩個TWTA供電，並向DSN發送雙極化下行信號，這樣就可以讓下行速率加倍。在任務早期，這種雙極化組合技術的DSN順利的通過了測試，並且這個功能目前是可以被操作的（當航天器功率預算允許兩個TWTA被供電時）。
除了高增益天線之外，還有兩個備用低增益天線和一箇中增益天線。這個高增益“大鍋”採用了卡塞格林反射器佈局，複合結構，直徑2.1米（7英尺），增益超過42 dBi，半功率波束寬度約為1度。具有0.3米（1英尺）孔徑和10°半功率波束寬度的初級聚焦中增益天線安裝在高增益天線的次級反射器的後面。前向低增益天線堆疊在中增益天線的饋電上。後部低增益天線安裝在航天器後部的發射適配器中。這種天線僅用於地球附近的早期任務階段，剛剛發射後，如果航天器失去了姿態控制，則用於緊急情況。
“新視野”號在每次觀測中都會將科學儀器數據記錄到固態存儲器緩衝區，然後將數據傳送到地球。數據存儲是在兩個低功耗固態記錄器（一個主要，一個備份）上完成的，每個記錄器最多可容納8千兆字節。由於距離冥王星和柯伊伯帶非常遙遠，所以在那些觀測中只能節省一個緩衝負載。這是因為“新視野”號在離開冥王星附近大約16個月後需要將緩衝載荷傳送回地球。在冥王星的距離上，來自空間探測器返回地球的無線電信號需要花費4小時25分鐘才能穿越47億公里的空間到達地球。
數據收集和傳輸之間延遲的部分原因是，所有“新視野”號儀器都是主體安裝的。為了讓相機能夠記錄到數據，整個探測器必須轉動起來，並且高增益天線一度寬的波束不會指向地球。以前的航天器，比如“旅行者”號探測器的程序，有一個可旋轉的儀器平臺（一個“掃描平臺”），它可以從幾乎任何一個角度進行測量，而不會失去與地球的無線電聯繫。“新視野”號採用了機械簡化，以減輕重量，縮短進度，並在其15年的使用壽命期間提高可靠性。
“新視野”號的天線，圖：WJ百科
1.WJ百科-英文版本（New Horizons/Antenna (radio)/ NASA Deep Space Network）
2.天文學名詞
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最後更新：2019年1月1日星期二
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