第1章深空通信： 簡介
1.1引言和概述
1.2通信鏈路分析
1.2.1接收功率
1.2.2噪聲譜密度
1.2.3載波性能餘量
1.2.4遙測和遙控性能餘量
1.2.5測距性能餘量
1.3通信繫統設計控制
1.3.1設計控制表
1.3.2設計過程和性能準則選擇
參考文獻

第2章深空網： 功能性描述
2.1上行和下行載波操作
2.1.134m BWG地面站
2.1.270m（DSS-14和DSS-43）地面站
2.2無線電測量數據（多普勒和測距）
2.3雙差分單向測距
2.4遙控處理和發送
2.5遙測解調和解碼
2.6DSN性能
2.6.1天線增益
2.6.2發射功率
2.6.3繫統噪聲溫度
2.6.4門限和極限值
參考文獻

第3章“旅行者號”通信
3.1“旅行者號”星際任務描述
3.2通信功能性能概述
3.2.1上行鏈路
3.2.2下行鏈路
3.3探測器通信繫統設計
3.3.1探測器通信繫統概述
3.3.2調制解調子繫統
3.3.3射頻子繫統
3.3.4S/X頻段天線子繫統
3.3.5通信繫統輸入功率和質量
3.4地面通信繫統概述
3.4.1上行和下行鏈路載波操作
3.4.2遙控處理
3.4.3遙測處理
3.5通信繫統性能示例
3.5.1設計控制表
3.5.2長期計劃預測
3.6新型航天器和地面通信新技術
3.6.1航天器和通信鏈路設計方面與以往任務的比較
3.6.2探測器為了與天王星和海王星交會而做的改進
3.6.3地面繫統性能改進
3.6.4地面顯示和可操作性的改進
3.7“旅行者號”星際任務運行情況
3.7.1跟蹤覆蓋
3.7.2RFS策略
3.7.3探測器故障保護
參考文獻
附加資料

第4章“伽利略”通信
4.1任務及航天器概述
4.1.1任務
4.1.2航天器
4.2“伽利略”航天器通信繫統
4.2.1“伽利略”通信功能與模式
4.2.2射頻子繫統
4.2.3調制解調子繫統（MDS）
4.2.4S/X頻段天線子繫統（SXA）
4.2.5X頻段到S頻段下變頻器
4.2.6飛行期間的通信繫統硬件性能
4.2.7軌道器輸入功率和質量概述
4.3“伽利略”S頻段任務
4.3.1概述
4.3.2“伽利略”S頻段任務的地面繫統改進
4.3.3數據壓縮
4.3.4“伽利略”編碼與反饋級聯譯碼
4.4通信鏈路性能
4.4.1設計控制表
4.4.2長期計劃預測
4.5通信操作方案
4.5.1規劃的與實際的DSN覆蓋
4.5.2發射段
4.5.3巡航段
4.5.4HGA展開嘗試
4.5.5探測器分離、木星巡航和木星軌道進入
4.5.6在軌運行階段
4.5.7太陽會合
4.5.8“伽利略”木衛二任務與“伽利略”千禧年任務
4.6探測器到軌道器的中繼鏈路設計
4.6.1概述
4.6.2中繼鏈路的需求與設計
4.6.3已實現的中繼鏈路性能概要
4.7經驗教訓
參考文獻

第5章“深空1號”
5.1任務與探測器描述
5.1.1技術驗證
5.1.2任務概述
5.1.3通信子繫統概述
5.2通信繫統需求
5.3通信繫統描述
5.4“深空1號”通信技術
5.4.1小型化深空應答機（SDST）
5.4.2Ka頻段固態功率放大器（KaPA）
5.4.3信標監視操作試驗（BMOX）
5.4.4通信繫統質量與輸入功率
5.5地面測控繫統描述
5.5.1上/下行鏈路載波
5.5.2無線電測量數據（多普勒數據與測距數據）
5.5.3遙控處理與發射
5.5.4遙測解調、解碼、同步與顯示
5.6通信鏈路性能
5.7操作方案
5.7.1發射段
5.7.2安全模式
5.7.3停泊過境（高增益天線指向地球，高速率）
5.7.4周中過境（以推進姿態操作IPS）
5.7.5高增益天線的活動（2000年1—6月，2001年3月）
5.7.6衝日
5.7.7Ka頻段下行鏈路
5.8經驗教訓
5.8.1通信相關的經驗教訓
5.8.2項目層面的經驗教訓
參考文獻
附加資料

第6章火星勘察軌道器
6.1任務概述
6.2任務階段和軌道概要
6.2.1任務目的
6.2.2MRO航天器
6.2.3任務階段
6.2.4MRO的軌道及對表面航天器的中繼覆蓋
6.2.5支持著陸探測器EDL的MRO軌道相位調整
6.3通信子繫統概況
6.3.1X頻段： 巡航及軌道操作
6.3.2UHF： 鄰近中繼通信
6.3.3Ka頻段： 操作驗證
6.4地面數據繫統
6.4.1深空網
6.4.2Ka頻段驗證需求
6.4.3通過Electra中繼數據的地面數據流
6.5X頻段通信操作
6.5.1巡航段標校
6.5.2MOI期間的通信配置
6.5.3氣動減速期間的通信配置
6.5.4下行鏈路遙測調制及編碼
6.5.5協調MRO與MER的X頻段操作
6.6Ka頻段巡航段驗證
6.6.1Ka頻段操作概況
6.6.2巡航段Ka頻段鏈路預測及性能
6.6.3Ka頻段通信驗證規劃
6.6.4航天器X頻段和Ka頻段約束及操作要點
6.6.5ΔDOR的X頻段和Ka頻段操作及性能
6.6.6規劃的太陽會合試驗
6.7經驗教訓
6.7.1X頻段
6.7.2Ka頻段
6.7.3UHF
參考文獻

第7章火星探測巡視器通信
7.1任務與航天器概述
7.1.1任務目標
7.1.2任務描述
7.1.3航天器
7.2通信子繫統概述
7.2.1X頻段： 巡航、EDL、火星表面
7.2.2UHF： EDL、表面操作
7.2.3直接對地下行鏈路性能
7.2.4UHF中繼性能
7.3通信子繫統硬件和軟件
7.3.1X頻段飛行子繫統概述
7.3.2UHF
7.3.3MER通信子繫統硬件質量和功率總結
7.4地面繫統
7.4.1深空網
7.4.2進入、下降和著陸通信
7.4.3中繼數據流
7.5通信子繫統和鏈路性能
7.5.1X頻段： 巡航、EDL和表面操作
7.5.2UHF： EDL和主任務表面操作
7.6經驗教訓
7.6.1可作為未來樣板的內容
7.6.2改進之處
7.7後續擴展任務
7.7.1“勇氣號”
7.7.2“機遇號”
參考文獻

第8章火星科學實驗室
8.1火星科學實驗室任務和航天器綜述
8.1.1任務概述
8.1.2發射/到達時機選擇
8.1.3發射和初始捕獲段
8.1.4巡航段
8.1.5接近段
8.1.6EDL段
8.1.7飛行繫統描述
8.2通信子繫統概述
8.2.1發射、巡航和進入EDL期間的通信
8.2.2火星表面工作
8.2.3X頻段飛行子繫統描述
8.2.4UHF飛行子繫統描述
8.2.5末端下降傳感器（著陸雷達）概述
8.2.6MSL通信硬件質量和功率
8.3地面繫統EDL操作： EDL數據分析（EDA）
8.4通信子繫統鏈路性能
8.4.1X頻段
8.4.2UHF
8.5火星表面操作（規劃）
8.5.1任務操作繫統方法
8.5.2火星表面工作初始段的地面操作
8.5.3初90個火星日後的戰術操作
8.5.4UHF通信約束
8.6火星表面操作（飛行特性）
8.6.1減小電磁干擾的影響
8.6.2MRO和“奧德賽”鏈路獲得的數據量
8.6.3中繼鏈路模式
參考文獻
縮略語
合作網站
索引

本書介紹了由深空網（DSN）和噴氣推進實驗室（JPL）負責的行星際探測通信繫統設計。本書對六個具有代表性的行星際任務的設計和性能進行了描述，闡述了這些任務的繫統設計和通信鏈路性能。這六個案例按照時間順序，展現了從20世紀70年代至當前任務中，DSN、星載軟硬件技術、能力和性能的進步。
第1章概要描述了過去五十年的深空通信能力，介紹了鏈路設計過程和DSN的當前能力。第2章概要描述了DSN。
第3章到第8章描述了從20世紀70年代的“旅行者號”到21世紀初的火星科學實驗室任務，這六個任務是所有直接利用深空網測控通信的代表。其中的兩個任務還可以通過火星軌道器中繼實現火星表面探測器與地球之間的通信。
“旅行者號”任務原計劃為木星和土星的飛越任務，其X頻段通信繫統是為了獲取這些行星探測的科學數據量身定做的。隨著深空網的發展，兩個“旅行者號”航天器在完成原有任務的基礎上，還能從飛越海王星和天王星甚至更遠距離的拓展任務中傳回數據。
“伽利略號”任務原計劃是在其環繞的木星軌道上，利用X頻段高增益天線向地面發送其獲取的大部分科學數據。在飛往木星的巡航段早期，X頻段高增益天線發生故障無法完全展開，故而JPL將主要精力放在了改變航天器軟件和地面站遙測繫統上，使其能夠通過S頻段低增益天線獲取足夠的科學數據。
“深空1號”任務的目的是作為在軌飛行平臺對新技術進行驗證，同時附帶開展了一些科學探測。該航天器攜帶了首套小型深空應答機（SDST），自從在“深空1號”上使用以來，SDST已成為許多任務中航天器與DSN通信的主要手段。它還攜帶了一套Ka頻段固態放大器，利用其對Ka頻段深空通信性能進行了測試。值得關注的是，在航天器姿態控制繫統出現故障後，通過航天器和地面站的聯合控制，在數據接收期間成功實現了航天器天線的指向控制，完成了數據接收。
火星勘察軌道器除了其自身的科學探測任務之外，也作為火星表面著陸器和巡視器的通信中繼終端。為了實現直接對地通信，火星勘察軌道器除了使用SDST外，還配備了100W的X頻段行波管放大器和一個大口徑固定式高增益天線。對於火星表面的UHF中繼通信，它使用了無線電導航繫統（Electra）收發信機和Proximity-1通信協議。
兩個火星探測巡視器——“勇氣號”和“機遇號”，為了完成火星表面操作任務，都配備了SDST和兩套互為備份的X頻段固態放大器用於直接對地通信，UHF收發信機用於與火星軌道器間的中繼通信。原計劃它們在火星表面著陸後的探測周期為90天，但兩個巡視器都超期服役，其中“機遇號”目前仍在探測中。
火星科學實驗室展現了首次用於“深空1號”、火星勘察軌道器和火星探測巡視器上通信繫統的成熟度。2012年8月，火星科學實驗室在火星著陸後，一直通過與火星探測巡視器類似的X頻段設備實現對地通信，並通過與火星勘察軌道器相同版本的Electra收發信機實現中繼通信。

吉姆·泰勒（Jim Taylor）
帕薩迪納，加利福尼亞
2016年1月