New Horizons
Organisasjon | NASA |
---|---|
Bygger | Applied Physics Laboratory og SwRI |
Program | Nye grenser |
Felt | Studie av det plutoniske systemet og Kuiper-beltet |
Type oppdrag | Oversikt |
Status | Operasjonelt |
Andre navn | New Horizons Pluto Kuiper Belt Flyby |
Launcher | Atlas V -551 |
COSPAR-identifikator | 2006-001A |
Planetbeskyttelse | Kategori II |
Nettstedet | pluto.jhuapl.edu |
Begynnelsen på design | 2001 |
---|---|
Start | 19. januar 2006 |
Oversikt over Jovian-systemet | 28. februar 2007 |
Oversikt over det Plutonian System | 14. juli 2015 |
Oversikt over (486958) 2014 MU 69 | 1 st januar 2019 |
Oppdragets slutt | Rundt 2025 |
Messe ved lansering | 478 kg |
---|---|
Masseinstrumenter | 30 kg |
Ergols | Hydrazin |
Drivmasse | 77 kg |
Av | 400 m / s |
Holdningskontroll | 3-akset stabilisert |
Energikilde | Radioisotop termoelektrisk generator |
Elektrisk energi | 255 watt |
Tilbøyelighet | 2,23014 ° |
---|---|
Eksentrisitet | 1.41905 |
Alice | Ultrafiolett spektrometer |
---|---|
Ralph / LEISA | Infrarød bilde spektrometer |
Ralph / MVIC | Fargebilder |
LORRI | Høyoppløselig bilder |
PEPSSI | Partikkeldetektor for energi |
BYTTE | Solvind analysator |
REX | Radiovitenskap |
SDC | Støvdetektor |
New Horizons (" New Horizons " påfransk) er en sonde fra denamerikanskeromfartsorganisasjonen (NASA) hvis hovedmål er studiet av dvergplanetenPlutoog dens satellitter, som ble utført i midten av juli 2015, deretter etter liten bane. modifikasjoner, var det i stand til å utforske Arrokoth , en annen kropp iKuiper-beltet, og kunne muligens studere en annen (ennå ikke oppdaget). New Horizons er det førsteromoppdraget somutforsker denne regioneni solsystemet. På grunn av deres avstand har vi svært lite informasjon om himmellegemene der, fordi de knapt er synlige med de beste teleskopene. Imidlertid vil deres egenskaper sannsynligvis gi viktig informasjon omdannelsen av solsystemet.
Romfartøyet New Horizons ble designet for å operere under tøffe forhold i denne regionen, langt borte fra jorden og solen . Arkitekturen i romfartøyer og forløpet av den oppgave tar således hensyn til det lave nivå av sollys, noe som krever bruk av en radioisotopgenerator og forsterket varmeisolasjon , er begrenset tele- gjennomstrømning (1 kb / s ), og varigheten av transitt til målet (mer enn ni år), som krever høy pålitelighet av kritiske komponenter. De syv ombord vitenskapelige instrumenter omfatter et kamera drifts i synlig lys og infrarødt , en avbildning av ultrafiolett spektrometer , et kamera utstyrt med en telelinse , to spektrometre beregnet på å måle den kjemiske sammensetningen av mål, en radiookkultasjon eksperiment , og en hastighetsteller. interplanetært støv. Disse skal gjøre det mulig å karakterisere geologien , overflatestrukturen, sammensetningen av jorden og dens temperatur, strukturen og sammensetningen av atmosfæren til himmellegemene som er overfylt.
Romsonden ble sjøsatt den 19. januar 2006av en kraftig Atlas V -551 rakett . New Horizons fløy over Jupiter videre28. februar 2007, som tillot ham å få 4 km / s takket være gravitasjonsassistansen til denne planeten. Flyby av Jupiter gjorde det også mulig å kalibrere instrumentene, samtidig som det ble gjort interessante vitenskapelige observasjoner av Jupiter-systemet, spesielt atmosfæren , satellittene og magnetfeltet . New Horizons begynte deretter sin lange transitt til Pluto, hvor sonden ble sovnet. Hun kom ut6. desember 2014 og startet i januar 2015 hennes observasjoner av Pluto, mens hun flyr over 14. juli 2015. Hun passerte deretter1 st januar 20193.500 km fra Arrokoth , en liten kropp av Kuiper-beltet oppdaget etter astronomiske observasjoner gjort i 2014.
Resultatene av New Horizons- oppdraget endret fullstendig kunnskapen om Pluto og dens satellitter. Mye data knyttet til geologien, samt sammensetningen av overflaten og atmosfæren, er samlet inn. De demonstrerte at Pluto, i motsetning til gjeldende forutsetninger, hadde holdt seg veldig aktiv geologisk siden opprettelsen. Dvergplaneten presenterer et spesielt rikt utvalg av atmosfæriske fenomener og geologiske formasjoner, som konkurrerer i sitt mangfold med planeten Mars .
Pluto , den fjerneste av planetene i solsystemet - til den offisielt ble degradert til en dvergplanet i 2006 - hadde ennå ikke blitt studert på nært hold da New Horizons-oppdraget ble etablert i 2000. Etter å ha blitt ekskludert fra målene for Voyager-programmet på 1970-tallet, ble det på 1990-tallet utviklet flere overflygingsprosjekter innen den amerikanske romfartsorganisasjonen ( NASA ), men kostnadene, høye på grunn av det fjerne målet, tillater dem ikke å føre til en konkret prestasjon. I løpet av dette tiåret oppdager vi mange kropper med egenskaper som ligner på Pluto, på kanten av solsystemet. Disse transneptuniske objektene , som danner Kuiper-beltet , vekker den vitenskapelige interessen for en utforskning av Pluto. Til slutt, i 2001, ble NASA enige om å finansiere utviklingen av en romføler, kalt New Horizons , som er ansvarlig for å studere den in situ .
Solsystemets himmellegemer er gruppert i tre regioner:
Pluto er en del av sistnevnte delmengde, bestående av isete dvergplaneter med en solid overflate, men består hovedsakelig av frossent materiale (vann, nitrogen, karbondioksid, metan og karbonmonoksid) og steinete materiale. Disse dvergene danner Kuiperbeltet , som strekker seg opptil 50 astronomiske enheter (AU) fra solen. Pluto er det største kjente objektet i dette beltet, sammen med Eris .
Pluto ble oppdaget i 1930 av den amerikanske astronomen Clyde Tombaugh , og på den tiden ansett for å være den niende planeten i solsystemet . På datoen for oppdagelsen ble Pluto størrelsen anslått til å være nær den på jorden, men planeten blir senere oppdaget å være mindre enn Månen. Frem til begynnelsen av 1990-tallet ble ingen andre himmellegemer oppdaget utover banen til Pluto. I 1992 ble et første transneptunisk objekt (TNO) observert, deretter ble oppdagelsene multiplisert, og på lanseringsdatoen for New Horizons (2006) hadde mer enn 1000 kropper blitt oppdaget, og tilstedeværelsen av mer enn 100.000 andre., Med en en diameter større enn 100 km , sirkulerende i en bane mellom 30 og 50 au , ble spådd. Karakteristikken til de oppdagede transneptuniske objektene (avstand fra solen, betydelig tilbøyelighet, sammensetning, resonans med Neptun, hyppigheten av doble systemer ) gjør Pluto til en karakteristisk TNO. Stilt overfor, som et resultat av disse oppdagelsene, med multiplikasjonen av potensielle planeter i solsystemet, la det offisielle klassifikasjonsorganet innen astronomi ( International Astronomical Union ) til i 2006 et ytterligere kriterium for definisjonen av 'en planet: denne må ha ryddet sin plass i sitt orbitale nabolag. Dette er ikke tilfelle med Pluto (som andre transneptuniske objekter), som mister sin planetstatus og blir omklassifisert som en dvergplanet , til tross for sterk motstand fra en del av det amerikanske vitenskapelige samfunnet, fordi den var den eneste planeten oppdaget av en amerikaner. Transneptuniske gjenstander er utvilsomt planetdyr , det vil si planetembryoer, hvis dannelsesprosess ble avbrutt av forskyvningen av gassgigantplanetene som fant sted kort tid etter fødselen av solsystemet.
Kjennetegn ved PlutoPå grunn av sin eksentrisitet kretser Pluto rundt solen i 248 jordår, i en avstand fra solen som svinger mellom omtrent 4,4 og 7,4 milliarder kilometer. Ijuli 2015, Pluto ligger ca. 4,77 milliarder km fra jorden, 32 ganger avstanden mellom jord og sol. Den tilbøyelighet til planet for ekliptiske og 17 grader , er mye høyere enn for planetene i solcellesystemet. Pluto har beveget seg vekk fra Solen siden 1989, og sirkulert inne i Neptuns bane fra 1979 til 1999.
Diameteren på Pluto, estimert før flyby til omtrent 2380 km , er betydelig mindre enn Månens (3474 km ). Avstand og liten størrelse tilsammen gjør det veldig vanskelig å studere dvergplaneten fra jorden, med en tilsynelatende diameter mindre enn 1% av planeten Mars . Planeten slår på seg selv på 6,4 dager, synkront med sin viktigste satellitt , Charon , slik at den alltid presenterer det samme ansiktet til den. Svært uvanlig i solsystemet (bortsett fra Uranus), vippes rotasjonsaksen 118 ° fra himmelsk nord. Den gjennomsnittlige overflatetemperatur er omtrent -233 ° C . Spektrometriske observasjoner fra jorden har bestemt at overflaten til Pluto hovedsakelig er dekket av is av nitrogen , karbonmonoksid , metan og etan . Den presenterer lyse og mørke områder, de mest kontrasterende av alle planetene i solsystemet. Pluto er en av de svært små kroppene i solsystemet med en merkbar atmosfære. Dette er veldig tynt (50.000 ganger mindre tett enn jordens og 300 ganger mindre enn Mars), og består hovedsakelig av nitrogen, med spor av metan, karbonmonoksid og tyngre hydrokarboner . Denne atmosfæren gjennomgår betydelige variasjoner på grunn av eksentrisiteten i bane og hellingen til rotasjonsaksen. Tyngdekraften på overflaten av Pluto er lik 6% av jordens. Den planet tetthet , å ligge på rundt 2, indikerer at Pluto består av 35% is og 65% steinmateriale.
Kart over Pluto basert på observasjoner fra Hubble Space Telescope
Pluto og Charon sammenlignet med jorden og månen.
Åtte av de største transneptuniske objektene.
Fem naturlige satellitter av Pluto er kjent før New Horizons flyby. Alle har en nesten sirkelbane ( eksentrisitet mindre enn 0,006) og praktisk talt plassert i ekvatorialplanet til Pluto ( helning mindre enn 1 °):
Kropp | Oppdagelsesår | Diameter | Masse | Tetthet | Tyngdekraft // Jord | Bane radius | Omløpstid | Andre egenskaper |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pluto | 1930 | 2.368 km | 1,3 x 10 22 kg | 1,8 - 2,1 | 0,07 | Mellom 29,7 AU (4,7 milliarder km) og 39,5 AU (rundt solen) |
248 år | Overflatetemperatur: mellom −218 ° C og −238 ° C Atmosfære: nitrogen, metan, karbonmonoksid Overflate: nitrogen, vann, metan, karbonmonoksid frossen |
Charon | 1978 | 1.207 km | 0,15 x 10 22 kg | 1,66 | - | 17.500 km | 6,9 dager | Ingen påviselig atmosfære Overflate: vannis |
Styx | 2012 | 4 til 14 km | - | 42.656 km | 20,2 dager | |||
Nix | 2005 | 56 × 26 km | - | 48.694 km | 24,9 dager | |||
Kerberos | 2011 | 15 km | - | 57 783 km | 32,2 dager | |||
Hydra | 2005 | 58 × 34 km | - | 64.738 km | 38,2 dager |
Etter Neptuns flyby av den amerikanske romsonden Voyager 2 i 1989, er Pluto den siste planeten i solsystemet (på det tidspunktet den ikke ble omklassifisert som en dvergplanet ) for ikke å ha blitt studert in situ av en maskinlig romlig. På grunn av sin avstand (i 2015 ligger Pluto nesten 35 AE fra jorden, tre ganger lenger enn Saturn ) og sin tilbøyelighet i forhold til ekliptikkplanet (17 °), er Pluto et vanskelig mål å oppnå. I løpet av de to tiårene etter Voyager-programmet ble flere prosjekter fra det amerikanske romfartsbyrået ( NASA ) utviklet og deretter kansellert.
Planetary Grand TourPluto sitt første leteprosjekt var Planetary Grand Tour-programmet, som sørget for sending av fire sonder, hvorav to ble rettet til Jupiter , Saturn og Pluto. Men etter NASAs budsjettbegrensninger ble sistnevnte tvunget til å se gjennom kopien og sende bare to sonder: Voyager 1 og 2 . Oppdraget for Pluto blir forlatt fordi Jet Propulsion Laboratory (JPL) av grunn av planetkonfigurasjon ikke kunne lede en romsonde samtidig mot Uranus , Neptun og Pluto. Voyager 1 kunne ha dratt for å utforske Pluto, men det ville ha vært nødvendig å avtale å fly over Titan, Saturnus hovedsatellitt, på større avstand.
Pluto-350 og Mariner Mark IIPå begynnelsen av 1990-tallet dannet NASA, motivert av et visst vitenskapelig press og de første ledetrådene om Kuiper-beltet (foreløpig ikke oppdaget), en arbeidsgruppe som var ansvarlig for å utforme et oppdrag for å fly over Pluto. Resultatet av dette arbeidet, kalt Pluto-350 , ble publisert i 1990. Det valgte målet er å sende redusert nyttelast, slik at en første rekognosering av Pluto og Charon blir mulig. Det resulterende romfartøyet har en masse på 350 kg , og har en radioisotop termoelektrisk generator for sin energi. Den vitenskapelige instrumenteringen består av fire instrumenter, med en total masse mindre enn halvparten av Voyager-sonder. Pluto-350 forventes å bli lansert i 1999 av en Delta II- rakett, og etter flere gravitasjonshjelpemidler fra Jorden og Venus, deretter Jupiter, når Pluto i 2015. Kort tid etter dette arbeidet starter NASA studien av et mye tyngre oppdrag ved å bruke den Mariner Mark II plattform , utviklet andre steder for Cassini-Huygens misjon. Dette nye prosjektet gjør det mulig å bære en mye større vitenskapelig nyttelast , så vel som en jettisonable enhet, som er ansvarlig for å studere den usynlige siden av Pluto under overflygingen. NASAs vitenskapelige arbeidsgruppe bestemmer seg for å prioritere dette prosjektet, hvis spesifikasjoner er utarbeidet. Men i en budsjettmessig sammenheng som hadde blitt vanskelig, valgte arbeidsgruppen til slutt, i 1992, utviklingen av Pluto-350-prosjektet.
Pluto Fast Flyby og Pluto Kuiper ExpressMen i 1992, i bruk av den nye NASA-doktrinen, " raskere, bedre, billigere ", ble et konkurrerende prosjekt, Pluto Fast Flyby (PFF) foreslått av ingeniører fra JPL- senteret til NASA, og studenter fra California Institute of Technology. . Den bruker radikale konsepter for å oppnå en meget høy innledende marsjfart (overflyging av Pluto etter syv til åtte år, i stedet for de femten årene av tidligere prosjekter), i en redusert kostnadskonvolutt, mindre enn 500 millioner US $, inkludert bæreraketten. Målet er å utvikle to romfartøyer, som hver veier mindre enn 50 kg , inkludert 7 kg vitenskapelig instrumentering. Lanseringen er planlagt til 2004, men den støter på betydelige vanskeligheter: økning i masse, som går til 140 kg , og kostnader knyttet til en ny regel, inkludert prisen på bæreraketten: den planlagte bæreraketten, Titan IV, fakturerte 800 millioner US $, sprengte budsjettet som opprinnelig var planlagt. Flere endringer i prosjektet ble studert i 1994-1995 for å redusere kostnadene - fjerning av ett av de to romfartøyene, samarbeid med Russland eller ESA, bruk av en lysskjerm - uten at det kom noen levedyktig løsning. Prosjektet brukes likevel til å utvikle en serie miniatyriserte instrumenter: spektrometer, kameraer, plasma-studieinstrumenter. På midten av 1990-tallet fikk den økende interessen til det vitenskapelige samfunnet for det nylig oppdagede Kuiper-beltet NASA til å be JPL om å gjennomgå PFF-prosjektet, inkludert utforskningen av det berømte beltet i målene. Det redesignede oppdraget, kalt Pluto Kuiper Express (PKE), forutsetter lanseringen av et 175 kg romfartøy , inkludert 9 kg vitenskapelig instrumentering, men i slutten av 1996 ble prosjektet praktisk talt stoppet av administratoren av NASA, Daniel Goldin . I 1999, men under press fra det vitenskapelige samfunnet, ble prosedyren for valg av vitenskapelige instrumenter endelig lansert. Men iSeptember 2000, NASA bestemmer seg for å stoppe prosjektet, og begrunner beslutningen med de for høye kostnadene for prosjektet, nå over 1 milliard US $.
Tidlig på 2000-tallet gjorde National Research Council (NRC) -rapporten Pluto og Kuiperbeltet til et prioritert mål for utforskning av solsystemet . NASA-tjenestemenn, igjen oppfordret av det vitenskapelige samfunnet og den offentlige opinionen, bestemte seg for å lansere på slutten av 2000 en innkalling til forslag for et oppdrag å fly over Pluto. Spesifikasjonene er gitt av NASA iJanuar 2001, og svar forventes i starten April 2001. Dette er det første oppdraget til de ytre planetene, hvis retning er betrodd en vitenskapelig leder, som det som blir utført for de mye mer beskjedne oppdragene i Discovery-programmet . Spesifikasjonene krever bruk av en Atlas V- eller Delta IV- bærerakett , og radioisotop-termoelektriske generatorer , reservedeler til Cassini-Huygens-programmet , blir gjort tilgjengelig til en kostnad på mellom 50 millioner og 90 millioner US $ (sistnevnte modell gir mer energi). Den totale kostnaden er begrenset til 506 millioner dollar (2001). Dette er det første oppdraget i New Frontiers- programmet , som NASA nettopp har opprettet for mid-cost solsystem leting oppdrag.
UtvalgFem lag løper etter svaret på innkallingen til forslag, inkludert to fra NASAs JPL Center. Teamet tilbyr New Horizons er bygget rundt Alan Stern , prosjektleder og medlem av Institute Southwest Research Institute (SwRI), flere andre forskere og laboratorium SwRI APL fra Johns Hopkins , som allerede har bygget flere vitenskapelige romfartøyer. Det beholdte dåpsnavnet, New Horizons (nye horisonter på fransk), henviser både til de vitenskapelige perspektivene knyttet til oppdagelsene av Kuiper-beltet , og til driftsmåten til New Frontiers-programmet , innviet av det fremtidige oppdraget. Det første arbeidet med New Horizons begynte i slutten av 2000, kort tid etter at Pluto Kuiper Express-programmet ble forlatt . Et team fra APL-laboratoriet, som tidligere var tildelt utviklingen av NEAR- oppdraget som for øyeblikket avsluttes, er ansvarlig for å definere en realistisk implementeringsplan, samt for å skissere utformingen av oppdraget. Teamet er dannet i håp om at de mange studiene som hittil er utført for utforsking av Pluto, vil føre til et konkret prosjekt. Et første utvalg, som ble offisielt i juni, utpeker som finalister POSSE ( Pluto Outer Solar System Explorer ), et JPL-prosjekt og New Horizons. Sistnevnte er valgt av NASA den19. november 2001.
Utvikling av romsondenUtviklingen av New Horizons , som mobiliserer en arbeidsstyrke på rundt 2500 mennesker, har opplevd mange oppturer og nedturer. Den største vanskeligheten som oppstod, gjelder produksjon av plutonium 238 , som er nødvendig for å forsyne romføleren med energi. Denne skulle, i henhold til de opprinnelige planene, gi 285 watt ved sjøsetting og 225 watt under flyturen over Pluto. Etter vanskelighetene ved Los Alamos National Laboratory med ansvar for produksjon, strøm planlagt under overflights falle til 190 W . Til slutt vurderes denne verdien til 200 watt, noe som er tilstrekkelig til å betjene instrumentene som planlagt. Massen til romfartssonden øker med 50 kg under designfasen, og det må treffes flere tiltak for å gå tilbake til den opprinnelige vekten: Diameteren til den store forsterkningsantennen reduseres fra 3 til 2,1 meter, og vinklene til den trekantede plattformen er beskåret. Størrelsen på masseminnet økes slik at flere data kan samles inn under svevingen. De lave masse stjerners severdigheter , utviklet for misjonen, må forlatt på grunn av utviklingsvansker, for tyngre eksisterende utstyr. SDC ( Student Dust Counter ) instrument utviklet av et team av studenter som en del av populærvitenskapsprogrammet til NASA Education and Public Outreach blir lagt til nyttelasten. Til slutt blir skodder lagt til for å beskytte den optiske delen av PEPSSI-, SWAP- og LORRI-instrumentene under lanseringen. I løpet av utviklingsfasen, og delvis i perspektivet til oppdraget, multipliserer astronomene sine observasjoner av det plutoniske systemet , og det blir gjort mange funn. Kunnskapen om strukturen til atmosfæren til Pluto og Charon er i stor grad modifisert, og nye satellitter av Pluto blir oppdaget, inkludert Nix og Hydra i 2005. Flere himmellegemer av en størrelse nær Pluto oppdages i Kuiperbeltet.
Oppdagelsen av Kuiper-beltet på 1990-tallet endret vår oppfatning av solsystemet sterkt . Men selv de kraftigste teleskopene, som Hubble, er ikke i stand til å gjøre detaljerte observasjoner av de transneptuniske objektene som bor i den, og lar derfor ikke vite deres nøyaktige egenskaper, mens disse kan gi viktige ledetråder om dannelsen av solsystemet. Kuiperbeltet er faktisk hjem for kropper hvis sammensetning utvilsomt gjenspeiler materiets tilstand i en mellomfase av planetformasjonsprosessen. Sistnevnte stoppet i Kuiper-beltet etter omveltninger forårsaket av endringene i bane for gassgigantplanetene i løpet av de første hundrevis av millioner av årene.
Plutonian systemPluto og månen Charon har mange originale egenskaper, som garanterer videre studier:
Målet med New Horizons- oppdraget tar sikte på å svare på forskningslinjene som er identifisert av det vitenskapelige samfunnet og listet opp ovenfor. Bortsett fra de som gjelder Jupiter-systemet, kan de detaljerte målene deles inn i tre grupper:
Målingene utført i Pluto-systemet vil forbedre kunnskapen om dens opprinnelse, prosessene som arbeider på overflaten til dvergplaneten, transportsyklusen til flyktige stoffer og de energiske og kjemiske egenskapene til atmosfæren. Mer generelt vil disse observasjonene gi forståelseselementer for himmelobjekter dannet av gigantiske påvirkninger (som jord-månesamlingen), legemer som ligger ved grensene for solsystemet (kometer, isete dvergplaneter), planeter og måner preget av damp trykk i likevekt (som Triton og Mars ) og andre himmellegemer med en atmosfære dominert av metan og nitrogen (som Titan , Triton og tidlig jord ).
Oppdragets forløp og egenskapene til New Horizons ble i stor grad bestemt av de mange begrensningene knyttet til de spesielle egenskapene til Pluto: forsvinningen av atmosfæren til dvergplaneten som kunne oppstå før 2020, behovet for å øke hastigheten uten å være presedens til romføler slik at den kan nå disse endene av solsystemet, det lave solskinnsnivået og den lave hastigheten på telekommunikasjon på denne avstanden.
Pluto sirkulerer i en 248-årig bane med sterk eksentrisitet . Dens avstand fra solen varierer mellom 29,7 og 49,4 AU . Helling av banens plan i forhold til ekliptikken når 17 °, mye større enn for de åtte planetene. Dvergplaneten passerte nærmere solen i 1989 og beveger seg nå bort fra den. Forskere estimerte på tidspunktet for oppdragets design at Plutos atmosfære rundt 2020 på grunn av sin gradvise avstand fra solen og dens tilbøyelighet ville kondensere på bakken. Overflyget til Pluto måtte derfor skje før denne datoen.
I 2013, lenge etter at romtesonden ble lansert, viste resultatene av en studie av Plutos atmosfære ved gjentatte ganger å observere planetens okkulering av stjerner at forsvinden av atmosfæren i 2020 var en helt feil antagelse. Det ble til og med tettere året rapporten ble publisert.
Å sende et oppdrag til Pluto krever mer energi enn en lansering til de åtte planetene i solsystemet. Pluto ligger i utkanten av solsystemet, og for at New Horizons skal nå det uten å ta flere tiår, er det nødvendig å gi det en hastighet som ingen bæreraketter noen gang har oppnådd. Den heliosentriske hastigheten (i forhold til solen) til romføleren, som er 45 km / s ved sjøsetting i valgt konfigurasjon, synker til 19 km / s på Jupiter-nivå, deretter til 10 km / s på nivå med Pluto , hvis ingen mellommanøvre utføres. Misjonens designere valgte en indirekte bane ved hjelp av teknikken for gravitasjonsassistanse , som gjør det mulig å få 5 km / s i det valgte scenariet. Gravitasjonsassistanse gjør at en romføler kan øke hastigheten mens den endrer retning, takket være en lav overflyging av en planet, utført under veldig presise forhold. Flere scenarier ble studert, og kombinerte gravitasjonshjelpen til en eller flere planeter: enkel flyover av Jupiter (bane JGA), flyover av Jorden deretter av Jupiter, to flyover av Venus etterfulgt av flyby av Jorden og Jupiter. Baner som består av flere overflygninger gjør det mulig å redusere kraften til den bæreraketten som kreves, og dermed kostnadene for oppdraget, men har ulempen med å forlenge varigheten av transitt til Pluto. For at en gravitasjonsassistentmanøver skal kunne utføres, er det nødvendig at planeten som er fløyet over ligger på bestemte steder. For JGA-banen endelig valgt fordi den er den mest effektive, åpner lanseringsvinduet hver tretten måned. Gitt oppdragets tidsbegrensninger, er to lanseringsmuligheter identifisert:desember 2004, preget av særlig effektiv assistanse fra Jupiter, og januar 2006. Lanseringsvinduet for 2004 beholdes ikke på grunn av forsinkelsen i prosjektet.
Den relativt lille massen til romsonden (478 kg ) skyldes direkte hastigheten som bæreraketten må skrive ut på New Horizons . Selv om raketten som brukes er den kraftigste versjonen av den tunge Atlas V bærerakett , en stjerne 48 B typen fast drivtrinnet , slik at hastigheten kan økes til 4,1 km / s , måtte legges til at nå den ønskede hastighet.
New Horizons skulle fly over Pluto med en hastighet på 13,7 km / s . Under disse forholdene var det ikke mulig å plassere romsonden i bane rundt dvergplaneten, fordi dette ville ha krevd tilsetning av flere tonn drivmidler for at den skulle komme frem, ved å bruke dens fremdrift, for å redusere hastigheten tilstrekkelig. Fraværet av en tett atmosfære gjorde det også umulig å vurdere luftbremsing for å nå dette målet.
Pluto er nærmest 28 astronomiske enheter fra solen, og solenergien som mottas på denne avstanden er en tusendel av den som mottas i bane rundt jorden . Bruken av en radioisotopgenerator , som bruker den varmen som produseres av radioaktiv nedbrytning av plutonium dioxide pellets 238 ( 238 Può 2), er den eneste eksisterende løsningen for å levere energi til sonden når den flyr over Pluto. For å holde seg innenfor vektestimatet har sonden en enkelt RTG som gir bare 200 watt. Det er derfor nødvendig å begrense det elektriske forbruket som er nødvendig for å opprettholde en minimumstemperatur, som krever effektiv varmeisolasjon , og å designe eller velge instrumenter med svært lavt forbruk. På banen til Pluto tar en rundturskommunikasjon med jorden omtrent 9 timer; sonden bør derfor være helt autonom når den fløy over Pluto. Gitt den lave hastigheten på telekommunikasjon på denne avstanden fra jorden, måtte New Horizons kunne lagre alle vitenskapelige data som ble samlet inn under overflygingen og ta hensyn til at overføringen ville ta flere måneder.
Sammenligningen av egenskapene til New Horizons med de fra Cassini-Huygens romføler - et veldig kostbart prosjekt som utforsker det saturniske systemet, også veldig fjernt - gjør det mulig å illustrere begrensningene og de arkitektoniske valgene til oppdraget:
Trekk | Cassini-Huygens | Nye horisonter | Kommentar |
---|---|---|---|
Kostnad for oppdraget | 3,26 milliarder dollar | 0,7 milliarder dollar | Oppdrag til moderat kostnad, inkludert mellom flaggskipoppdrag og Discovery . |
Heliosentrisk hastighet ved lansering | 40 km / s | 45 km / s | Høy starthastighet for å nå Pluto innen en rimelig tidsramme. |
Masse | 5712 kg inkludert 3.627 kg drivstoff | 478 kg inkludert 77 kg drivstoff | Redusert masse sammenlignet med Cassini, for å øke 5 km / s ved sjøsetting er det nødvendig å ofre for fremdrift mer enn 80% av den maksimale vekten som opprinnelig var tilgjengelig ved sjøsetting. |
Tilgjengelig kraft | 885 watt | 190 watt | Lite tilgjengelig energi på grunn av massen og kostnadene ved at radioisotop-termoelektriske generatorer må sikre produksjon av energi. Sonden har da bare en av disse generatorene, og den har lav effekt. I tillegg er andelen energi som tas for å opprettholde en tilstrekkelig temperatur viktig i Pluto, på grunn av dens avstand fra solen (gjennomsnittstemperaturen på bakken av Pluto er estimert til -223 ° C ). Den lille mengden tilgjengelig energi krever, på Pluto-nivå, å stoppe instrumentene når data overføres til jorden. |
Oppdrag | Bane rundt Saturn | Fly over Pluto | Det er umulig å sette inn i bane rundt Pluto på grunn av den reduserte massen til dvergplaneten (derfor dens for svake gravitasjonsfelt) og den begrensede drivstoffbæreevnen til New Horizons på grunn av massebegrensningen. |
Nyttelast | 18 instrumenter
(> 400 kg ) |
6 instrumenter (30 kg ) | Resultat pålagt av kostnads- og massebegrensninger. I tillegg kan den tilgjengelige energimengden bare drive et begrenset antall instrumenter. |
Antenne | Ikke orienterbar | Ikke orienterbar | Romsonden kan ikke både samle inn data og overføre dem til jorden. Som et resultat, i løpet av den eneste svevefasen (i motsetning til Cassini), er datainnsamlingen begrenset av størrelsen på masseminnet (8 gigabyte ). Data overføres ikke til jorden før passasjen er fullført og dataene er samlet inn. |
In situ telekommunikasjonshastighet | 166 kilobit per sekund | 1 kilobit per sekund | Svært lav strømning på grunn av avstanden fra Pluto og størrelsen på antennen (diameter to ganger mindre av masseårsaker). Gitt denne hastigheten, tar det omtrent ni måneder å overføre alle dataene som samles inn under flyby. |
Holdningskontroll | Reaksjonshjul | Micro-thrustere | Eliminering av reaksjonshjulene sparer vekt, men den valgte løsningen forbruker drivstoff som ikke kan fornyes. Plutselig, i motsetning til Cassini, er romsonden som standard stabilisert ved rotasjon (" ryggrad ") for å spare drivstoff. |
Gravitasjonshjelp | Venus (2 ganger), Jorden, Jupiter | Jupiter | |
Forsink ankomst til nivået til Saturn | 7 år | 2,5 år (Pluto 9,5 år) |
New Horizons er det første oppdraget til NASAs New Frontiers- program, hvis mål er å utføre grundig vitenskapelig utforskning av planetene i solsystemet med romprober som koster mindre enn 700 millioner dollar, noe som plasserer dem på et økonomisk nivå mellom oppdrag fra Discovery- programmet og flaggskipoppdragene til Flagship- programmet som Mars Science Laboratory er tilknyttet.
Slutt juni 2016, det primære oppdraget til New Horizons nærmer seg slutten: NASA kunngjør at budsjettet for utvidelse av oppdraget til 2014 overflytting MU 69 er frigitt. En budsjettforlengelse på $ 14,7 millioner per år er gitt av NASA. Innen 2021 overstiger den totale kostnaden, inkludert lanseringen, 1 milliard dollar.
New Horizons er en kompakt sonde, formet som en tykk trekant og på størrelse med et piano. Til et av punktene i trekanten er det festet en termoelektrisk radioisotopgenerator med sylindrisk form, mens på den øvre overflaten er den store parabolantennen med en diameter på 2,1 meter som sikrer forbindelsen til jorden. Uten disse vedleggene er probens maksimale dimensjoner 2,1 meter x 2,7 meter, for en tykkelse på 0,7 meter. Fra festepunktet på bæreraketten til toppen av antennen er høyden 2,2 meter. Dens masse er 478 kg , inkludert 77 kg av hydrazin som brukes av thrustere og 30 kg av vitenskapelige instrumenter.
Sondens struktur er bygd opp rundt en sentral aluminiumsylinder , som støtter hovedspenningene under lanseringen. I den ene enden er adapteren som fester sonden til raketten . Paneler honeycomb aluminium, som er klippet de forskjellige enhetene og instrumentene, er festet til sylinderen, og den radioisotope termoelektriske generatoren . Tanken som inneholder drivstoffet som brukes av drivstoffene i sonden, er plassert inne i denne sylinderen.
Ettersom sonden må reise til grensene for solsystemet, hvor mengden tilgjengelig solenergi er veldig lav, kan ikke generering av elektrisitet sikres av tradisjonelle solcellepaneler . En radioisotop termoelektrisk generator av typen GPHS-RTG er derfor om bord. Den konverterer strøm til varme levert av radioaktiv nedbrytning av 10,9 kg av dioksid plutonium-238 238 Può 2 : Det ble anslått at denne generatoren fremdeles ville gi 190 W i 2015. Sylinderen som inneholder generatoren er festet på en av trekantene i trekanten. Den parabolske antennen , med en diameter på 2,1 m , brukt til kommunikasjon med jorden , er festet på den ene siden av trekanten.
På grunn av den lave massen som er tilgjengelig for denne generatoren, samt de høye kostnadene for RTG generelt, har denne bare relativt lav effekt. Det er dessuten i stor grad brukt til å varme opp sonden, fordi uten å varme opp rommet kaldt på Pluto-nivå, ville instrumentene være helt ubrukelige. Den kan derfor ikke drive mange instrumenter, og når antennen pekes mot jorden for radiooverføring, betyr mangel på tilgjengelig energi at strømforsyningen til måleinstrumentene må kuttes.
New Horizons har ikke nok energi til å bruke reaksjonshjul for å kontrollere orienteringen. Dette styres derfor ved hjelp av drivmidler som brenner hydrazin . For å unngå å forbruke drivstoff for å opprettholde sin faste orientering i forhold til stjernene, holdes romføleren, når den ikke er aktiv, rotert rundt en akse som går gjennom antennene med en hastighet på 5 omdreininger per minutt. På den annen side, når New Horizons manøvrerer, bruker sine instrumenter, overfører informasjon eller mottar data fra jorden, stoppes rotasjonen av sonden og orienteringen forblir fast, med en peking som avhenger av dens aktivitet. De vitenskapelige instrumentene så vel som hovedantennen til New Horizons kan ikke orienteres individuelt, i motsetning til noen sonder, hovedsakelig for å begrense risikoen for et mulig mekanisk problem som kan oppstå ved et oppdrag av så lang varighet. Det er derfor nødvendig å endre orienteringen til hele sonden for å kunne peke antennene mot jorden eller de vitenskapelige instrumentene mot målet, men også, som for alle sonder, for å korrigere avvik fra den valgte orienteringen eller før du utfører banemodifiseringsmanøvrer. Sonden bestemmer retningen ved hjelp av stjernesensorer , som er små kameraer som tar et vidvinkelbilde av himmelen 10 ganger i sekundet. Dette sammenlignes med et himmelkart lagret i minnet med 3000 stjerner, som lar datamaskinen til sonden bestemme orienteringen. Denne informasjonen suppleres med hastighetsvariasjonene skannet 100 ganger per sekund av en treghetenhet . Om nødvendig bruker orienteringskontrollsystemet sine små rakettmotorer for å korrigere eller endre denne retningen. Hvis stjernesensorene ikke lenger kan bestemme retningen, tar solsensorer som lokaliserer solens posisjon over.
Framdriften som er tilgjengelig for New Horizons tjener ikke til å akselerere eller bremse: Når sonden først er lansert på sin bane av Atlas V- raketten , trenger den bare å foreta korrigeringer av banen for å suksessivt fly over Jupiter, deretter Pluto og til slutt muligens andre gjenstander Kuiper-beltet, hvis de er innenfor rekkevidde. Thrusterne som er tilgjengelige for sonden, gjør kurskorrigeringene og endrer retningen til sonden. Den har for dette formålet 16 små rakettmotorer som brenner hydrazin . Fire av dem har en skyvekraft på 4,4 newton og brukes hovedsakelig til kurskorrigeringer. De 12 andre, med en skyvekraft på 0,8 Newton, brukes til å modifisere pekingen av sonden, for å sette sonden i rotasjon på seg selv ved 5 omdreininger per minutt, eller tvert imot for å stoppe rotasjonen, spesielt for faseflyvning over planeter. Sonden bærer 77 kg av drivmidler som er lagret i en titan tank . Hydrazinet settes under trykk av helium før det injiseres i motorene. Mengden drivmidler tilgjengelig gjør det mulig å endre romfølerens hastighet med 400 meter per sekund under hele oppdraget. 22,3 kg er reservert for korrigering av bane, 29,3 kg for å opprettholde rotasjonen og kontrollere holdningen til romfartøyet. En reserve på 17,8 kg ( 91 m / s ) og et overskudd på 7,7 kg ( 41 m / s ) er også tilgjengelig.
New Horizons bruker et X- båndstelekommunikasjonssystem forå motta kommandoer fra jorden og overføre de innsamlede vitenskapelige dataene, samt informasjon om driften av utstyret. De store sentralene går gjennom parabolantenne til stor gevinst , og tillater den største strømmen. Denne, med en diameter på 2,1 meter, er festet for å fjerne en mekanisme som kan gripe under den lange turen til Pluto, og sonden må derfor endre retning for å peke strålen med stor presisjon. Radio, som bare er 0,3 ° bred, mot jorden. I en avstand fra Pluto, som ligger mer enn 4 milliarder kilometer unna, synker datahastigheten til 1000 biter per sekund (med 70 meter diameter som mottar parabolantenner fra Deep Space Network ), og signalet tar fire timer å nå til Jord; det tar også nesten ni måneder å overføre alle dataene som er samlet inn under den raske flyturen over Pluto og dens satellitt. Sonden har også en parabolantenn med middels forsterkning, installert over den store forsterkningsantennen, hvis stråle er 14 ° bred, og som derfor krever mye mindre presis peking. Til slutt er det montert to antenner med lav forsterkning, den ene over antennen for middels forsterkning, den andre på motsatt side av sonden.
Utvikling av en fordoblingsprosedyreBildene tatt av LORRI-kameraet, som har en 1 megapiksel CCD- sensor , er omtrent 2,5 Mb i størrelse når de komprimeres. Overføringstiden til et bilde når du nærmer deg Pluto er derfor 42 minutter (med 1000 bits per sekund). Med denne hastigheten kan romføleren bare overføre 11 bilder hver 24. time (med unntak av andre data): den kan faktisk bare mobilisere 70 meter parabolantenner fra NASA i åtte timer om dagen, fordi disse er mye brukt av andre romoppdrag spredt over hele solsystemet. For å øke overføringshastigheten når Pluto nærmer seg, har NASA utviklet en metode som tillater samtidig bruk av de to vandrende bølgerørene som overfører dataene , under romfartens transitt til dvergplaneten . Dette er gjort mulig av det faktum at det andre røret, som er der som en sikkerhetskopi, avgir på en annen bølgelengde. Denne metoden gjør det mulig å multiplisere gjennomstrømningen med 1,9, men den krever ekstra energi som krever å stoppe annet utstyr under kommunikasjonsøktene. Ingeniørene valgte å stenge veilednings- og orienteringskontrollsystemet, og for at romføler skal holde antennen perfekt orientert mot jorden, blir New Horizons rotert ved å ofre litt hydrazin når den sender i denne modusen.
Kjørecomputeren bruker en 32- biters Mongoose-V mikroprosessor , den “strålingsherdede” versjonen av MIPS R3000 . Dens klokkefrekvensen er bremset ned 25 til 12,5 M Hz for å begrense strømforbruket. Dataene som mottas eller skal overføres lagres i et 8 gigabyte minne designet for å forbruke lite strøm. Størrelsen på dette minnet ble valgt for å tillate lagring av all vitenskapelig data samlet under overflyging av Pluto.
Diagram 1 Sett ovenfra: 1 RTG; 2 stor forsterkningsantenne; 3 mellomsterk antenne; 4 antenne med lav forsterkning; 5 Thrusters; 6 stjernesensorer; Til Alice; R Ralph; S Bytte; L LORRI; P PEPSSI; X REX.
Diagram 2 Visning nedenfra: 1 RTG; 2 Louvres; 3 Thrusters; 4 antenne med lav forsterkning; 5 stjernesensorer; Til Alice; R Ralph; D Støvdetektor; S Bytte; L LORRI; P PEPSSI.
For å motstå de svært lave temperaturene i regioner som ligger ved kanten av solsystemet (gjennomsnittstemperatur på bakken av Pluto estimert til -223 ° C ), er New Horizons designet på en slik måte at varme ikke kan unnslippe den indre strukturen. Elektronikken og det meste av instrumentasjonen er lukket i rom dekket med en flerlags termisk beskyttelse av gull. Dette skal bidra til å holde varmen som genereres av elektronikk, og så holde temperaturen innenfor et område ente område 10 og 30 ° C . Hvis forbruket av elektronikk faller under 150 watt, tar små radiatorer over. Når sonden fremdeles er relativt nær jorden og solen, må varmen tvert imot i visse tilfeller evakueres; de skodder åpnes automatisk når den indre varmeoverskrider den maksimalt tillatte.
Den nyttelasten består av syv vitenskapelige instrumenter - tre optiske instrumenter, to plasma måleinstrumenter, en støvdetektor og en radiometer / vitenskap radiomottaker. De bør tillate studiet, på en makroskopisk måte, de viktigste egenskapene til Pluto og dets måner: på den ene siden geologien, sammensetningen av overflaten og dens temperatur, på den annen side atmosfæretrykket., Temperaturen av atmosfæren og dens rømningshastighet. Disse instrumentene brukes også til å studere Jupiter og dens måner, og når misjonsutvidelsen er godkjent, motsetter Kuiperbeltet seg romfartssonden. Nyttelasten representerer en total masse på 30 kg , og bruker totalt sett en veldig liten mengde strøm (28 watt ).
Instrument | Beskrivelse | Mål | Fremførelser | Masse | Forbruk |
---|---|---|---|---|---|
Ralph | MVIC: Synlig og infrarød multibåndsbilder | Kart med høy oppløsning for innflygingsfasene (navigasjon) og overflyging (geologi) |
• Bølgelengder: pankromatisk (400–975 nm ), blå, rød, metan, nær infrarød • Romlig oppløsning: 20 μrad / piksel |
10,3 kg | 6.3 Watt |
LEISA: Nær infrarødt bildespektrometer | Bestemmelse av fordelingen av nitrogen, karbonmonoksid og metan | • Bølgelengder: 1,25 - 2,5 μm • Romlig oppløsning: 62 μrad / piksel • Spektral oppløsning: λ / δλ ∼ 240–550 |
|||
Alice | Ultrafiolett kamera / spektrometer | Analyse av sammensetningen og strukturen til Plutos atmosfære, Charons eksosfære så vel som Kuiper Belt-objekter |
• Bølgelengder: ∼465–1880 Å • Spektral oppløsning: –3–10 Å FWHM |
4,5 kg | 4.4 Watt |
REX | Passivt radiometer | Bestemmelse av sammensetningen og atmosfærens temperatur | 0,1 kg | 2.1 Watt | |
LORRI | Teleskop | Pluto kartlegging | • Bølgelengder: pankromatisk ( 350 - 850 nm ) • Romlig oppløsning: 5 μrad / piksel • Følsomhet: V <18 |
8,8 kg | 5,8 watt |
BYTTE | Spektrometer | Bestemmelse av tetthet og hastighet på solvindpartikler | • Spektral oppløsning : ΔE / E <0,4 med E (energi) mellom 25 eV og 7,5 keV |
3,3 kg | 2.3 Watt |
PEPSSI | Spektrometer | Sammensetning og tetthet av plasma som rømmer fra Plutos atmosfære | • Målte partikler: protoner, karbon, nitrogen, oksygen med E (energi) mellom 1 keV og 1000 keV • Spektral oppløsning : 12 kanaler |
1,5 kg | 2,5 watt |
SDC | Støvdetektor | Interplanetær måling av støvpartikkelstørrelse | 1,9 kg | 5 watt |
Ralph, Alice og REX er de tre hovedinstrumentene til romsonden, siden de sammen oppfyller alle hovedmålene for oppdraget.
Ralph er et instrument som kombinerer en MVIC ( multispektral synlig bildekamera ) -bildebehandling som opererer på flere spektralbånd i synlig og nær infrarødt lys med en LEISA ( Linear Etalon Imaging Spectral Array ) -bildeapparat / spektrometer som opererer i nær infrarød. De to instrumentene deler den samme optiske delen med en blenderåpning på 75 mm med en brennvidde på 658 mm . MVIC har 7 TDI ( Time Delay Integration ) CCD-detektorer med en definisjon på 5 024 × 32 piksler. To CCD-er gir panoramatiske (400 til 975 nm) bilder, mens de andre fire CCD-ene er følsomme for blått (400-550 nm ), rødt (540-700 nm ), nær infrarødt (780-975 nm ) og båndabsorpsjon av metan ( 860–910 nm ) Panchromatiske bilder vil bli brukt til å kartlegge overflaten til Pluto og Charon med en oppløsning på 1 km 2. Vinkeloppløsningen er 20 mikroradianer. LEISA tillater at spektra oppnås detaljert i det nærmeste infrarøde båndet ( 1,25 - 2,5 µm ) med en spektral oppløsning på (λ / δλ) på 240. MVIC må gjøre det mulig å tegne et kart som gir sammensetningen av overflaten til dvergplaneten og dens hovedmåne med en oppløsning på mindre enn 10 km .
Alice er et bilde / spektrometer som observeres i ultrafiolett (∼ 465 - 1880 Å ) bånd med gjennomsnittlig spektral (1,8 Å ) og romlig (5 mrad / piksel ) oppløsning . Lysstrålingen kommer inn, på den ene siden gjennom en spalte på 0,1 ° × 4 ° , for observasjon av atmosfærisk luminescens , og på den andre siden en åpning på 2 ° × 2 ° , for observasjon under okkultasjoner av Solen av Pluto og satellitten Charon . Instrumentets optiske akse er forenet med LORRI og Ralph. Et instrument, utviklet av Southwest Research Institute , med lignende egenskaper, men mindre sofistikerte, flyr ombord på den europeiske romfartssonen Rosetta . Alice sitt hovedmål er å bestemme hovedkomponentene i Plutos atmosfære, spesielt andelene nitrogen , karbonmonoksid , metan i den øvre atmosfæren, og muligens tilstedeværelsen av edelgasser . Instrumentet skal også brukes til å lete etter tilstedeværelsen av atmosfære rundt Charon og gjenstander i Kuiper-beltet som romsonden forventes å passere etter sin flytur over Pluto. Instrumentet må bestemme temperatur- og trykkprofilene til Plutos øvre atmosfære og rømningshastigheten fra Plutos atmosfære. Detektoren kan måle 1024 spektralbånd på 32 forskjellige punkter.
REX ( Radio EXperiment ) er et vitenskapelig radioeksperiment som bruker radiosenderen New Horizons . Måling av forplantningsforsinkelser av radiobølgene gjør det mulig å bestemme temperaturen og tettheten til atmosfæren som muligens er plassert mellom romføler og mottaksantennene på jorden ( radio okkultasjon ). I motsetning til hva som vanligvis praktiseres, må dopplerforskyvningen måles av romføler ved mottak av radiosendinger fra jorden. Instrumentet må oppgi trykk- og temperaturprofilene i Plutos atmosfære.
Ralph.
LORRI.
BYTTE.
SDC.
LORRI ( Long Range Reconnaissance Imager ) er en høyoppløselig bildebehandling (4,95 μrad / piksel ), dvs. fire ganger bedre enn Ralphs. LORRI består av et Ritchey-Chrétien-teleskop og en CCD-sensor på 1024 × 1024 piksler , som gir panchromatiske bilder ( 350 - 850 nm ), som fungerer i rammeoverføringsmodus. LORRI skal gjøre det mulig å gi bilder av den synlige overflaten av Pluto og Charon under flyturen, noe som gjør det mulig å markere formasjoner på 100 meter på Pluto og 260 meter på Charon. Det må også gi bilder av halvkuler som ikke er synlige under flyby, takket være bilder tatt noen dager før flyby, med en oppløsning på 40 km . Til slutt må LORRI brukes til å skaffe bilder av Pluto andre satellitter, muligens oppdage nye og oppdage potensielle mål for den andre utforskningsfasen inne i Kuiper-beltet .
SWAP ( Solar Wind Around Pluto ) måler samspillet mellom solvinden og ionene som rømmer fra Plutos atmosfære. Disse målingene gjør det mulig å bestemme rømningshastigheten fra Plutos atmosfære og de komplekse interaksjonene mellom plasmaet. Oppløsningen til instrumentet er spesielt høy for å motveie svekkelsen av solvinden hvis intensitet er lavere med en faktor på 1000 sammenlignet med verdien på jordnivå.
PEPSSI ( Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation ) er et spektrometer for å måle sammensetningen og energien til ioner og elektroner med en energi mellom 10 keV og 1 MeV . Målet er å karakterisere rømningsprosessen fra Plutos atmosfære og sekundært å bestemme mulige interaksjoner mellom ionosfæren og solvinden.
SDC ( Student Dust Counter ) måler størrelsen og fordelingen av støvpartikler på banen til New Horizons- sonden og hvis masse er mellom 10 −12 g. og 10 −9 g. Detektorene består av polyvinylidenfluoridfilmer med et totalt overflateareal på 0,1 m 2 . Målet er å verifisere eksistensen av de forutsagte strukturene i konsentrasjonen av støv som er tilstede langs ekliptikken ved opphavet til dyrekretslysets fenomen . Programmet administreres av studenter, ledet av professorene sine, ved University of Colorado - Boulder .
I juni 2006blir instrumentet omdøpt til VBSDC ( Venetia Burney Student Dust Counter ) til ære for Venetia Burney -Phair, av britisk nasjonalitet, som i en alder av elleve foreslo navnet Pluto for planeten nettopp oppdaget av Clyde Tombaugh.
I tillegg til vitenskapelig utstyr, bærer romføleren en begravelsesurnen som inneholder asken til astronomen som oppdaget Pluto, Clyde Tombaugh , som døde i 1997 i en alder av nesten 91 år.
Lanseringen av New Horizons foregår i et klima med stor spenning, fordi lanseringsvinduet er spesielt kort. Varig to timer om dagen, åpner den fra17. januar 2006 og lukkes 29. januar. Et backup-brannvindu er tilgjengelig de siste tre dagene i januar, med ett års slip fra Pluto-overflyttingsdatoen. Hvis lanseringen finner sted iFebruar 2006må romføleren ta en direkte bane mot Pluto, uten å kunne dra nytte av gravitasjonsassistansen til Jupiter , og utsette overflyvningen til 2020. Etter to utsettelser på grunn av suboptimale værforhold, deretter til et strømbrudd hos operatøren av APL romføler ble New Horizons lansert den19. januar 2006på 19 h 0 UTC (eller 14 h 0 lokal tid), fra bunnen av Cape Canaveral i Florida , med en Atlas V -551 rakett , den tyngste versjonen av denne launcher. For romfartøyet når tilstrekkelig høy hastighet, omfatter spindelen en tredje etasje Star 48B til solid drivmiddel , under hetten med den relativt kompakte romføler. De forskjellige stadiene fungerer som planlagt, og omtrent 45 minutter etter sjøsetting skiller romfartssonen seg fra toppetappen, med en hastighet på 16,2 km / s , og setter en ny rekord i dette området.
Romsonden krysser månens bane bare ni timer etter lanseringen. Rotasjonshastigheten til sonden på sin akse (bevegelse som gjør det mulig å stabilisere orienteringen) reduseres først fra 68 til 20 omdreininger per minutt etter en dag, deretter til 5,2 omdreininger tre dager etter lansering, for å la stjernefunnere jobbe. Den rakett injiserte romsonden på sin bane med stor nøyaktighet, fordi de to forbindelser foretas med thrustere på 28 ( delta-V på 5 m / s ) og30. januar(delta-V på 13,3 m / s ), er ti ganger mindre enn det som ble gitt. De9. mars, en tredje kurvekorreksjon på 1,16 m / s plasserer romføleren på den ideelle banen som gjør det mulig å dra nytte av ønsket akselerasjon i det Joviske systemet. Alt utstyret er testet, og i slutten av mars blir romfartssonen erklært operativ. 6. april krysset New Horizons bane rundt Mars .
I løpet av den spesielt raske transporten mot Jupiter oppdager misjonsteamet at romsondens bane vil krysse asteroiden 2002 JF 56 (senere omdøpt (132524) APL ). Denne lille kroppen (mindre enn 5 kilometer i diameter), med ukjente egenskaper, er en del av hovedasteroidbeltet . Det utarbeides en observasjonskampanje, og Ralph-kameraet og det infrarøde spektrometeret peker mot asteroiden 11. og 13. juni. Denne manøveren gjør det mulig å innhente vitenskapelig informasjon, til tross for avstanden (høyst 102 000 km ), men utgjør også en repetisjon av operasjonene som vil bli utført under overflyging av Pluto .
Video av lanseringen.
Sammensatt bilde av asteroiden 2002 JF 56
De 4. september 2006, tar romfølerens LORRI-kamera et første øyeblikksbilde av Jupiter. De14. februar 2007, etter en transitt på bare tretten måneder, kommer New Horizons inn i sonen med gravitasjonsinnflytelse fra Jupiter, mens det fortsatt er 23 millioner km fra den gigantiske planeten. Romsonden flyr over Jupiter i en avstand på 2,3 millioner kilometer videre28. februar 2007. Takket være gravitasjonsassistenten til Jupiter, forlater New Horizons det joviske systemet etter å ha akselerert med omtrent 4 km / s sammenlignet med solen, og den nye banen gjør nå en vinkel på 2,5 ° sammenlignet med ekliptikken .
Overflyget til Jupiter skjer ved 32 stråler fra planeten, og gir opphav til en intensiv observasjonskampanje, som varer i fire måneder. Sonden har mer effektive instrumenter, spesielt kameraer, enn Galileo , den siste sonden som har gjort observasjoner. Galileos kameraer var utviklede versjoner av Voyager-sonder , selv arvet fra Mariner-programmet . Overflyget til Jupiter gjør det også mulig å sjekke virkemåten til instrumentene og å utføre en repetisjon av sekvensen av operasjoner som må utføres før overflyten til Pluto. Når Jupiter er nærmere Jorden enn Pluto, kan romtesonden overføre en mengde data (40 gigabit) større enn det som vil bli samlet under flyet over Pluto.
New Horizons- instrumenter tillater mer presise målinger av banene til Jupiters indre måner, spesielt Amalthea . New Horizons- kameraer måler størrelsen på Ios vulkaner og studerer de fire galileiske månene i detalj , samt utfører langtrekkende studier av de ytre månene Himalia og Elara . New Horizons optiske instrumenter er generelt ikke rettet mot de lyseste objektene i det Jovianske systemet, da de kan bli skadet på grunn av deres etablerte følsomhet overfor Pluto med lav belysning. Likevel blir bilder av det opplyste ansiktet til Jupiter tatt i det infrarøde. Io er fotografert i løpet av en formørkelse, og viser spennende lyspunkter på sitt nattlige ansikt, som tilsvarer ikke-varme regioner, og ekskluderer derfor vulkanutbrudd: hypotesen som er fremmet er at dette ville være gasskyer som sendes ut av vulkanene til Io som samhandler med magnetosfæren til Jupiter. Utbruddet av Tvashtar Paterae på Io er filmet, noe som gjør det mulig å observere nedfallet fra utkastet, hvis sammensetning virker klassisk (basalt). Plumens form ser ut til å indikere at den opprinnelige gassformede utkastet kondenseres til partikler når de forlater den synlige skyen. Sonden studerer Jupiters lille røde flekk , så vel som magnetosfæren og den tynne ringen som omgir den. Ringmånekampanjen som ble gjennomført som en del av flybyen, resulterte ikke i noen nye funn. Mens Saturns ringer inneholder veldig små måner (mindre enn 1 kilometer i diameter), er det ikke oppdaget noen måne mindre enn Métis (44 km ) og Adrasteus (16 km ) for Jupiter. Dette krever en forklaring. Tre fortykninger i ringen observeres i nærheten av månen Adrastee, som på forhånd ikke skyldes en kollisjon. Lyn observeres i Jupiters atmosfære på relativt høye breddegrader (over 60 ° breddegrad) i begge halvkuler. Prosessen ved begynnelsen av dette lynet kan ikke genereres av konveksjonen på grunn av solenergi (for svak på disse breddegradene), men finner utvilsomt sin kilde i den interne energien som frigjøres av planeten.
Jupiter og Io .
Europa .
Callisto .
Animert bilde av et utbrudd av Tvashtar Paterae på Io filmet av New Horizons- kameraet .
Oppdragets kronologi: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Starter 28. juni 2007, New Horizons settes i dvalemodus for det meste av transitt til Pluto, som forventes å vare åtte og et halvt år. Romsonden vil tilbringe totalt 1873 dager i denne tilstanden. Sonden er da i sakte rotasjon, de overflødige komponentene er slått av, mens veilednings- og navigasjonssystemet er deaktivert. I løpet av denne søvnen overvåker datamaskinen kontinuerlig tilstanden til romsonden og sender et signal som kan ta to verdier, noe som betyr enten at romsonden er i drift, eller at det er nødvendig for teknikerne å gripe inn fordi et problem har blitt oppdaget. Målet er å redusere bruken av elektroniske komponenter, redusere kostnadene som genereres ved å overvåke oppdraget og lette belastningen på Deep Space Network- antennenettverket , som brukes mye av andre romprober. Under den lange transporten til Pluto blir New Horizons vekket 17 ganger for å utføre grundige tester og muligens utføre oppdateringer til den innebygde programvaren .
De 8. juni 2008, sonden krysser banen til Saturn , mens den er 10,06 AU fra solen (1 AU = jord-sol-avstand), men ingen observasjon av denne planeten blir gjort, fordi den da er på 2,3 milliarder km. De20. juni 2010, utfører sondemotorene en liten kurvekorreksjon på 0,45 m / s , for å kompensere for skyvekraften til de termiske fotonene som sendes ut av RTG, og som reflekteres på antennen med høy forsterkning . New Horizons krysser Uranus 'bane videre18. mars 2011, men denne planeten kan ikke observeres fordi den er 3,8 milliarder kilometer fra romtesonden. De25. august 2014, Kunngjør NASA at New Horizons har passert banen til Neptun, bare 25 år etter at Voyager 2 fløy over den blå giganten (25. august 1989). New Horizons vil heller ikke kunne gjøre direkte observasjoner av denne planeten, men de kan krysse asteroider som tilhører trojanerne til denne, fordi den må passere nær punktet Lagrange L 5 på denne planeten. Siden lanseringen av oppdraget har astronomer oppdaget to nye måner i Pluto, som nå har fem. Gitt de nye funnene, kan det plutoniske systemet inneholde mindre synlige himmellegemer, samt ringformede eller torusformede skyer av rusk, noe som kan utgjøre en risiko for New Horizons ' overlevelse under flyet. En observasjonskampanje med flere instrumenter basert på jorden eller i verdensrommet ( Hubble ) ble lansert i slutten av 2011 i et forsøk på å få mer informasjon om det plutoniske systemet. I tillegg er det utviklet en alternativ bane, lenger fra Pluto, men med mindre risiko for kollisjon, i tilfelle observasjonene som ble gjort identifisere en betydelig risiko.
Kontinuerlige observasjoner av det plutoniske systemet begynner seks måneder før overflyging av Pluto, og overføring av innsamlede data må avsluttes ni måneder etter overflyging (og faktisk vil den avsluttes den 23. oktober 2016). Det detaljerte forløpet av observasjonene ble definert i 2001-2003 for så vidt det hjalp til med å definere romfølerens generelle arkitektur, plasseringen av vitenskapelige instrumenter samt testene og kvitteringene som ble utført under integreringen av sonden. Romlig og etter dens lansering. Forløpet av observasjonene er delt inn i fire faser: den første fasen begynner ijanuar 2015når LORRI-instrumentet begynner å kunne ta bilder av Pluto som gjør det mulig å skille strukturer. Når datamengden vokser til det punktet at den ikke kan overføres så raskt som den samles inn, begynner den fjerne flyby-fasen. Den tredje fasen, som er definert som den der instrumentene er i stand til å oppfylle hovedmålene for oppdraget, begynner 13 timer før overflyget og slutter 5 timer etter det. Til slutt tillater den fjerde fasen der sonden beveger seg bort fra Pluto, begrensede observasjoner.
Observasjoner i innflygingsfasen (desember 2014 - juli 2015)De 6. desember 2014, New Horizons er definitivt trukket ut av dvalemodusen den har vært i, nesten kontinuerlig, de siste syv og et halvt årene. Romsonden har gått 4,8 milliarder kilometer, og er 220 millioner kilometer fra Pluto. Romfartøyets tilstand, spesielt instrumentene, blir sjekket. De4. januar, er instrumentene pekt mot 2011 KW 48 (ex-VNH0004), et Kuiper-objekt mindre enn 100 km i diameter, som ligger i den enorme avstanden på 0,5 AU fra romtesonden. Hvis detaljerte bilder er ekskludert gitt avstanden, kan disse observasjonene avsløre eksistensen av satellitter, og gi indikasjoner på rotasjonen og utseendet til de forskjellige halvkulene. Imidlertid er ingen resultater publisert.
I januar 2015, seks måneder før overflytningen av Pluto, begynn kontinuerlige observasjoner av planeten og dens satellitter, med instrumentene Ralph / MVIC, Ralph / LEISA, LORRI og Alice. LORRI-kameraet må bestemme, nærmere bestemt, banene og bevegelsene til Plutos satellitter: Målet er å avgrense programmet som er ansvarlig for å peke instrumentene under overflygingen, som vil finne sted uten at bakkenes lag kan grep inn. De andre instrumentene brukes til målinger av det interplanetære mediet, noe som kan gjøre det mulig å karakterisere Kuiper-beltet bedre , som romsonden nå har trengt inn i: høyenergipartikler, støvkonsentrasjoner. På denne avstanden tillater LORRI en optisk oppløsning på 900 km / piksel, identisk med det som oppnås med Hubble- teleskopet . Det første bildet som viser paret Charon - Pluto ble tatt25. januar. Mellom slutten av januar og begynnelsen av februar blir de små månene (omtrent 100 km i diameter) Nix og Hydra i sin tur fotografert med LORRI-kameraet. Bildene som ble tatt, gjorde det mulig å beregne romfølerens fremtidige bane og mer nøyaktig8. marsdens rakettmotorer avfyres i 93 sekunder, og endrer hastigheten på 1,14 m / s (hastigheten på romfartssonen er da 14,5 km / s ). Denne korreksjonen endrer overflyvningsavstanden til Pluto med 3442 km . I begynnelsen av mai blir de minste månene Pluto, Kerberos og Styx , mindre enn 30 km i diameter, oppdaget av LORRI-kameraet, etter lange eksponeringsøkter i en avstand på 88 millioner kilometer.
Siden instrumentene ble aktivert, har det blitt tatt sekvenser med bilder av Pluto over en periode på 6,5 dager, tilsvarende dvergplanetens rotasjonsperiode, for å kunne etablere et komplett kart over overflaten. Denne 6,5 dagers sekvensen gjentas hver gang oppløsningen forbedres med 50%, dvs. 100, 66, 44, 28, 19, 12 og 6 dager før overføringsdatoen for Pluto. Dataene som samles inn gjør det mulig å oppdage tidsmessige evolusjoner, få tak i kart og spektre. De brukes også til å foredle banene, og derfor massene, til Pluto og dens satellitter, samt muligens oppdage måner som ikke ville blitt oppdaget av jordiske teleskoper. Den siste sekvensen, som starter seks dager før flyby, gir bildene og spektrene den beste oppløsningen, inkludert den andre siden av flyby, som er fotografert 3,2 dager før flybyen. SWAP-instrumentet begynner sine observasjoner av solvinden mellom 27 og 54 dager før flyby, mens PEPPSI prøver å oppdage ioner som rømmer fra Plutos atmosfære noen dager før flyby.
På slutten av en syv ukers observasjonskampanje for det plutoniske systemet, utført med LORRI-kameraet, bestemmer NASA at 1 st juli, for å beholde den optimale banen. Det ble ikke observert noen veldig små støvskyer, ringer eller måner på stien som romføleren må ta under flyet. De4. juli, skifter romsonden til “lagre” modus og avbryter alle vitenskapelige observasjoner. Opprinnelsen til problemet blir raskt identifisert. Datamaskinen ble utsatt for overbelastning: operatørene på bakken overførte alle kommandoene som vil bli lenket, mellom 7 og 16 uten inngrep fra bakken, men samtidig ble det bedt om at datamaskinen komprimerte vitenskapelige data på lager, før de overføres til jorden. Begge oppgavene går utenfor datamaskinens muligheter, og datamaskinen går i lagringsmodus og ber om ytterligere instruksjoner fra jorden. Disse overføres, og vitenskapelige observasjoner gjenopptas7. juli.
Kryssing av det plutoniske systemet (14. juli 2015)Starter 7. juli og til 15. julikjøres datamaskinen om bord en sekvens av programmerte operasjoner (orientering av romsonden for å peke instrumentene mot målet, aktivering / deaktivering av instrumentene osv.) uten inngrep fra operatørene på bakken. Tretten timer før overflyging av Pluto, som foregår den14. juli 2015på 11 h 59 UTC begynner observasjon fase som fyller de viktigste målene for oppdraget. LORRI tar først bilder av Pluto og Charon, som deretter okkuperer hele instrumentets optiske felt, med en oppløsning på 2 til 3 km / piksel . Det meste av de neste syv timene brukes av Alice-instrumentet til å utføre atmosfæriske luminescensspektre for å bestemme sammensetningen av planetens atmosfære. Delvise bilder er tatt av LORRI, før Ralph / LEISA tegner et kart over overflatesammensetningen, tre timer før overflyget, med en oppløsning på 10 km / piksel . Alice blir deretter brukt til å observere overflaten av Pluto og Charon. Halvannen til to timer før overflytingen utfører Ralph / LEISA en annen, redundant kartlegging av overflatesammensetningen, med en oppløsning på 5 til 7 km / piksel . Deretter produseres panchromatiske og fargekart over Pluto og Charon, i høy oppløsning og i infrarød, rett før flyturen over dvergplaneten.
New Horizons flyr over Pluto videre14. julitil 11 t 59 UTC til 11 095 km avstand, en relativ hastighet på 13,78 m / s , og passerer så nærmest Charon 12 h 13 , i en avstand på 26,926 km . Umiddelbart etter å ha flydd over det plutoniske systemet, finner romføler seg på siden av det uopplyste ansiktet til Pluto og dets måner. I løpet av de neste to timene er Pluto og Charon i stand til å skjule solen ( 12 timer 48 til Pluto og 14 timer 17 til Charon sett fra romfartøyet og jorden (ett til to minutter etter mørkleggingen av solen, fordi på dette avstand, jord og sol utgjør bare en vinkel på 0,24 °). Disse okkulasjonene brukes til å måle dopplerforskyvningen med REX (okkultasjon av jorden), og den atmosfæriske luminescensen med Alice (okkultasjon av solen), slik at man kan bestemme sammensetningen og strukturen i atmosfæren, samt temperaturen.
22 timer etter å ha flydd over det plutoniske systemet, ble 15. julived 0 t 52 UTC mottar bakkeoperatører de første dataene som bekrefter at observasjonsprogrammet assosiert med overføringen foregår nominelt. Noen vitenskapelige data fra PEPSSI-instrumentet overføres også. Overføring av tre detaljerte bilder av Pluto, samt et globalt bilde av hver av kroppene i det Plutonian-systemet, er planlagt til neste dag, med noen data fra REX, Alice og SWAP.
Slutt på observasjoner av det plutoniske systemet og overføring av data samlet inn under flybyen (15. juli 2015 - november 2016)Observasjoner av det plutoniske systemet fortsetter tretti dager etter flyby, spesielt studiet av solvinden med SWAP, og den atmosfæriske flukten med PEPSSI. Dataene som er samlet i nær observasjonsfaser, som vil ha blitt lagret i masseminnet , overføres i hovedsak til bakkestasjoner på jorden fra starten.september 2015. For bildene, som representerer det største datamengden, vil et første prioriteringsarbeid utføres av bakkenes team i september, ved å bruke miniatyrbilder (bilder i redusert format) for å bestemme rekkefølgen på utsendelsen. På grunn av strømningshastigheten begrenset av avstanden som skiller sonden fra planeten vår, slutter overføringen av de innsamlede dataene seksten måneder etter overflyget, det vil si inovember 2016.
Ekte fargebilde av Pluto (det lyseste objektet) og Charon, tatt av New Horizons , the14. april 2015.
Ekte fargefotografi av Pluto tatt av New Horizons den3. juli.
Pluto fotografert av LORRI-instrumentet den 11. juli.
Falske fargebilder tatt på 13. juli med Pluto til venstre og Charon til høyre (kontrasten forsterkes for å fremheve de forskjellige geologiske sonene).
Etter å ha flydd over Pluto krysser New Horizons Kuiper Belt , som strekker seg fra 30 til 55 astronomiske enheter fra solen, og studiet av det er det andre målet for oppdraget. Overflyging av minst ett transneptunisk objekt er planlagt. Men når den lanseres, er ingen lokalisert nær nok til romfølerens kurs. En intensiv astronomisk observasjonskampanje ble gjennomført i løpet av det neste tiåret. Først i 2014, etter en eksepsjonell mobilisering av ressurser, ble endelig et mål funnet.
Observasjoner av andre gjenstanderSonden var i stand til å ta noen bilder av relativt nære gjenstander, for eksempel i november 2015 og i april 2016av (15810) Arawn , en kvasi-satellitt av Pluto, som gjorde det mulig å ha noen fysiske detaljer som rotasjonsperioden, den var da 111.000.000 km fra sonden.
Søker etter et mål i KuiperbeltetDa oppdraget ble lansert, i 2006, var det ikke kjent noe transneptunistisk objekt innen rekkevidde av New Horizons i Kuiper-beltet , gitt de få drivstoffene som romsonden vil ha etter å ha krysset Pluto. Men de ansvarlige for oppdraget stoler på funnene i tiåret som må gå mellom lansering og kurskorreksjonen som må gjøres for å lede romfartøyet til det andre målet. De anslår på det tidspunktet at romtesonden har en 50% sannsynlighet for å passere innenfor rekkevidden til et himmellegeme 72 km i diameter, eller mer enn 95% av å passere nær et objekt 45 km eller mer. Denne sannsynligheten når sitt maksimale i en avstand på 42 AU fra solen, som tilsvarer den høyeste konsentrasjonen av objekter i Kuiperbeltet, et område som skal krysses mellom årene 2018 og 2019. Gitt den nesten perfekte navigasjonen av sonden, etter å ha krysset det Plutonian-systemet har det nok drivmidler til å endre banen med 130 m / s , noe som gjør det mulig å avvike med en vinkel på mindre enn 1 ° fra ruten den følger på tidspunktet for overflyging av Pluto. Men etter åtte år med forskning utført av astronomer, har det astronomiske samfunnet i Kuiperbeltet ikke oppdaget noen potensielle mål . Fristen for et utnyttbart funn er sommeren 2014. For å organisere en avtale er det nødvendig å kjenne bane til objektet som er overfylt, noe som antar å gjøre to observasjoner på ett års intervall. Den første observasjonen må derfor finne sted senest sommeren 2014, slik at sonden kan rettes mot sitt andre mål etter overflyging av Pluto ijuli 2015.
Oppdagelsen av et transneptunisk objekt innenfor romfølerens rekkevidde er ikke lett, fordi gjenstandene til Kuiper-beltet ikke er så mange (omtrent 1000 oppdaget i et enormt volum) og er svært vanskelig å finne. På grunn av deres liten størrelse og deres avstand (noen titalls UA). Imidlertid ble betydningsfulle midler brukt for å oppdage et mål: mellom 2011 og 2013 ble det gjennomført en intens observasjonskampanje (varer 84 timer) ved hjelp av instrumentene Subaru , Magellan og Keck , som er blant de kraftigste terrestriske teleskopene: 52 nye gjenstander som tilhører Kuiper-beltet blir oppdaget, men ingen er innenfor rekkevidden til New Horizons : det nærmeste krever å utføre en delta-v-variasjon på 200 m / s , en manøvre som krever en mengde drivmidler større enn mengden som fremdeles er tilgjengelig i sonden.
Etter mislykket resultat av forskning fra bakkebaserte observatorier, laget New Horizons- applikasjonen våren 2014 et observasjonsvindu på romteleskopet Hubble , fordi det sparer 1,6 styrke med sin posisjon i rommet. Det blir bedt om en observasjonstid på 200 baner (~ 300 timer). Denne varigheten skyldes en statistisk hypotese basert på tidligere funn. I følge denne hypotesen skal det være en 94% sjanse for at en observasjon av denne varigheten vil avsløre et mål innenfor rekkevidde. Prosjektlederne foreslår, for å oppnå enighet fra Space Telescope Science Institute , som tildeler observasjonstiden til Hubble , å utføre en første observasjon på 40 baner (~ 60 timer) som, ifølge hypotesen, skal tillate oppdagelsen. av to nye gjenstander i Kuiperbeltet. Hvis funnene som gjøres takket være denne observasjonstiden, bekrefter den statistiske modellen, vil de be om tildeling av de 160 ekstra banene (~ 240 timer). Hvis forskningen mislykkes, foreslår New Horizons-teamet at romføleren skal brukes til å fjernobservere et antall gjenstander i Kuiper-beltet etter sin flytur over Pluto, for å etablere en modell for distribusjonen. Mer presis. Pilotobservasjonsfasen begynner omjuni 2014. På slutten, den1 st juli, ble to nye gjenstander oppdaget i Kuiperbeltet, som spådd av New Horizons- teamet . Følgelig tildeler ledere av romteleskopet den forespurte observasjonstiden på 160 komplementære baner. Til slutt, ioktober 2014, kunngjør New Horizons-teamet at det har oppdaget minst ett mål at romfartssonden sikkert er i stand til å fly over, gitt drivstoffreservene den har. To andre potensielle mål, med samme diameter og plassert i praktisk talt like stor avstand, blir fortsatt studert.
Målvalg (august - desember 2015)Det forhåndsvalgte målet, 2014 MU 69 , alias PT1 (for potensielt mål 1 , " Potensielt mål 1 " på engelsk), utgjør den foretrukne kandidaten, fordi sannsynligheten for at romfartssonden kan nå det, med tanke på reserven av drivstoff tilgjengelig, er 100%. Den har en diameter på 30 til 45 kilometer, ligger i en avstand på 43,4 AU fra solen, og dens tilsynelatende styrke er 26,8. Manøvreringene som er nødvendige for å nå den, skal bare forbruke 56 m / s (hvis de utføres ioktober 2015), eller 60 m / s (hvis utført i desember), dvs. litt over en tredjedel av romfølerens drivstoffreserve tilgjengelig for denne manøveren ( 130 m / s ). Den andre av de to potensielle objektene for denne flybyen er 2014 PN 70 (PT3), som imidlertid krever en hastighetsendring på 116 m / s i oktober og 122 m / s i desember. PT3 hadde fordelen av å være lysere, derfor av å tillate en mer presis bane, av å utvilsomt være større og av å være lenger borte fra solen sett fra jorden på tidspunktet for flyby, noe som ville lette en samtidig observasjon fra jorden og av romsonden. PT3 har en bane nær PT1 og er, i likhet med sistnevnte, en del av de "kalde" transneptuniske objektene som utgjør hovedkontingenten til disse legemene.
Banen og målet er valgt av august 2015, og fire sondemanøver blir utført i oktober og november 2015, for å plassere New Horizons på en avlyttingsbane. Den siste varer tjue minutter. Dette er de fjerneste manøvrene som noensinne er utført på en maskin av menneskelig opprinnelse.
Sommer 2017 observasjonskampanjeEn intens observasjonskampanje gjennomføres i juni og juli 2017, for å bestemme mer nøyaktig egenskapene til 2014 MU 69 . Prosjektgruppen ønsker å dra nytte av trestjerners okkultasjoner av MU69, som forekommer med seks ukers mellomrom. Terrestriske, antenne ( NASA SOFIA teleskop ) og romteleskoper mobiliseres for å utføre disse observasjonene og, hvis mulig, for å bestemme mer presist størrelsen, baneegenskapene, formen, tilstedeværelsen av ringer, støv eller muligens av satellitter. Disse observasjonene finner sted den3. juni, 10. juli og 17. juli 2017. Resultatene indikerer at 2014 MU 69 er mindre enn forventet, og at den enten er en eggform mindre enn 30 km lang, eller et binært system som består av to kropper hvis største lengde ikke overstiger 15 til 20 km .
New Horizons-prosjektgruppen bestemmer seg for å gi et mer meningsfylt dåpsnavn til Kuiper 2014- objektet MU 69 og starter inovember 2017en innkalling til forslag fra publikum. Fra en liste som kommer fra publikums forslag, blir navnet på Ultima Thulé beholdt. Thule var i middelalderen en mytisk øy som ligger på de nordlige grensene, utenfor den kjente verdenen. Navnet refererer til det faktum at New Horizons, ved å gjøre sitt flyby, vil oppdage en verden som hadde holdt seg utenfor rekkevidden til romoppdragene som ble utført til da. Dette er et midlertidig kallenavn, NASA vil etter flyby foreslå et offisielt navn til UAI ( International Astronomical Union ), hvis oppdrag er å utpeke de nye himmelobjektene.
Oversikt over (486958) Arrokoth (1 st januar 2019)Samlingen av vitenskapelige data om Kuiper-objektet fortsetter på samme måte som for det plutoniske systemet, men flybyen er mye vanskeligere. Faktisk er banen kjent med begrenset presisjon, som pålegger sen korrigering av banen, delvis basert på plasseringen av (486958) Arrokoth , da kallenavnet Ultima Thule, ved hjelp av de optiske midlene som bæres av romsonden. Kuipers gjenstand ble først oppdaget på bilder tatt av romfølerens LORRI-kamera på16. august 2018mens New Horizons ligger 172 millioner kilometer fra målet. Flyby består av tre faser. I løpet av den første såkalte tilnærmingsfasen som strekker seg fra16. august og gå til 24. desember, New Horizons tar bilder med kameraene sine for å bestemme tilstedeværelsen av ringer eller måner som kan generere støv som kan sette romfartøyet i fare. Hovedfasen går fra24. desember på 2. januarog konsentrerer det meste av den vitenskapelige datainnsamlingen på de to dagene rundt overflygingen. Bilder er tatt for å bestemme topografi mens spektrografen bestemmer de kjemiske elementene som utgjør overflaten. Den siste fasen strekker seg over 20 måneder og brukes til å overføre dataene som er samlet inn under flyby. Operasjonene som utføres under overflygingen skjer helt automatisk fordi instruksjonene utarbeidet av oppdragskontrollsenteret tar mer enn 6 timer å komme til romsonden. Arrokoth er mørkere enn Pluto, og LORRI-kameraet var ikke designet for å ta bilder under disse lysforholdene. For å oppnå tilstrekkelig detaljnivå, må flyover gjøres på en mye nærmere avstand (Arrokoth er mye mindre enn Pluto), noe som resulterer i en mye raskere rulling av det fotograferte motivet.
New Horizons flyr over (486958) Arrokoth the 1 st januar 2019til 5 t 33 TU i en avstand på 3500 km med en hastighet på 14,43 km / s . På tidspunktet for flyturen var Jorden 6,62 milliarder kilometer unna. Fire timer etter dette mottar bakkekontrollen de første dataene om fremdriften: 50 gigabit data (ca. 6,25 gigabyte) ble registrert i løpet av denne korte passasjen. Tatt i betraktning redusert hastighet (1 kilobit / sekund) og den begrensede tilgjengelige energimengden, bør overføring av disse dataene ta 20 måneder og vare opptilSeptember 2020. I følge et første bilde med lav oppløsning, mottatt dagen etter flyby, består Arrokoth av to nesten sfæriske kropper av ulik størrelse sveiset til hverandre og med form av en snømann. Dette er et spesielt godt bevart eksempel på en kontakt binær kropp . Påvirkningen må ha blitt gjort med relativt lav hastighet (noen få km / t). Disse binærene er veldig vanlige blant kometer (f.eks. 67P / Tchourioumov-Guérassimenko ) som har samme opprinnelse som Arrokoth. Helheten er 33 km høy for en maksimal bredde på 15 km. De to elementene fikk foreløpig kallenavnet Ultima for den større og Thule for den mindre, dette kommer fra det foreløpige navnet. Rotasjonsperioden målt kort før overflyging er omtrent 15 timer. Overflaten ser ut til å være blottet for store kratere. Den har en rødaktig farge, lik den på hetten på Nordpolen i Charon, og som utvilsomt skyldes tilstedeværelsen av organiske materialer av tolin- typen . De synlige egenskapene ser ut til å indikere at dette objektet til Kuiper-beltet ble opprettet helt i begynnelsen av dannelsen av solsystemet og at det beholdt sine opprinnelige egenskaper.
Misjonens slutt (2019-2025): foreløpigI mars 2019måtte sonden passere innen 0,1 astronomisk enhet fra 2014 PN 70 (objekt den kunne ha besøkt) og måtte fotografere den.
New Horizons ' oppdrag kan fortsette til2025, dato da romfartssonen vil ha nådd avstanden fra 50 til 60 au der Kuiper-beltets ytre grense er plassert , utover hvilken man bare finner de spredte objektene hvis tetthet gjør det umulig å overflyge.
Oppdragets prosjektgruppe håper å finne et tredje mål for romsonden i Kuiperbeltet. Denne oppdagelsen kan være vanskelig gitt de spesielt viktige ressursene som måtte mobiliseres for å finne (486958) Arrokoth (Ultima Thule). Imidlertid bør sonden selv oppdage objektet den kan besøke. Hun bør analysere bildene hun vil ta og kunne oppdage en gjenstand med for lavt lys til å bli sett fra terrestriske teleskoper; å sende bildene til jorden for analyse ville ta altfor lang tid, gitt sondens utslippskapasitet. Denne studien kan bare starte etter fullstendig overføring av data om (486958) Arrokoth, som skal ta omtrent 20 måneder. NASA kunngjør at forskning startet i slutten av 2020, Hubble-teleskopet kunne brukes. Dette nye målet skal oppdages i løpet av de neste par årene før romføler forlater den tette regionen til Kuiperbeltet. I tillegg finansieres oppdraget for øyeblikket bare til tidlig i 2021. Overflyging av et annet objekt av Kuiper-beltet vil derfor kreve at oppdragets utvidelse blir gitt av det amerikanske romfartsorganet.
I januar 2018, New Horizons og Voyager-teamene møttes for å legge grunnlaget for et mulig samarbeid for observasjon av heliosfæren ; instrumentene og posisjonen til de tre skipene kan utfylle hverandre minst til 2025 og muligens til 2027 , da mengden energi som er igjen i Voyager- sonder ikke lenger vil være tilstrekkelig til å holde dem i drift.
Innen 2032 , når New Horizons vil være lokalisert rundt 82 AU, vil den gjenværende effekten i romfartøyet være 150 watt, det minste som kreves for å holde det i drift. Selv om det sannsynligvis er mulig å presse disse teoretiske grensene tilbake, vil sonden definitivt ikke lenger være i drift når den når avstanden til 120 astronomiske enheter.
Pluto er et transneptunisk objekt som har det spesielle å danne et dobbelt system med Charon . Ingen kropp i solsystemet som har noen av disse to egenskapene, har hittil blitt studert in situ av et romfartøy. Så forskere forventet å finne en verden med originale egenskaper. De første observasjonene går langt over forventningene på dette området. Pluto, som Charon, presenterer unge overflater, praktisk talt blottet for kratere, med tilsynelatende strukturer som er både originale og mangfoldige. Pluto er tydeligvis en fremdeles geologisk aktiv planet, med mer enn 3 km høye isvann , som ingen tidligere observasjoner i solsystemet kan forklare, gitt størrelsen på planetens dverg og fraværet av tilstrekkelig kraftige tidevannskrefter . Den første offisielle publiseringen av misjonens resultater i et vitenskapelig tidsskrift finner sted ioktober 2015.
De første bildene av Pluto tatt av romsonden viser et veldig lyst område ved en pol, et mørkt bånd ved ekvator og områder med mellomfarge. Foreløpige resultater kunngjøres den12. juli 2015. Plutos diameter måles med forbedret nøyaktighet og vurdert til 2370 ± 20 km . Pluto har en polarhette som består av isark av metan og nitrogen. De mørke områdene har en helt annen sammensetning fra polarhettene, med mye lavere tilstedeværelse av metan. Det siste bildet av Pluto tatt av LORRI og RALPH 13. juli, dagen før flyby, viser en planet med veldig varierte terrengtyper, som viser noen tilsynelatende egenskaper ved Iapetus- satellitten til Saturn og Triton- satellitten til Neptun . Få kratere er synlige.
Fjell med vannisDet første nærbildet, tatt under flyby og mottatt på jorden den 15. juli, viser en overflate uten slagkratere, og derfor utvilsomt ung (under 100 millioner år gammel). Høye fjell på rundt 3300 meter, uformelt kalt Norgay Montes , vises på bildet. Disse kan ikke bestå av ismetan, karbonmonoksid eller nitrogen, fordi disse materialene ikke er sterke nok til å danne så høye topper. De består utvilsomt av vannis som danner dvergplanetens kappe. Relieffer av denne typen har hittil bare blitt observert på isete satellitter av gassformede planeter, og er resultatet av tidevannskrefter generert av disse gigantiske planetene. Her er en annen mekanisme på jobb, men det gjenstår å avgjøre. Forskere utelukker innflytelsen fra tidevannskrefter generert av Charon, gitt størrelsen. To spor blir fremkalt: oppløsningen av radioaktive materialer, som thorium eller uran som er tilstede i silikater , som fremdeles spiller en rolle i jordens tilfelle, men hvis innflytelse vanligvis anses å være ubetydelig etter fire milliarder år på verdener på størrelse med Pluto. Den andre forklaringen antar at det eksisterer et hav under den isete kappen, som ved å miste den latente varmen vil være opprinnelsen til overflatens bevegelser.
Tombaugh RegioEn veldig lys, hjerteformet region, uformelt kalt Tombaugh Regio etter oppdageren av Pluto, passer mellom tilsynelatende veldig mørke områder ved ekvator. Materialet som dekker overflaten er ikke jevnt: i sin venstre halvdel dominerer karbonmonoksid, med større akkumulering mot sentrum av denne sonen. Prosessen bak denne oppbyggingen er ikke kjent. Et nærbilde av hjertet viser et vanlig kalt Sputnik Planum, som består av et sett med polygonale områder 20 km brede avgrenset av smale fordypninger, hvorav noen inneholder mørkt materiale, mens andre ser ut til å være omgitt av åser som stiger over terrenget rundt. Fordypningene kan stamme fra en sammentrekning av overflaten, men de kan også skyldes en konvektiv prosess som stammer fra den indre varmen til Pluto. Mot sørøst viker det flate terrenget for en region som er full av topper, som kan ha blitt dannet av sublimeringsprosessen som gjør is til gass uten å gå gjennom en mellomliggende væskefase. Nitrogen, metan og karbonmonoksidis forblir flytende under temperaturforholdene på Pluto, i motsetning til vannis. Dermed, nord for Sputnik Planum, viser bildene som er tatt isbreer av nitrogenis som strømmer fra et kaotisk terreng, lenger nord, mot denne sletten, og beskriver voluter som omgår hindringer. På samme måte, sør for Sputnik Planum, strømmer eksotisk is (ikke vannis) rundt fjellkjeder kalt Hillary og Norgay (oppkalt etter vinnerne av Mount Everest) og kommer til å fylle kratere med stor innvirkning.
Pluto fotografert av LORRI- og RALPH-instrumentene på 13. juli 2015.
Nærbilde av Pluto (ca. 300 × 300 km ), tatt på14. juli 2015 på tidspunktet for flyby.
Sørlige del av Sputnik Planum på Pluto: eksotisk is strømmer mellom Hillary og Norgay-massivene og fyller spesielt det store kommenterte krateret med en diameter på 50 km .
Tilstedeværelsen av en atmosfære på Pluto er kjent siden 1988. SWAP-instrumentene og PEPSSI bekreftet at hastigheten på atmosfærisk utslipp av Plutos atmosfære er spesielt høy. Den Solvinden er utvilsomt på opprinnelsen av prosessen, ved å utføre de ioniserte partikler av Plutoske atmosfære (ubeskyttet for manglende magnetisk felt) mot den bestemte banen . Forskere estimerer, basert på data samlet inn av New Horizons-instrumenter, at rømningshastigheten er 500 ganger den for planeten Mars . Atmosfæren som ble rekonstituert ved sublimering av materialer fra overflaten til dvergplaneten, ville denne prosessen ha forårsaket siden dannelsen av Pluto en reduksjon i diameteren på 6 kilometer.
På grunn av Plutos elliptiske bane, når den beveger seg vekk fra Solen, avkjøles atmosfæren, kondenseres og blir utfelt til bakken, i form av is, og til slutt forårsaker dens totale forsvinning. Til planeten nærmer seg stjernen vår igjen. Mens Pluto gradvis har beveget seg bort fra Solen siden 1989 , antydet observasjoner de siste årene fra Jorden en økning i atmosfæretrykket, i strid med denne hypotesen. REX-instrumentet gjorde det mulig å bestemme trykket på overflaten av Pluto, ved å måle Doppler-effekten av radioutslipp fra New Horizons som passerte gjennom Plutos atmosfære rett før jorden ble tilslørt av dvergplaneten. Trykket målt med REX er to ganger lavere enn verdien som ble gitt av observasjoner gjort fra jorden i 2013 . Denne variasjonen ser ut til å indikere at fly av New Horizons sammenfaller med atmosfærens forsvindingsfase. For noen forskere er tilfeldigheten overraskende, og disse konklusjonene må bekreftes.
Et bilde tatt på tidspunktet for okkulasjonen av solen av Pluto, gjorde det mulig å markere tilstedeværelsen av tåke opp til en høyde på 130 km , godt over det som var forventet (30 km ), gitt forholdene temperatur og trykk. Det samme bildet gjør det mulig å skille mellom to atmosfæriske lag med forskjellige egenskaper, fra 0 til 80 km høyde og fra 80 til 130 km . Denne disen er en ledetråd til den komplekse kjemien som utspiller seg i Plutos atmosfære. Ultrafiolett stråling fra solen samhandler med metanmolekyler i atmosfæren og danner komplekse hydrokarboner i det øvre laget av atmosfæren. Det danner molekyler som etylen eller acetylen . Disse molekylene passerer inn i det nedre laget av atmosfæren, hvor de kondenserer til is og gir tåke. Ultrafiolett stråling samhandler med disse molekylene for å danne toliner , hvis karakteristiske rød / brune fargede avleiringer er synlige på overflaten av Pluto.
Charon , som Pluto, viser en ung overflate med få kratere og mange formasjoner, noe som tyder på at den er geologisk aktiv til tross for sin lille størrelse. En 6-10 km dyp og lang kløft er synlig nær stangen, samt ytterligere 5 km dyp kløft . En rekke klipper og fordypninger følger hverandre fra nordøst til sørvest over mer enn 1000 km , som kan ha blitt skapt av en intern prosess. Under disse formasjonene antyder et praktisk talt flatt og svakt kraterert terreng at det nylig har blitt dukket opp igjen. En mørk region kalt Mordor dekker polen og er omgitt av rødaktig terreng. Den mørke fargen kan skyldes et tynt lag med materiale, ettersom lettere terreng ser ut på stedet for de synlige kratere.
Et nærbilde av et område av månen nær terminatoren viser veldig glatt terreng med skarpt trukket slagkratere og lange sprekker. Disse sprekkene ligner månesprekker som stammer fra avkjølingen og deretter sammentrekningen av veldig flytende lava som hadde spredt seg på overflaten. Et isolert fjell som ligger i en veldig dyp depresjon, fascinerer planetologer fordi dets dannelse forblir uforklarlig og denne typen formasjon har aldri blitt observert i solsystemet. Ingen atmosfære ble oppdaget av Alice-instrumentet.
Foto av Charon tatt 14. juli, med et nærbilde skutt av LORRI-kameraet i kassetten.
Ingen atmosfære ble oppdaget av Alice sur Charon-instrumentet: okkultasjon av solen av Charon resulterer i tap av signal uten overgang (vertikal variasjon i lysintensitet) i motsetning til Pluto (se illustrasjonen ovenfor).
Et første bilde av Hydra med noen få piksler kan tas. Langstrakt (43 × 33 km ), overflaten består hovedsakelig av vannis. Et like sterkt pikselert bilde av Nix blir gjengitt noen dager etter flyby. Den bekrefter lengden på 40 km og den langstrakte formen til denne lille satellitten.
Oversikten over Pluto gjør det mulig å avgrense hovedegenskapene til Pluto sine små måner (oppsummert i tabellen nedenfor). En av de mest overraskende tingene som er oppdaget av romsonden, er at i motsetning til de fleste satellitter på planetene i solsystemet (og Charon), roter ikke Pluto sine små måner synkront med Pluto (de har ikke alltid samme ansikt til dvergen planet). Spesielt går Hydra , den ytterste satellitten, i bane rundt Pluto på 38 dager, mens den snurrer rundt på 10 timer. Helningen på polaksen er også atypisk: Styx har en helning på 82 ° og aksen til Nix er til og med tilbaketrukket med 132 ° , noe som betyr at månen vender seg motsatt retning av sin bevegelse rundt Pluto . I tillegg har Nix rotasjonshastighet redusert med 10% siden oppdagelsen. Til tross for disse egenskapene, mener forskere, gitt deres utseende nær Charon og Pluto, at små måner dannet inne i det plutonske systemet uten tvil, i det minste for Nix og Hydra, som et resultat av sammensmelting av små kropper som resulterte fra fragmenteringen av eldgamle måner av Pluto. Overflaten til Nix og den til Hydra har flere små kratere, men det er ingen lag eller tilsynelatende bergsklier. Søket etter andre Pluto-satellitter har ikke gitt noen nye funn, og hvis det er en, må den være veldig liten.
Måne | Tilsynelatende styrke | Masse | Dimensjoner | Orbitalradius | Omløpstid | Antall rotasjoner per bane |
---|---|---|---|---|---|---|
Styx | 27 | 10 × 5,3 km | 42 656 ± 78 km | 20,2 dager | 6.22 | |
Nix | 23.5 | 54 × 41 × 36 km | 48 694 ± 3 km | 24,9 dager | 13.6 | |
Kerberos | 26.4 | 12 × 7,5 km | 57783 ± 19 km | 32,2 dager | 6.04 | |
Hydra | 23 | 43 × 33 km | 64 738 ± 3 km | 38,2 dager | 88.9 |
New Horizons samlet inn data under flybyen til (486958) Arrokoth .
SWAP- instrumentet gjorde det mulig å estimere tettheten til hydrogenatomer nær solsystemet til 0,127 ± 0,015 cm -3 .