在浩瀚無垠的宇宙深處，航天器發(fā)出的微弱無線電波如同黑暗中的低語。當(dāng)美國國家航空航天局（NASA）旗下的“深空網(wǎng)絡(luò)”巨型天線陣列在加利福尼亞、西班牙和澳大利亞緩緩轉(zhuǎn)動時(shí)，美國和加拿大幾戶民居的屋頂上，一些小型拋物面天線也在默默凝視著星空，一同追蹤飛船的軌跡。

在這個(gè)由巨額預(yù)算和頂尖科學(xué)家主導(dǎo)的深空探索時(shí)代，一群憑借精巧設(shè)備和海量數(shù)學(xué)運(yùn)算的民間業(yè)余無線電愛好者，正以令人驚嘆的專業(yè)水準(zhǔn)，與全球頂尖科研機(jī)構(gòu)并肩作戰(zhàn)。他們有人曾找回失聯(lián)多年的“僵尸衛(wèi)星”，如今受官方正式委托，加入了“阿耳忒彌斯 2 號”（Artemis II）的全球追蹤網(wǎng)絡(luò)。

打破傳統(tǒng)邊界，NASA想構(gòu)建分布式的全球深空追蹤網(wǎng)

當(dāng)?shù)貢r(shí)間 4 月 1 日，NASA 的“阿耳忒彌斯 2 號”任務(wù)搭載著四名宇航員從佛羅里達(dá)州升空，正式開啟了為期 10 天、總里程長達(dá) 110 萬公里的地月往返之旅。在這次歷史性的任務(wù)中，NASA 除了使用其官方空間通信與導(dǎo)航計(jì)劃（SCaN）協(xié)調(diào)的近地網(wǎng)絡(luò)和深空網(wǎng)絡(luò)（DSN）作為主要追蹤手段外，還進(jìn)行了一項(xiàng)史無前例的測試：啟用非官方系統(tǒng)進(jìn)行深空任務(wù)輔助。

（來源：NASA/JPL-Caltech）

2025 年 8 月，NASA 向全球發(fā)出了提案征集，邀請全球志愿者使用無線電設(shè)備，被動接收“獵戶座”（Orion）飛船在任務(wù)期間發(fā)射的 S 波段信號。最終，來自全球 14 個(gè)國家的 34 個(gè)組織和個(gè)人入選，覆蓋 47 個(gè)地面資產(chǎn)，其中既有德國航空航天中心（DLR）、加拿大航天局（CSA）這類政府航空機(jī)構(gòu)，以及亞利桑那大學(xué)等學(xué)術(shù)界代表，一些商業(yè)和非營利組織，例如英國 Goonhilly 地球站、日本最大的衛(wèi)星通信運(yùn)營商 Sky Perfect JSAT 等也參與其中。

隨著未來月球基地和火星任務(wù)的增加，昂貴且資源緊張的大型主流監(jiān)測系統(tǒng)將面臨巨大壓力。NASA 希望通過此類測試，探索如何利用更小、更經(jīng)濟(jì)的地面站來分擔(dān)深空網(wǎng)絡(luò)的追蹤負(fù)荷。為了確保這些來自民間和第三方的數(shù)據(jù)能夠無縫匯入官方數(shù)據(jù)庫，本次任務(wù)還要求所有參與者提交的數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格符合國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會（CCSDS）的標(biāo)準(zhǔn)。

對此，NASA SCaN 計(jì)劃副署長凱文·科金斯（Kevin Coggins）評價(jià)道：“這不僅是為了跟蹤一次任務(wù)，更是為了構(gòu)建一個(gè)具有韌性的公私合作生態(tài)系統(tǒng)，以此支持創(chuàng)新與宇宙探索的黃金時(shí)代?！?/p>

何為“業(yè)余無線電愛好者”？跨越天地的硬核極客

在這份匯聚了全球多家科研機(jī)構(gòu)的招募名單中，有四位以“個(gè)體代表”身份參與的業(yè)余無線電愛好者（Ham Radio Operators）顯得尤為特殊。介紹他們的工作之前，我們有必要重新認(rèn)識一下這個(gè)常因“業(yè)余”二字而被輕視的群體。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，“衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務(wù)”和“業(yè)余無線電通信業(yè)務(wù)”是受法律保護(hù)的正式無線電通信業(yè)務(wù)。這里的“業(yè)余”并非指技術(shù)水平低，而是指他們純粹出于個(gè)人對無線電技術(shù)的強(qiáng)烈興趣，且不以盈利為目的。與想象中不同，他們絕不只是拿對講機(jī)聊天的普通玩家，而是需要經(jīng)過嚴(yán)格考核、掌握射頻原理和電子工程知識的科技極客。除了跨越洲際的地球通聯(lián)，許多頂尖玩家甚至能自建地面站，與國際空間站（ISS）的宇航員或各類衛(wèi)星建立數(shù)據(jù)鏈路。

在這個(gè)小眾又硬核的科技圈子里，中國業(yè)余無線電愛好者的身影同樣耀眼。他們不僅積極參與國際衛(wèi)星通信和深空信號接收，還在關(guān)鍵時(shí)刻展現(xiàn)出獨(dú)特價(jià)值。2008 年汶川大地震發(fā)生后不到 3 分鐘，在公網(wǎng)通信全面癱瘓的絕境中，成都業(yè)余無線電應(yīng)急通信網(wǎng)立即啟動，短時(shí)間內(nèi)動員上千名愛好者建立應(yīng)急臺網(wǎng)，在專業(yè)通信系統(tǒng)癱瘓期間成為抗震救災(zāi)指揮的主要渠道。

屋頂上的太空偵探，從喚醒“僵尸衛(wèi)星”到護(hù)航探月

說回這四位入選“阿耳忒彌斯 2 號”任務(wù)的業(yè)余無線電愛好者，他們同樣無需 NASA 提供任何資金支持，僅憑個(gè)人的地面站設(shè)備和極高的技術(shù)熱情，便自發(fā)承擔(dān)起嚴(yán)苛的數(shù)據(jù)采集工作。

民間設(shè)備如何追蹤深空飛船？天體力學(xué)中的基礎(chǔ)理論即可給出答案。當(dāng)飛船向月球飛去或繞月飛行時(shí)，由于飛船與地球表面接收站之間的相對運(yùn)動速度不斷變化，無線電載波信號的頻率會發(fā)生拉伸或壓縮，這便是著名的“多普勒效應(yīng)”（Doppler shift）。軟件程序會記錄下這些極微小的頻率變動，隨后，觀測者們會運(yùn)用大量的數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行多普勒分析，從而精準(zhǔn)倒推算航天器的三維位置與動態(tài)軌跡。

在“阿耳忒彌斯 2 號”發(fā)射后的次日午夜，飛船在特定時(shí)段升起。四位入選者之一的斯科特·蒂利（Scott Tilley，呼號 VE7TIL）從距離地球約 7.5 萬公里的太空中，成功捕獲了第一批無線電多普勒數(shù)據(jù)。在他的頻率-時(shí)間圖表上，飛船的信號呈現(xiàn)為一條形如“意大利面”的反 S 形下降橙色曲線。

（來源：X@coastal8049）

斯科特的主業(yè)是一名電氣技術(shù)專家，專門從事船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維修，但他自幼便對無線電波產(chǎn)生了濃厚興趣。如今，他的屋頂平臺上架設(shè)著一臺兩米口徑的碟形天線和一臺 S 波段無線電接收器。在更早以前，他曾利用無線電找回一顆失聯(lián)已久的“僵尸衛(wèi)星”，并因此在國際航天界打響了名氣。

（來源：《溫哥華太陽報(bào)》）

2018 年 1 月，在試圖搜尋一顆代號為“Zuma”的機(jī)密發(fā)射任務(wù)時(shí)，斯科特在地球高軌道上意外截獲了一個(gè)陌生的無線電信號。經(jīng)過比對，他確認(rèn)該信號來自編號為“2000-017A”的 NASA IMAGE 衛(wèi)星（磁層頂至極光全球探索成像儀）。這顆曾用于地球磁層成像的重要科學(xué)衛(wèi)星于 2005 年失聯(lián)，并在 2007 年被 NASA 官方正式宣告“死亡”。

然而，在失聯(lián)十二年后，斯科特在家中檢測到了它的異常信號發(fā)射。他迅速在自己的博客“Riddles In The Sky”上公布了數(shù)據(jù)，并直接聯(lián)系了 NASA。NASA 和約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的工程師們隨后證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)，確認(rèn)這顆“僵尸衛(wèi)星”的主控系統(tǒng)仍在運(yùn)行。該事件轟動一時(shí)，不僅讓這顆重要的科學(xué)衛(wèi)星重回人類視野，也讓官方機(jī)構(gòu)深刻意識到了民間無線電網(wǎng)絡(luò)的驚人潛力。

此后，斯科特多次受邀為 NASA 作報(bào)告，介紹“普通人如何通過簡易手段觀測航天活動”。在日常追蹤中，他甚至曾通過無線電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，某私營商業(yè)月球著陸器在接近月球時(shí)，錯(cuò)誤估計(jì)了位置并進(jìn)入不穩(wěn)定軌道。他選擇客觀分享原始數(shù)據(jù)，最終促使相關(guān)公司公開說明了故障情況。對于斯科特這樣的頂級業(yè)余觀測者而言，他們的能力早已超出了傳統(tǒng)“愛好者”的范疇，并在空間態(tài)勢感知（SSA）領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特作用。

公民科學(xué)與專業(yè)航天的有效并軌

除了活躍在網(wǎng)絡(luò)上的斯科特，另外三位入選的美國個(gè)體代表同樣展現(xiàn)出極高的專業(yè)素養(yǎng)。其中，來自南達(dá)科他州的克里斯·斯維爾（Chris Swier，呼號 K1FSD），正利用自建的家庭地面站對獵戶座飛船進(jìn)行精確觀測；來自加利福尼亞州的丹·斯萊特（Dan Slater，呼號 AG6HF），在任務(wù)的十天內(nèi)將持續(xù)采集信號并提交給 NASA；同樣來自加州的羚羊谷業(yè)余無線電俱樂部（AVARC）的現(xiàn)任主席洛麗塔·斯莫爾斯（Loretta A. Smalls，呼號 AJ6HO），也以個(gè)人身份迎來這場全球無線電愛好者的“高光時(shí)刻”。

從尋找消失的“僵尸衛(wèi)星”、監(jiān)控商業(yè)月球著陸器的軌跡，到如今與全球科研機(jī)構(gòu)共同追蹤“阿耳忒彌斯 2 號”載人飛船。在算法主導(dǎo)一切、萬物皆可云端的時(shí)代，這群堅(jiān)持在夜空下調(diào)試天線、計(jì)算多普勒頻移的業(yè)余無線電愛好者，顯得既復(fù)古又前衛(wèi)。

以這四位業(yè)余無線電愛好者為代表的民間力量，展示了小型非官方地面站在深空任務(wù)中的應(yīng)用潛力，也將重塑深空探索的協(xié)作模式，為未來構(gòu)建更具彈性、成本更低廉的分布式空間追蹤生態(tài)提供可行性依據(jù)。當(dāng)代表國家力量的巨型天線瞄準(zhǔn)更遠(yuǎn)的星辰時(shí)，這些分布在民間的“聽風(fēng)者”，依然用最純粹的技術(shù)熱愛，守望人類駛向宇宙深處的航船。

參考來源：

https://vancouversun.com/news/bc-amateur-astronomer-tracks-artemis-ii-for-nasa

https://www.nasa.gov/technology/space-comms/nasa-selects-participants-to-track-artemis-ii-mission/

https://x.com/coastal8049/status/2039833500124352789

排版：胡巍巍