新视野号

title: 背景.
title: 新视野号.
content: “新视野”号原定于2006年1月17日美国东岸时间下午1时24分,在美国佛罗里达州卡纳维尔角空军基地第41发射台发射,但因地面强风和负责该项目之霍普金斯大学应用物理实验室的控制中心突然停电的原因,两度推迟升空。至1月19日美国东岸时间下午2时00分,卡纳维拉尔角上空云层逐渐散去,气候条件适合发射,“新视野”号终在原定发射升空时间迟半小时后,顺利点火发射升空。45分钟后脱离第三段火箭,离开地球引力,朝木星飞去。其航程途经木星,借用木星引力加速,然后直奔冥王星。它在2015年7月14日最为接近冥王星。
title: 发射窗口.
content: 2006年1月11日至2月14日之间一段“发射窗口”时间内,发射一枚探测船飞往冥王星。于2007年2月经过木星,利用木星引力加速直奔冥王星,已于2015年7月到达,全程需时九年多。
title: 载具.
content: 新视野号探测船以美国擎天神V551型火箭携带,在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射站发射,将探测器推出外太空,再由半人马座(Centaur)火箭送入绕地轨道,最后由星48B型(STAR 48B)固体燃料火箭冲出地球引力,飞向冥王星。  新视野号将成为人类有史以来最快速的人造飞行物体,它飞越月亮绕地球轨道不用九个小时,到达木星引力区只须13个月时间,相对1960年代“阿波罗”登月任务相同航程要飞行三天时间,“伽利略号 (Galileo)”飞抵木星亦需四年时间而言,“新视野号”航速可谓十分惊人。
title: 第二次发射窗口.
content: “新视野号”探测船若未能在2006年2月2日前发射,而在2月14日“发射窗口”限期前出发,则探测船就不能经过木星,而需直接飞往冥王星。因未能借助木星重力加速,故需较长飞行时间,最快要2018年才能到达。错过今次“发射窗口”,下一次将会是2007年2月2日至15日。探测船直飞冥王星,已在2019年到达。
title: 到达冥王星.
content: 探测船在2015年3月(即到达前四个月)开始收集冥王星及它的卫星凯伦的资料。2015年7月14日,探测船最接近冥王星。探测船在冥王星南半球约9,600公里(六千英哩)处高速掠过。而凯伦当时在冥王星另一侧,探测船需经过冥王星后,回头再探测凯伦。探测船飞离冥王星后,观察工作持续十个星期。而一切对冥王星的探测于九个月后结束,观察记录都传送回地球。
title: 柯伊伯带任务.
content: 在探测过冥王星后,探测船会前往位于柯伊伯带直径约40公里至90公里的天体。探测船已在2016年进入柯伊伯带。  2015年8月, 被选为新视野号于2019年1月飞掠探测的天体。该探测器于2019年1月1日穿越。
title: 探测船的设计与结构.
content: 整个“新视野”探测船的设计,是按照美国太空署近年推行小型化、低成本,及多功能的指引而制成。全艘探测船分为三个主要部分:即动力系统,包括提供全艘探测船所有电力的核能电池,以及调节探测船位置的引擎。通讯系统,包括高增益天线及低增益天线,是与地球保持联络的装置。科学平台,是安装所有探测仪器的地方,提供有效使用仪器的工作环境,以及保护脆弱的仪器。
title: 动力系统.
content: 全艘“新视野”探测船的动力皆来自一台核能电池 - 放射性同位素热电机(RTG),这台发电机利用放射性同位素二氧化钚自然衰变时所释放出来的热能,以电热隅形式发电。由于冥王星距离太阳太远,阳光由太阳去到冥王星需要四小时,在冥王星附近能接受的太阳能只及地球千分之一,探测船无法利用太阳能产生充够的能量供活动所需,因此核能电池是唯一的选择。为避免放射线伤及电子仪器,所以必须降低电力(仅228瓦特)。其实,所有外太阳系探测船都采用相同的设计,包括“卡西尼号”探测船。  探测船有一台引擎提供转向动力,用以调节探测船相位,在差不多十年多航行时间之间,可以修正飞向冥王星的轨道。当探测船接近冥王星时,要调校船身以便所有探测仪指向冥王星。当飞越过冥王星之后,又要调校船身以便观察凯伦,待完成探测后,又要再转校船身,使高增益天线指向地球,将收集到的数据送回地球。这个设计是由于预算所限,“新视野”探测船不可以像它的前辈“航海家”一、二号一样,使用旋转式平台,可以较简单的执行指令,而只能以调节船身相位这个较复杂方法来完成任务。
title: 通讯系统.
content: “新视野”探测船安装了一只直径2.1米(83英寸)的高增益天线,能够与地球的深空网络保持联系,接收来自地球的指令,以及将收集得到的科学资料输送回去地球。另外安装在高增益天线正上方的是低增益天线,是高增益天线的后备,以备不时之须。高增益天线有两条频带收发讯号,频谱宽濶,上传下载速度高,相比之下,低增益天线只有一条窄频带,效率较低,但是在紧急情况之下,可以顶替高增益天线的工作。该碟型天线也能充当屏障,挡下迎面来的碎屑、微粒,不会损及天线功能而保护设备。
title: 科学平台.
content: 新视野号探测器本身像一个倒置三角形,三角形尖部延出部分为核动力装置,三角形平面一方则为通讯装置,而三角形本身就是安装所有探测仪器的科学平台。探测船载有七种科学探测仪器,它们分别是:
title: Ralph:可见光与红外线成像光谱仪.
content: 可见光与红外线成像光谱仪(Ralph telescope)主要用于拍摄冥王星及凯伦的地表情况,提供高清晰的彩色影像,从而分析研究冥王星和凯伦地表的物理现象及组成成分,制成地表地图。仪器分为两部分,一为可见光相机MVIC,另一为线性光波长锁定光谱计LEISA,两者共同使用一支6厘米(三吋)镜头,用以调校焦距,收集影像。  可见光相机使用CCD电荷藕合装置,是近年所有外太空巡游探测船的标准设备。影像通过镜头后,再经过四层滤镜,在电荷藕合器成像。滤镜分别有专用作观察甲烷的滤镜,其余则为一般用途的蓝、绿、及近红外线滤镜。透过制作地表地图,可以明了冥王星及凯伦过去的历史。  线性光波长锁定光谱计,利用量度热辐射光谱,而获得物质成分及组成的资料。根据量子物理学,每一种物质都有它自己独特的光谱,犹如人类的指纹,量度光谱就可知道是何种物质。从哈伯太空望远镜观察得知,冥王星表面以甲烷、氮、一氧化碳及冰成分为主,而凯伦则主要是冰。当探测器接近它们时,透过光谱计观察,可能会发现更多其他物质。
title: REX:电波科学实验.
content: 电波科学实验(Radio Science Experiment, REX)实际上是一组安装在通讯系统内的电路板,主要是稳定由地球传过去的下载讯号,确保资料不会遗失,是一组非常重要的装置。而另一个作用,就是用作外太空电波科学实验,测试有关远距离通讯技术。REX接收由美国太空署的深空网络传过来的讯号,然后将讯号经由高增益天线传回返地球,科学家比较前后同一个讯号的差别,就能了解知道当中因为太阳风、辐射源、磁力场及重力波所产生的影响,求得出有关数据。  当探测船飞到冥王星的后面,接收或传返地球的讯号都会穿越过冥王星的大气,电波会被大气中的气体分子的重量、高度及温度的不同而有所改变。REX将这些改变了的讯号记录下来,然后传返地球,有助了解冥王星大气层、游离层的结构、压力、及温度。REX还有一种辐射计的工作模式,可以量度微弱的冥王星自己发射出来的电波。当探测船飞越冥王星之后,这些测量可以准确提供冥王星背向太阳一面的温度资料。
title: Alice:紫外线成像光谱仪.
content: 紫外线成像光谱仪("Alice")能测量由冥王星及凯伦辐射或反射出来的紫外线,得出冥王星及凯伦大气、地表的组成、分布、温度的装置。Alice有两种工作模式,一为探测大气光模式,是当探测船接近及离开冥王星时使用,直接量度由冥王星及凯伦的大气辐射或反射出来的紫外线,是较多时间使用的工作模式。另一种模式是测量掩食光模式,是当探测船飞过冥王星之后,进入冥王星日蚀阴影区时,即被冥王星星体遮掩太阳光的地方,利用量度透过冥王星大气的太阳光,求得大气的成分、温度、及浓度的分布。
title: LORRI:长距离探测成像仪.
content: 长距离探测成像仪(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)为探测船提供详细的空间资料,即是探测船本身在航行中精确的位置。从观察特定的星体,比较有关资料,得出探测船在某一点精细准确的位置及相位,从而指令探测船作出相应的调整。  成像仪有一支直径20.8厘米(8.2吋)的镜头,同样以CCD电荷藕合装置成像。结构相比于Ralph影像及红外线成像仪/分光计简单得多,全组仪器并无滤镜及活动部分。当飞临冥王星时,成像仪同时拍摄冥王星表面影像,精细度为100米乘100米,大小略大于一个足球场面积。
title: SWAP:太阳风分析仪.
content: 太阳风分析仪(Solar Wind Around Pluto, SWAP)是分析在冥王星附近由太阳吹过来的粒子─太阳风,可以探测到冥王星是否有磁场。若而是有磁场存在,就可以得知它的范围、强弱,以及冥王星大气中气体粒子逃逸的速度。
title: PEPSI:离子质谱仪.
content: 离子质谱仪(Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation, PEPSI)是用来测量冥王星阳离子与中性粒子组成、同位素组成等的装置。从观察冥王星大气层顶部的中性粒子被太阳风所激化,而逃离冥王星大气层的现象,可以推算出冥王星大气的化学成分。
title: VBSDC:「威妮夏·伯尼」宇宙尘分析仪.
content: 「威妮夏·伯尼」宇宙尘分析仪(Venetia Burney Student Dust Counter, VBSDC)是由美国科罗拉多州立大学师生主导的研究项目,装置可以分析探测船在飞往冥王星沿途所收集太阳系各区的宇宙尘,测量及比较这些漂浮粒子的物理及化学性质。离开冥王星之后,研究会继续,更有可能是人类历史上首次接触到柯伊伯带的物体。  名字中的VBS指的是「Venetia Burney Student」,源于为当年尚是学生,而为冥王星取名的威妮夏·伯尼女士之名。
title: 轨道校正和仪器测试.
content: 在2006年1月28日和30日,在任务控制人员引导下进行第一次的轨道校正和仪器测试 (trajectory correction maneuver,TCM),过程分为两个部分(TCM-1A and TCM-1B)。这两次修正使速度总共变化了18m/s,TCM-1精确的校正使得TCM-2的校正,三次校正计划中的第二次,得以取消。  在2月20日那一周内,控置人员进行3个机载科学仪器,Alice紫外线造影分光计、PEPSSI离子质谱仪、LORRI长距离探测成像仪,的首次飞行测试。在没有科学测量或影像被获得的情况下,只是仪器的电子设备测试,在Alice的例子中,显示机电系统都能正常的运作。  在3月9日1700 UTC,控制人员执行TCM-3,三次校正计划中的最后一次。引擎点燃了76秒,将太空船的速度大约调整了1.16 m/s。  在2007年9月25日16:04 EDT,引擎再度点燃15分又37秒,改变了太空船的速度2.37 m/s。  在2010年6月30日7:49 EDT,任务控制人员对新视野号进行了第四次的轨道校正,经过35.6秒使太空船加速了约0.44 m/s。
title: 飞越火星和小行星带.
content: 在2006年4月7日10:00 UTC,太空船飞越火星轨道,以大约21公里/秒的速度远离太阳,与太阳的距离是2亿4,300万公里。  新视野号在2006年6月13日04:05 UTC以101,867公里的距离飞越小行星132524 APL (早先所知的临时名称是 )。目前对这颗小行星直径的最佳估计值是大约2.3公里,新视野号对APL的光谱观测显示它是一颗S-型小行星。  太空船在2006年6月10-12日成功的追踪这颗小行星,并由α望远镜 (α影像及红外线成像仪/分光计)观测影像,这让任务小组能够测试太空船追踪快速移动中天体的能力。
title: 木星重力助推.
content: 新视野号的长距离探测成像仪 (LORRI)在2006年9月4日拍下了第一张的木星照片,并于2006年12月开始对木星系统做进一步的研究。  新视野号在2007年2月28日5:43:40 UTC最接近木星时得到木星的重力助推。它以每秒21公里的相对速度接近木星 (相对于太阳是23公里/秒)。飞越木星让新视野号远离太阳的秒速增加了4公里,使太空船以更快的速度航向冥王星,并以2.5度的倾角飞离地球的轨道面(黄道)。到了2009年11月,太阳的引力作用已经使太空船的速度减缓至大约16.656公里/秒 。新视野号是自1990的尤里西斯号(Ulysses)任务展开之后,第一艘发射后直接朝向木星航行的太空船。  在观测木星的同时,新视野号的仪器也对木星的内侧卫星进行精细的观测,特别是阿曼尔。探测器的照相机从2006年9月4日开始观测木星系统,测量艾奥的火山和仔细的研究4颗伽利略卫星,也研究外侧距离遥远的希马利亚和艾华拉。太空船也研究木星的小红斑和这颗行星稀薄的环系统。
title: 木星观测.
content: 在深入观测木星的4个月期间,最接近木星的距离是以32木星半径 (300万公里)。木星是有趣的,它不停地在变化,自伽利略任务结束后仍间歇性的被观测。新视野号的仪器采用了最新的技术,特别是照相机的领域。相较于从水手号计划衍生出来的航海家号的版本改进的伽利略号的相机,已经改善了许多。与木星的接触还担任了与冥王星接触的预演,因为木星与地球的距离较近,做为通讯连结的内存缓冲区可以传输较多的负载。实际上,这个任务送回来的木星资料会比从冥王星送回来的多。木星的影像从2006年9月4日开始,之后还拍摄了一些。  接触的主要目标包括木星云层的动力学,但比伽列略号的观测程序精简了许多,并且从木星磁层的磁尾中读取质点的资料。这艘太空船的轨道在磁尾内运行了一个月。新视野号还观察了木星黑夜侧的极光和闪电。  新视野号也提供了长圆形BA (木星上的一个风暴特征,非正式的名称是"小红斑")的第一张特写,因为这个在卡西尼号经过时仍是白点的风暴变红了。
title: 木星的卫星.
content: 主要的卫星 (伽利略卫星) 在不利于观测的位置上,意味着重力助推的瞄准点,使太空船在距离这些卫星数百万公里之外飞越。不过,新视野号的仪器是为了小且昏暗的目标设计的,所以还是能对那些远距离的大卫星进行有科学价值的观测。LORRI搜寻到埃欧上火山的烟羽;红外线能力卓越的LEISA搜寻到化学的成分 (包括欧罗巴的冰参杂物) 和夜晚侧的温度 (包括埃欧)。Alice的紫外线解析出大气中,包括埃欧的托环,极光。  像阿马塞尔这样的小卫星,则改进了轨道的精确度。照相机确定了它们的位置,并做为反像光学导航之用。
title: 接近冥王星.
content: 新视野号在2006年9月21-24日测试LORRI时,首度捕捉到冥王星的影像,并在2006年11月24日释出 。这张影像从距离冥王星42亿公里 (26亿英里) 远处拍摄,确认太空船能够追踪遥远的目标,这对航向冥王星和开普带中的其它天体是极为重要的。  新视野号于2015年7月14日从不到10,000公里的距离飞越冥王星,成为首个成功飞掠冥王星系统的人造飞行物。任务中,新视野号向地球发送了大量的冥王星及其矮行星系统的照片。
title: 古柏带任务.
content: 在飞越冥王星之后,新视野号将继续深入柯伊伯带。任务规划师正在寻找直径在50至100公里这个范围内的柯伊伯带天体,进行类似与冥王星接触一样的飞越。囿于有限的机动能力,这一阶段的任务只能寻找靠近新视野号飞行路径上的合适柯伊伯带天体,而排除了任何企图飞越像阋神星这种比冥王星大的海王星外天体的计划。可能的区域将会是之前努力搜索海王星外天体时未曾涵盖过的区域,和避免过于接近银河系的平面,因为这会使暗淡的天体难以被侦测到。  由于新视野号的飞行路径是由掠过冥王星的航线决定的,加上剩余的联氨燃料有限,合适的柯伊伯带天体需在从冥王星延伸出的小于一度的圆锥区域内找到,而且距离不能大于55天文单位。一旦超过了55天文单位,所有的通讯信号会变得过于薄弱,而且放射性同位素热电机(RTG)电功率会显著衰减以至于影响到科学观测。  2014年10月15日,美国航空航天局用哈伯望远镜进行搜索后发现了三个潜在目标,新视野号工作小组把它们的代号分别定为(PT1,潜在目标1),(PT2,潜在目标2)以及(PT3,潜在目标3)。所有目标的直径都估计在30到55公里之间,这样小的体积用地面的望远镜是无法看到的。它们到太阳的距离在43到44天文单位间,因此新视野号的掠过时间大约在2018年-2019年间。从新视野号的燃料预算来进行初步预计,这三个目标被探测器到访的可能性分别是100%, 7%和97%。它们均是低轨道倾角和低轨道离心率的传统古柏带天体,和冥王星有很大的不同。
title: 现况.
content: 2012年10月16日,随着工作小组透过哈伯太空望远镜发现冥王星的两颗新卫星和众多星体碎片,新视野号团队发表了一篇文章,指新视野号在飞越冥王星的时候,有可能毁于冥王星卫星轨道中的星体碎片,所以现在工作小组正研究是否要改变新视野号的轨道,去避免和这些碎片碰撞,以保护新视野号。  2013年5月16日,工作小组计算过新视野号和冥王星卫星系统的轨道后,得知新视野号的路径和冥王星卫星系统的轨道面接近垂直。也就是说,新视野号和新发现的卫星相撞的机会大减,只有在最接近时的风险较高,约0.3%的风险造成会中止任务的撞击。因此,工作小组表示不会对既定路线做大规模变更。  目前探测器以相对于太阳14.52公里/秒, 相对于冥王星13.77公里/秒的速度飞行。从探测器发出的无线电波需历时4个半小时才能到达地球。 从探测器看到的太阳星等是−19.2。  探测器正朝着人马座的方向进发。  探测器最新的资讯和图片发布在美国航空航天局官方网站上。

Summary: 新视野号(英语:New Horizons)又译新地平线号,是美国国家航空暨太空总署旨在探索矮行星冥王星(在发射时间仍然被认为是一颗行星)和柯伊伯带的行星际机器人太空船任务,它是第一艘飞越和研究冥王星和它的卫星,凯伦、尼克斯和许德拉的太空探测器。NASA可能还会批准它飞越一个或两个古柏带天体。任务概要是由美国西南研究院首席研究员艾伦·斯特恩所领导的一个团队提出。