新视野号
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| 新視野號(New Horizons) | |
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| Image:Encounter 01 lg.jpg 新視野号于冥王星上空之艺术想象图 |
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| 组织: | 美国国家航空航天局 |
| 主要订约者: | JHU APL, SwRI |
| 任务类型: | 飞越 |
| 环绕行星: | 木星及冥王星 |
| 发射日期: | 2006年1月19日 |
| 运载火箭: | 擎天神V-551 |
| 能量衰减: | N/A |
| 任务持续至: | 飞越冥王星 |
| NSSDC ID: | 2006-001A |
| 网页: | 新視野號首页 |
| 质量: | >470 kg |
| 半长轴: | N/A |
| 离心率: | >1 |
| 轨道倾角: | 当前可忽略 (2006) |
| 轨道运行周期: | N/A |
| 轨道: | N/A |
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新視野號(New Horizons，又譯作新地平线号}-)是美国国家航空航天局的一项探测计划，主要目的是对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体进行考察。
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[编辑] 概述
[编辑] 新視野1號
“新視野”1號原定於2006年1月17日美國東岸時間下午1時24分，在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空军基地第41發射臺發射，但因地面強風和負責該項目之霍金斯大學物理實驗室的控制中心突然停電的原因，兩度推遲昇空。至1月19日美國東岸時間下午2時00分，卡納維拉爾角上空雲層逐漸散去，氣候條件適合發射，“新視野”一號終在原定發射昇空時間遲半小時後，順利點火發射昇空。45分鐘後脫離第三段火箭，離開地球引力，朝木星飛去。其航程將途經木星，借用木星引力加速，然後直奔冥王星。預計在2015年7月14日最為接近冥王星。
[编辑] 發射窗口
計劃預算在2006年1月11日至2月14日之間一段“發射窗口”時間內，發射一枚探測船飛往冥王星。於2007年2月經過木星，利用木星引力加速直奔冥王星，於2015年7月到達，全程需時九年多。
[编辑] 載具
“新視野号”探測船以美國擎天神V551型(Atlas V551)火箭攜帶，在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射站發射，將探測器推出外太空，再由半人馬座(Centaur)火箭送入繞地軌道，最後由星48B型(STAR 48B)固體燃料火箭衝出地球引力，飛向冥王星。
“新視野号”將成為人類有史以來最快速的人造飛行物體，它飛越月亮繞地球軌道不用九個小時，到達木星引力區只須13個月時間，相對1960年代“阿波罗”登月任務相同航程要飛行三天時間，“伽利略號”飛抵木星亦需四年時間而言，“新視野号”航速可謂十分驚人。
[编辑] 第二次发射窗口
“新視野号”探測船若未能在2006年2月2日前發射，而在2月14日“發射窗口”限期前出發，則探測船就不能經過木星，而需直接飛往冥王星。因未能借助木星重力加速，故需較長飛行時間，估計最快要2018年才能到達。錯過今次“發射窗口”，下一次將會是2007年2月2日至15日。探測船將直飛冥王星，預料在2019年到達。
[编辑] 到達
如果一切順利按照計劃進行，探測船將在2015年3月（即到達前四個月）開始收集冥王星及它的卫星查倫的資料。2015年7月14日，探測船最接近冥王星。屆時探測船將在冥王星南半球約9,600公里（六千英哩）處高速掠過。而查倫當時在冥王星另一側，探測船需經過冥王星後，回頭再探測查倫。探測船飛離冥王星後，觀察工作持續十個星期。而一切對冥王星的探測於九個月後結束，觀察記錄都傳送回地球。
[编辑] 冥王星之後
探測船下一個探測目標將會為位於柯伊伯帶，直徑約40公里至90公里的天體，確實目標尚未選定。預料探測船將在2016年進入柯伊伯帶。
[编辑] 新視野二号
计划2008/2009年发射，对天王星和一些柯伊伯带天体进行考察，计划耗资5.5亿美元。
“新視野”探測船二號計劃，是原計劃的後備方案。計劃利用相同的設計，製造多一艘探測船，於2008年3月19日發射離開地球，2009年8月12日飛越木星，2015年10月7日再飛越天王星，於2020年9月15日飛抵1999 TC36，一顆位於離地球三十一個天文單位的柯伊伯帶天體。 TC36體積龐大，比起任何一顆“新視野”一號所能經過造訪的柯伊伯帶天體，TC36都巨大十倍，就算連它的月亮也大過其它柯伊伯帶天體兩至三倍以上，甚俱科學探測價值。 “新視野”二號飛越TC36之後，還可以觀察多一至兩顆體積較細的柯伊伯帶天體。 “新視野”二號如能按計劃順利起航，就可確保整個“新視野”計劃，肯定可以獲得豐盛的成果。
“新視野”探測船二號計劃吸引之處在於：一趟巡行就能探訪多個星體，如錯過今次機會，下次天王星─柯伊伯帶天體巡航要等到2050年才能起行。 而且因探測船是利用現成設計，省卻大量研究經費及所須時間。 計劃現尚在討論階段，有待美國太空署批准；美國國會已於2004年9月下旬，追加撥款以作計劃之可行性研究。 如計劃成功獲得通過，除了首次探索1999 TC36之外，還將成為繼1986年航行者二號，人類30年後第二次造訪天王星。
美國太空署轄下的外行星評審小組Outer Planet Assessment Group，於2005年5月5日提交“新視野”二號計劃可行性報告書。報告認為計劃在技術上是可行的，但探測船於2008年或以後的一段時間，發射昇空的機會並不樂觀。報告書主要內容為：
美國太空署缺乏現成的核子動能電力產生器，卽核能發電機，給外太空探測船使用。按照目前已批准的訂單和預算中，太空署要待至2010年才有新發電機供應，而探測船則最快也要等到2011年才能昇空。
若探測船推遲至2011年才昇空，則意味着探測船將錯過2008年3月19日至2009年5月1日之間所有“發射窗口”，探測船不能借用木星和天王星的重力吸引，加速前進，而只可以直接飛去往柯伊伯帶，估計需時最少十五年時間。一個耗時十五載，而換取九十分鐘的近距離直接觀察的外太空探測計劃，從經濟効益角度來看，答案已經溢於言表。
再者，站在2011年的時間裏來看，當時的科技、智識和現今的水平可能已經有長足之別。要使用一艘以上世紀科技為設計基礎的探測船，似乎有點說不通。若然重新設計部份或全艘探測船，則又重蹈經費龐大、耗時日久的老問題輹轍。就算按報告書提議，仿照“新視野”計劃，利用比賽選出最佳方案，但無論是時間和費用都已經超過原提議很遠，估計經費最少五億九千萬至最多九億一千二百萬美元，需時最少五十四個月最多五十九個月時間。
“新視野”計劃主管阿倫‧史唐Alan Stern 於2005年6月10日小組會議中繼續努力推銷“新視野”二號計劃，論點主要是：錯失今次機會將要等待上五十年、核能發電機不是唯一選擇、預算可低至三億七千五百萬美元等。但從小組於十月底發表的會議報告中，提及“新視野”計劃只有聊聊五十多字，主要是預祝“新視野”探測船順利發射成功等等，並沒有提及“新視野”二號計劃。看來，“新視野”二號計劃的發展前景，不言而喻。
[编辑] 探測船結構
整個“新視野”探測船的設計，是按照美國太空署近年推行小型化、低成本，及多功能的指引而製成。全艘探測船分為三個主要部分：即動力系統，包括提供全艘探測船所有電力的核能電池，以及調節探測船位置的引擎。通訊系統，包括高增益天線及低增益天線，是與地球保持聯絡的裝置。科學平台，是安裝所有探測儀器的地方，提供有効使用儀器的工作環境，以及保護脆弱的儀器。
[编辑] 動力系統
全艘“新视野”探測船的動力皆來自一台核能電池，這台發電機利用放射性同位素二氧化鈽自然衰變時所釋放出來的熱，以電熱隅形式發電。由於冥王星距離太陽太遠，陽光由太陽去到冥王星需要四小時，在冥王星附近能接受的太陽能只及地球千分之一，探測船無法利用太陽能產生充夠的能量供活動所需，因此核能電池是唯一的選擇。其實，所有外太空探測船都採用相同的設計，包括“卡西尼號”探測船。
探測船有一台引擎提供轉向動力，用以調節探測船相位，在差不多十年多航行時間之間，可以修正飛向冥王星的軌道。當探測船接近冥王星時，要調校船身以便所有探測儀指向冥王星。當飛越過冥王星之後，又要調校船身以便觀察查倫，侍完成探測後，又要再轉較船身，使到高增益天線指向地球，將收集到的數據送回地球。這個設計是由於預算所限“新视野”探測船不可以像它的前輩“航行者”一、二號一樣，使用旋轉式平台，可以較簡單的執行指令，而只能以調節船身相位這個較複雜方法來完成任務。
[编辑] 通訊系統
“新視野”探測船安裝了一隻直徑2.1米(83英吋)的高增益天線，能夠與地球的深空網絡保持聯繫，接收來自地球的指令，以及將收集得到的科學資料輸送回去地球。另外安裝在高增益天線正上方的是低增益天線，是高增益天線的後備，以備不時之須。高增益天線有兩條頻帶收發訊號，頻譜寬濶，上傳下載速度高，相比之下，低增益天線只有一條窄頻帶，效率較低，但是在緊急情况之下，可以頂替高增益天線的工作。
[编辑] 科學平台
“新視野”探測船本身像一個倒置三角形，三角形尖部延出部分為核動力裝置，三角形平面一方則為通訊裝置，而三角形本身就是安裝所有探測儀器的科學平台。探測船載有七種科學探測儀器，它們分別是：
[编辑] Ralph影像及紅外線成像儀/分光計
主要是用作拍攝冥王星及查倫的地表情况，提供高清淅的彩色圖片，從而分析研究冥王星和查倫地表的物理現象及組成成份，製成地表地圖。儀器分為兩部份，一為可見光相機MVIC，另一為線性光波長鎖定光譜計LEISA，兩者共同使用一支6厘米(三吋)鏡頭，用以調校焦距，收集影像。
可見光相機使用CCD電荷藕合裝置，係近年所有外太空巡遊探測船的標準設備。影像通過鏡頭後，再經過四層濾鏡，在電荷藕合器成像。濾鏡分別有專用作觀察甲烷的濾鏡，其餘則為一般用途的藍、綠、及近紅外線瀘鏡。透過製作地表地圖，可以明瞭冥王星及查倫過去的歷史。
線性光波長鎖定光譜計，係利用量度熱輻射光譜，而獲得物質成份及組成的資料。根據量子物理學，每一種物質都有它自己獨特的光譜，猶如人類的指紋，量度光譜就可知道是何種物質。從哈伯太空望遠鏡觀察得知，冥王星表面以甲烷、氮、一氧化碳及冰成份為主，而查倫則主要是冰。當探測器接近它們時，透過光譜計觀察，可能會發現更多其他物資。
[编辑] REX電波科學實驗
REX實際上只是一組安裝在通訊系統內的電路板，主要是隱定由地球傳過去的下載訊號，確保資料不會遣失，是一組非常重要的裝置。而另一個作用，就是用作外太空電波科學實驗，測試有關遠距離通訊技術。REX接收由美國太空署的深空網絡傳過來的訊號，然後將訊號經由高增益天線傳回返地球，科學家比較前後同一個訊號的差別，就能了解知道當中因為太陽風、輻射源、磁力場及重力波所產生的影響，求得出有關數據。
當探測船飛到冥王星的後面，接收或傳返地球的訊號都會穿越過冥王星的大氣，電波會被大氣中的氣體分子的重量、高度及溫度的不同而有所改變。REX將這些改變了的訊號記錄下來，然後傳返地球，有助了解冥王星大氣層、遊離層的結構、壓力、及温度。 REX還有一種輻射計的工作模式，可以量度微弱的冥王星自己發射出來的電波。當探測船飛越冥王星之後，這些測量可以準確提供冥王星背向太陽一面的温度資料。
[编辑] Alice紫外線造影分光計
測量由冥王星及查倫輻射或反射出來的紫外線，得出冥王星及查倫大氣、地表的組成、分佈、温度的裝置。Alice有兩種工作模式，一為探測大氣光模式，是當探測船接近及離開冥王星時使用，直接量度由冥王星及查倫的大氣輻射或反射出來的紫外線，是較多時間使用的工作模式。另一種模式是測量掩食光模式，是當探測船飛過冥王星之後，進入冥王星日蝕陰影區時，即被冥王星星體遮掩太陽光的地方，利用量度透過冥王星大氣的太陽光，求得大氣的成份、温度、及濃度的分佈。
[编辑] LORRI長距離探測成像儀
長距離探測成像儀為探測船提供詳細的空間資料，即是探測船本身在航行中精確的位置。從觀察特定的星體，比較有關資料，得出探測船在某一點精細準確的位置及相位，從而指令探測船作出相應的調整。
成像儀有一支直徑20.8厘米(8.2吋)的鏡頭，同樣以CCD電荷藕合裝置成像。結構相比於Ralph影像及紅外線成像儀/分光計簡單得多，全組儀器並無濾鏡及活動部份。 當飛臨冥王星時，成像儀同時拍攝冥王星表面影像，精細度為100米乘100米，大小略大于一個足球場面積。
[编辑] SWAP太陽風分析儀
太陽風分析儀是分析在冥王星附近由太陽吹過來的粒子─太陽風，可以探測到冥王星是否有磁場。若而是有磁場存在，就可以得知它的範圍，強弱，以及冥王星大氣中氣體粒子逃逸的速度。
[编辑] PEPSSI離子質譜儀
離子質譜儀是用來測量冥王星陽離子與中性粒子組成、同位素組成等的裝置。從觀察冥王星大氣層頂部的中性粒子被太陽風所激化，而逃離冥王星大氣層的現象，可以推算出冥王星大氣的化學成份。
[编辑] SDC宇宙塵分析儀
這是一個由美國科羅拉多州大學師生主導的研究項目，裝置可以分析探測船在飛往冥王星沿途所收集太陽系各區的宇宙塵，測量及比較這些漂浮粒子的物理及化學性質。離開冥王星之後，研究會繼續，更有可能是人類歷史上首次接觸到柯伊伯帶的物體。
[编辑] 其他資料
- 全艘探測船包括推進劑在內，重約450公斤(一千磅)
- 核動能發電機係由美國能源局提供
- 保温瓶式設計的船艙，確保所有儀器機械，可以在安全的環境中工作
- 首次使用的船載再生測距存储器，將多獲取三十dB的數據
- 使用八種不同的識別信號，來顯示探測船的健康狀態
- 先進的數碼接收器可以節省60％耗電量
- 裝備有三維立體相位及陀螺仪
- 利用十六個噴嘴來控制船身位置，以便修正航道、觀察目標、改變方向接近柯伊伯帶天體。
- 使用改良的「冬眠」裝置，可以節省寳貴的燃料包括核能電池
- 其他主要輔助儀器包括有：星踪導航儀及資料數據記錄器等
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