Vesmírná sonda New Horizons
Organizace | NASA |
---|---|
Stavitel | Laboratoř aplikované fyziky a SwRI |
Program | Nové hranice |
Pole | Studium plutonského systému a Kuiperova pásu |
Typ mise | Přehled |
Postavení | Provozní |
Ostatní jména | Průlet New Horizons Pluto Kuiper Belt |
Spouštěč | Atlas V -551 |
Identifikátor COSPAR | 2006-001A |
Planetární ochrana | Kategorie II |
Stránky | pluto.jhuapl.edu |
Začátek designu | 2001 |
---|---|
Zahájení | 19. ledna 2006 |
Přehled z Jupiterova systému | 28. února 2007 |
Přehled plutonského systému | 14. července 2015 |
Přehled (486958) 2014 MU 69 | 1. st January je 2019 |
Konec mise | Kolem roku 2025 |
Mše při startu | 478 kg |
---|---|
Hromadné nástroje | 30 kg |
Ergoly | Hydrazin |
Hmota hnacího plynu | 77 kg |
Δv | 400 m / s |
Kontrola postoje | 3osá stabilizovaná |
Zdroj energie | Radioizotopový termoelektrický generátor |
Elektrická energie | 255 wattů |
Sklon | 2,23014 ° |
---|---|
Excentricita | 1,41905 |
Alice | Ultrafialový spektrometr |
---|---|
Ralph / LEISA | Infračervený zobrazovací spektrometr |
Ralph / MVIC | Barevný imager |
LORRI | Zobrazovač s vysokým rozlišením |
PEPSSI | Detektor energetických částic |
SWAP | Analyzátor slunečního větru |
REX | Rozhlasová věda |
SDC | Detektor prachu |
New Horizons (francouzsky„ New Horizons “) je sondaamerickévesmírné agentury(NASA), jejímž hlavním cílem je studium trpasličí planetyPlutoa jejích satelitů, které bylo provedeno v polovině července 2015, poté po mírné trajektorii modifikace, mohla prozkoumat Arrokoth , další těleso vKuiperově pásu, a mohla by případně studovat další (dosud neobjevené). New Horizons je prvnívesmírnou misíprozkoumat tuto oblastsluneční soustavy. Vzhledem k jejich odlehlosti máme velmi málo informací o tamních nebeských tělesech, protože jsou sotva viditelné těmi nejlepšími dalekohledy. Jejich vlastnosti však pravděpodobně poskytnou důležité informace o procesuformování sluneční soustavy.
Kosmická loď New Horizons byla navržena pro provoz v drsných podmínkách v této oblasti, daleko od Země a slunce . Architektura kosmické lodi a průběh mise tedy zohledňují nízkou úroveň slunečního záření, které vyžaduje použití radioizotopového termoelektrického generátoru a zesílené tepelné izolace , omezenou propustnost telekomunikací (1 kb / s ) a dobu trvání tranzit ke svému cíli (více než devět let), což vyžaduje vysokou spolehlivost kritických komponent. Sedm palubních vědeckých přístrojů zahrnuje kameru pracující ve viditelném světle a infračerveném záření , zobrazovací ultrafialový spektrometr , kameru s teleobjektivem , dva spektrometry určené k měření chemického složení cílů, experiment s rádiovým zakrytím a počitadlo rychlosti. prach. Ty by měly umožnit charakterizovat geologii , povrchové struktury, složení půdy a její teplotu, strukturu a složení atmosféry přelétaných nebeských těles.
Kosmická sonda byla vypuštěna dne 19. ledna 2006vysoce výkonnou raketou Atlas V -551. New Horizons letěl nad Jupiterem dál28. února 2007, což jí umožnilo získat 4 km / s díky gravitační pomoci této planety. Průlet kolem Jupitera také umožnil kalibraci přístrojů a současně provedl zajímavá vědecká pozorování systému Jupitera, zejména jeho atmosféry , satelitů a magnetického pole . New Horizons poté zahájil svůj dlouhý přechod k Plutu, během kterého byla sonda uspána. Vyšla dál6. prosince 2014 a začal v ledna 2015 její pozorování Pluta, když letí nad 14. července 2015. Poté prošla kolem1 st 01. 20193500 km od Arrokothu , malého tělesa Kuiperova pásu objeveného na základě astronomických pozorování provedených v roce 2014.
Výsledky mise New Horizons zcela změnily znalosti o Plutu a jeho satelitech. Bylo shromážděno velké množství údajů týkajících se geologie i složení povrchu a atmosféry. Ukázali, že Pluto, na rozdíl od současných předpokladů, zůstalo od svého vzniku velmi aktivní geologicky. Trpasličí planeta představuje obzvláště bohatou škálu atmosférických jevů a geologických útvarů, které svou rozmanitostí soutěží s planetami Marsu .
Pluto , nejvzdálenější z planet ve sluneční soustavě - dokud to bylo oficiálně degradován na trpasličí planetu v roce 2006 - měl přesto ke studiu na krátkou vzdálenost, kdy byla mise New Horizons se sídlem v roce 2000. Poté, co byl vyloučen z cílů V sedmdesátých letech minulého století bylo v programu Voyager vyvinuto několik projektů přeletu v 90. letech v rámci Americké kosmické agentury ( NASA ), ale jejich náklady, vysoké kvůli odlehlosti cíle, jim nedovolují vést ke konkrétnímu úspěchu. Během tohoto desetiletí objevíme na okraji sluneční soustavy mnoho těl s charakteristikami podobnými charakteristikám Pluta. Tyto transneptunské objekty , které tvoří Kuiperův pás , oživují vědecký zájem o průzkum Pluta. Nakonec v roce 2001 NASA souhlasila s financováním vývoje vesmírné sondy s názvem New Horizons , která je zodpovědná za její studium na místě .
Nebeská tělesa sluneční soustavy jsou seskupena do tří oblastí:
Pluto je součástí druhé podskupiny, kterou tvoří ledové trpasličí planety s pevným povrchem, ale hlavně složené ze zmrzlé hmoty (voda, dusík, oxid uhličitý, metan a oxid uhelnatý) a kamenného materiálu. Tito trpaslíci tvoří Kuiperův pás , který se rozprostírá až od 50 astronomických jednotek (AU) od Slunce. Pluto je spolu s Erisem největším známým objektem v tomto pásu .
Pluto objevil v roce 1930 americký astronom Clyde Tombaugh a v té době byl považován za devátou planetu sluneční soustavy . V době svého objevu se odhaduje, že velikost Pluta je blízká velikosti Země, ale následně se zjistí, že planeta je menší než Měsíc. Až do počátku 90. let nebylo za oběžnou dráhou Pluta objeveno žádné jiné nebeské těleso. V roce 1992 byl pozorován první transneptunianský objekt (TNO), poté se objevy znásobily a ke dni spuštění New Horizons (2006) bylo objeveno více než 1 000 těl a přítomnost více než 100 000 dalších. průměr větší než 100 km , cirkulující na oběžné dráze mezi 30 a 50 au , byl předpovězen. Vlastnosti objevených transneptunských objektů (vzdálenost od Slunce, výrazný sklon, složení, rezonance s Neptunem, frekvence dvojitých systémů ) činí z Pluta charakteristického TNO. Vzhledem k těmto objevům, s množením potenciálních planet ve sluneční soustavě, oficiální klasifikační orgán v oblasti astronomie ( Mezinárodní astronomická unie ), v roce 2006 přidal další kritérium k definici „planety: tato muselo uvolnit své místo ve svém orbitálním sousedství. To není případ Pluta (stejně jako jiných transneptunských objektů), které ztrácí svůj status planety a je reklasifikováno jako trpasličí planeta , navzdory silnému odporu části americké vědecké komunity, protože byla jedinou planetou objevenou Američanem. Transneptunské objekty jsou bezpochyby planetesimály , tj. Embrya planet, jejichž proces formování byl přerušen přemístěním plynných obřích planet, ke kterému došlo krátce po narození sluneční soustavy.
Charakteristika PlutaDíky své excentricitě obíhá Pluto kolem Slunce ve 248 pozemských letech ve vzdálenosti od Slunce, která osciluje mezi přibližně 4,4 a 7,4 miliardami kilometrů. včervence 2015„Pluto se nachází asi 4,77 miliard km od Země, což je 32násobek vzdálenosti Země-Slunce. Sklon k rovině ekliptiky , 17 stupňů , je mnohem vyšší než u planet sluneční soustavy. Pluto se vzdalovalo od Slunce od roku 1989 a obíhalo na oběžné dráze Neptuna od roku 1979 do roku 1999.
Průměr Pluta, odhadovaný před průletem na přibližně 2380 km , je podstatně menší než průměr Měsíce (3474 km ). Kombinace vzdálenosti a malých rozměrů ztěžuje studium trpasličí planety ze Země se zjevným průměrem menším než 1% průměru planety Mars . Planeta se sama zapne za 6,4 dne synchronně se svým hlavním satelitem Charon , takže jí vždy představuje stejnou tvář. Velmi neobvykle ve sluneční soustavě (kromě Uranu) je osa otáčení nakloněna o 118 ° od nebeského severu. Průměrná povrchová teplota je asi -233 ° C . Spektrometrická pozorování ze Země určila, že povrch Pluta je pokryt hlavně ledem dusíku , oxidem uhelnatým , metanem a etanem . Představuje světlé a tmavé oblasti, nejkontrastnější ze všech planet sluneční soustavy. Pluto je jedním z velmi malého počtu těles sluneční soustavy se znatelnou atmosférou. Je velmi tenký (50 000krát méně hustý než Země a 300krát méně než Mars) a skládá se převážně z dusíku se stopami metanu, oxidu uhelnatého a těžších uhlovodíků . Tato atmosféra prochází významnými změnami v důsledku excentricity oběžné dráhy a sklonu osy otáčení. Gravitace na povrchu Pluta se rovná 6% gravitace Země. The planety hustota , odhaduje na přibližně 2, ukazuje, že Pluto se skládá z 35% ledu a 65% materiálu horniny.
Mapa Pluta na základě pozorování z Hubblova kosmického dalekohledu
Pluto a Charon ve srovnání se Zemí a Měsícem.
Osm z největších transneptunských objektů.
Před průletem New Horizons je známo pět přírodních satelitů Pluta. Všechny mají téměř kruhovou oběžnou dráhu ( výstřednost menší než 0,006) a jsou prakticky umístěny v rovníkové rovině Pluta ( sklon menší než 1 °):
Tělo | Rok objevu | Průměr | Hmotnost | Hustota | Gravitace // Země | Poloměr oběžné dráhy | Oběžná doba | Další vlastnosti |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pluto | 1930 | 2368 km | 1,3 x 10 22 kg | 1.8 - 2.1 | 0,07 | Mezi 29,7 AU (4,7 miliard km) a 39,5 AU (kolem Slunce) |
248 let | Teplota povrchu: mezi −218 ° C a −238 ° C Atmosféra: dusík, metan, oxid uhelnatý Povrch: dusík, voda, metan, oxid uhelnatý zmrazený |
Charone | 1978 | 1207 km | 0,15 x 10 22 kg | 1,66 | - | 17 500 km | 6,9 dne | Žádná detekovatelná atmosféra Povrch: vodní led |
Styx | 2012 | 4 až 14 km | - | 42 656 km | 20,2 dnů | |||
Nix | 2005 | 56 × 26 km | - | 48 694 km | 24,9 dnů | |||
Kerberos | 2011 | 15 km | - | 57 783 km | 32,2 dne | |||
Hydra | 2005 | 58 × 34 km | - | 64 738 km | 38,2 dnů |
Po průletu Neptunu americkou kosmickou sondou Voyager 2 v roce 1989 je Pluto poslední planetou sluneční soustavy (v té době nebyla překlasifikována na trpasličí planetu ), která nebyla studována in situ prostorovým strojem. Díky své odlehlosti (v roce 2015 se Pluto nachází téměř 35 AU od Země, třikrát dále než Saturn ) a jeho sklonu vzhledem k rovině ekliptiky (17 °) je Pluto obtížné dosáhnout. Během dvou desetiletí po programu Voyager bylo vyvinuto a poté zrušeno několik projektů americké vesmírné agentury ( NASA ).
Planetární Grand TourPrvním průzkumným projektem Pluta byl program Planetary Grand Tour, který počítal s vysláním čtyř sond, z nichž dvě byly ve směru Jupitera , Saturnu a Pluta. Ale vzhledem k rozpočtovým omezením NASA byla tato organizace nucena zkontrolovat její kopii a poslat pouze dvě sondy: Voyager 1 a 2 . Mise pro Pluto je opuštěna, protože Jet Propulsion Laboratory (JPL) nemohla z důvodů planetární konfigurace nasměrovat vesmírnou sondu současně na Uran , Neptun a Pluto. Voyager 1 mohl jít prozkoumat Pluto, ale bylo by nutné souhlasit s přeletem nad Titanem, hlavním satelitem Saturnu, ve větší vzdálenosti.
Pluto-350 a Mariner Mark IINa počátku 90. let vytvořila NASA, motivovaná určitým vědeckým tlakem a prvními vodítky týkajícími se Kuiperova pásu (v té době dosud neobjeveného), pracovní skupinu odpovědnou za návrh mise k letu nad Plutem. Výsledek této práce s názvem Pluto-350 byl publikován v roce 1990. Zvoleným cílem je poslat snížené užitečné zatížení, což umožní první průzkum Pluta a Charona. Výsledná kosmická loď má hmotnost 350 kg a má pro svoji energii radioizotopový termoelektrický generátor . Vědecké vybavení zahrnuje 4 přístroje s celkovou hmotností menší než polovina hmotnosti sondy Voyager. Pluto-350 by mělo být vypuštěno v roce 1999 raketou Delta II a po několika gravitačních poměrech ze Země a Venuše, tedy Jupiteru, dosáhne Pluta v roce 2015. Krátce po této práci zahájí NASA studium mnohem těžší mise pomocí Mariner Mark II platforma , také vyvinul pro misi Cassini-Huygens. Tento nový projekt umožňuje nést mnohem větší vědecké užitečné zatížení a také droppable zařízení odpovědné za studium neviditelné strany Pluta během přeletu. Vědecká pracovní skupina NASA se rozhodla dát tomuto projektu, jehož specifikace byla vypracována, vysokou prioritu. Ale v obtížném rozpočtovém kontextu se pracovní skupina nakonec v roce 1992 rozhodla pro vývoj projektu Pluto-350.
Pluto Fast Flyby a Pluto Kuiper ExpressAle v roce 1992, při použití nové doktríny NASA, „ rychlejší, lepší, levnější “, byl navržen konkurenční projekt Pluto Fast Flyby (PFF) inženýry z centra JPL NASA a studenty z Kalifornského technologického institutu. . Využívá radikální koncepty k dosažení velmi vysoké počáteční cestovní rychlosti (přelet Pluta po sedmi až osmi letech, namísto patnácti let předchozích projektů), v obálce se sníženými náklady, méně než 500 milionů USD, bez raketometu. Cílem je vyvinout dvě kosmické lodě, z nichž každá váží méně než 50 kg , včetně 7 kg vědeckého vybavení. Start je naplánován na rok 2004, ale naráží na značné obtíže: nárůst hmotnosti, který jde na 140 kg , a náklady spojené s novým pravidlem včetně ceny launcheru: plánovaný launcher, Titan IV, fakturoval 800 milionů USD, vyhodili do vzduchu původně plánovaný rozpočet. V letech 1994-1995 bylo studováno několik změn projektu, jejichž cílem bylo snížit náklady - odstranění jedné ze dvou kosmických lodí, spolupráce s Ruskem nebo ESA, použití světelného odpalovače - aniž by se objevilo nějaké životaschopné řešení. Projekt se nicméně používá k vývoji řady miniaturizovaných přístrojů: spektrometr, kamery, plazmové studijní přístroje. V polovině 90. let vzrůstající zájem vědecké komunity o nově objevený Kuiperův pás vedl NASA k tomu, aby požádala JPL o přezkoumání projektu PFF, včetně průzkumu slavného pásu v cílech. Přepracovaná mise, přezdívaná Pluto Kuiper Express (PKE), předpokládá vypuštění 175 kg kosmické lodi , včetně 9 kg vědecké techniky, ale na konci roku 1996 byl projekt prakticky zastaven správcem NASA Danielem Goldinem . V roce 1999 však pod tlakem vědecké komunity bylo konečně zahájeno výběrové řízení na vědecké přístroje. Ale vZáří 2000„NASA se rozhodla projekt zastavit a své rozhodnutí odůvodnila příliš vysokými náklady na projekt, nyní přes 1 miliardu USD.
Na začátku roku 2000 se podle zprávy Národní rady pro výzkum (NRC) stalo Pluto a Kuiperův pás prioritním cílem průzkumu sluneční soustavy . Úředníci NASA, opětovně požádaní o vědeckou komunitu a veřejné mínění, se rozhodli vyhlásit na konci roku 2000 výzvu k předkládání návrhů na misi přeletu nad Plutem. Specifikace poskytuje NASA vLeden 2001a reakce se očekávají na začátku Duben 2001. Jedná se o první misi na vnější planety, jejíž směr je svěřen vědeckému manažerovi, jako je tomu u mnohem skromnějších misí programu Discovery . Specifikace vyžadují použití odpalovacího zařízení Atlas V nebo Delta IV a jsou k dispozici radioizotopové termoelektrické generátory , náhradní díly programu Cassini-Huygens , za cenu mezi 50 a 90 miliony USD (druhý model poskytuje více energie). Celkové náklady jsou omezeny na 506 milionů USD (2001). Jedná se o první misi v programu New Frontiers , kterou NASA právě vytvořila pro střední průzkumné mise sluneční soustavy.
VýběrO reakci na výzvu k podávání návrhů se uchází pět týmů, včetně dvou z centra JPL NASA. Tým nabízí New Horizons je postaven kolem Alan Stern , projektový manažer a člen Institutu Southwest Research Institute (SwRI), několik dalších vědců a laboratorní SwRI APL z Johns Hopkins , který již postaveno několik vědecké družice. Křestní název, který se zachoval, New Horizons (nové francouzské obzory), naráží jak na vědecké perspektivy spojené s objevy Kuiperova pásu , tak na způsob fungování programu New Frontiers , který zahájila budoucí mise. První práce na New Horizons začaly koncem roku 2000, krátce po ukončení programu Pluto Kuiper Express . Tým z laboratoře APL, který byl dříve pověřen vývojem dokončované mise NEAR , je odpovědný za definování realistického plánu implementace a za náčrt koncepce mise. Tým je vytvořen v naději, že mnoho dosud provedených studií pro průzkum Pluta povede ke konkrétnímu projektu. První výběr, který se stal oficiálním v červnu, byl označen jako finalista POSSE ( Pluto Outer Solar System Explorer ), projekt JPL a New Horizons. Ten je vybrán NASA dne19. listopadu 2001.
Vývoj vesmírné sondyVývoj New Horizons , který mobilizuje pracovní sílu přibližně 2 500 lidí, zažil mnoho vzestupů a pádů. Hlavní problém, s nímž se setkáváme, se týká výroby plutonia 238 , které je nezbytné pro zásobování vesmírné sondy energií. To mělo podle původních plánů poskytnout 285 wattů při startu a 225 wattů během letu nad Plutem. V návaznosti na potíže, s nimiž se Los Alamos National Laboratory v důvěře výroby energie plánováno během přeletů spadnout až 190 W . Nakonec je tato hodnota přehodnocena na 200 wattů, což je dostatečné pro provoz nástrojů podle plánu. Hmotnost vesmírné sondy se během fáze návrhu zvýší o 50 kg a pro návrat k původní hmotnosti je třeba provést několik opatření: průměr antény s velkým ziskem se sníží ze 3 na 2,1 metru a úhly trojúhelníkové plošiny jsou oříznuty. Velikost velkokapacitní paměti se zvětší, aby bylo možné během přechodu myši shromažďovat více dat. Tyto hmoty nízké hvězdy památek , které byly vyvinuty pro misi musí být opuštěna kvůli potížím rozvoje, pro těžší stávajících zařízení. K užitečnému zatížení je přidán nástroj SDC ( Student Dust Counter ) vyvinutý týmem studentů v rámci populárně-vědeckého programu NASA Education and Public Outreach . Na závěr jsou přidány uzávěry, které chrání optickou část nástrojů PEPSSI, SWAP a LORRI během spuštění. Během vývojové fáze, částečně v perspektivě mise, astronomové znásobují svá pozorování plutonského systému a dochází k mnoha objevům. Znalosti o struktuře atmosféry Pluta a Charona byly značně upraveny a byly objeveny nové satelity Pluta, včetně Nix a Hydra v roce 2005. V Kuiperově pásu je objeveno několik nebeských těles velikosti blízké Plutu.
Objev Kuiperova pásu v 90. letech zásadně změnil naše vnímání sluneční soustavy . Ale ani ty nejsilnější dalekohledy, jako je Hubble, nejsou schopny provádět podrobná pozorování transneptunských objektů, které jej obývají, a proto neumožňují znát jejich přesné charakteristiky, přestože by mohly poskytnout důležité vodítka o formování sluneční soustavy. Kuiperův pás je skutečně domovem těl, jejichž složení nepochybně odráží stav hmoty v přechodné fázi procesu formování planet. Ten se zastavil v Kuiperově pásu a sledoval otřesy způsobené změnami na oběžné dráze plynných obřích planet během prvních stovek milionů let.
Plutonský systémPluto a jeho měsíc Charon mají mnoho původních charakteristik, které vyžadují další studium:
Cíle mise New Horizons mají za cíl reagovat na linie výzkumu identifikované vědeckou komunitou a uvedené výše. Kromě cílů týkajících se systému Jupiter lze podrobné cíle rozdělit do tří skupin:
Měření prováděná v systému Pluto zlepší znalosti o jeho původu, procesech při práci na povrchu trpasličí planety, transportním cyklu těkavých látek a energetických a chemických vlastnostech jeho atmosféry. Obecněji řečeno, tato pozorování poskytnou prvky porozumění na nebeských objektech vytvořených obřími dopady (jako je sestava Země-Měsíc), tělesech umístěných na hranici sluneční soustavy (komety, ledové trpasličí planety), planetách a měsících charakterizovaných parami tlak v rovnováze (například Triton a Mars ) a další nebeská tělesa s atmosférou ovládanou metanem a dusíkem (jako Titan , Triton a raná Země ).
Průběh mise a charakteristiky New Horizons byly do značné míry určeny mnoha omezeními spojenými s konkrétními charakteristikami Pluta: zmizení atmosféry trpasličí planety, ke kterému by mohlo dojít před rokem 2020, potřeba zvýšit rychlost bez precedentu k vesmírná sonda, aby mohla dosáhnout těchto konců sluneční soustavy, nízké úrovně slunečního svitu a nízké rychlosti telekomunikací v této vzdálenosti.
Pluto obíhá na oběžné dráze 248 let se silnou výstředností . Jeho vzdálenost od Slunce se pohybuje mezi 29,7 a 49,4 AU . Sklon jeho orbitální roviny vzhledem k ekliptice dosahuje 17 °, což je mnohem větší sklon než u osmi planet. Trpasličí planeta prošla blíže ke Slunci v roce 1989 a nyní se od ní vzdaluje. Vědci v době návrhu mise odhadovali, že kolem roku 2020 by atmosféra Pluta kvůli jeho postupné vzdálenosti od Slunce a jeho sklonu na zemi kondenzovala. Přelet Pluta proto musel proběhnout před tímto datem.
V roce 2013, dlouho poté, co byla vypuštěna kosmická sonda, výsledky studie atmosféry Pluta prováděné opakovaným pozorováním zákrytů hvězd planety prokázaly, že zmizení atmosféry v roce 2020 bylo zcela nesprávným předpokladem. Roku, kdy byla zpráva zveřejněna, se dokonce zhustla.
Vyslání mise na Pluto vyžaduje více energie než vypuštění na osm planet sluneční soustavy. Pluto se nachází na okraji sluneční soustavy a aby se k němu New Horizons dostalo, aniž by to trvalo několik desetiletí, je nutné mu dát rychlost, jakou žádný odpalovač nikdy nedosáhl. Heliocentrická rychlost (ve vztahu ke Slunci) vesmírné sondy, která je 45 km / s při startu ve vybrané konfiguraci, klesá na 19 km / s na úrovni Jupiteru, poté na 10 km / s na úrovni Pluta , pokud není proveden žádný mezikontrola. Konstruktéři mise zvolili nepřímou trajektorii pomocí techniky gravitační pomoci , která ve zvoleném scénáři umožňuje dosáhnout rychlosti 5 km / s . Gravitační pomoc umožňuje vesmírné sondě zvýšit rychlost při změně směru, a to díky přeletu planety v malé výšce, prováděnému za velmi přesných podmínek. Bylo studováno několik scénářů kombinujících gravitační pomoc jedné nebo více planet: jednoduchý přelet Jupitera (trajektorie JGA), přelet Země poté Jupitera, dva přelety Venuše následované průletem Země a Jupiterem. Trajektorie zahrnující několik přeletů umožňují snížit požadovaný výkon nosné rakety, a tím i náklady na misi, ale mají tu nevýhodu, že prodlužují dobu přepravy k Plutu. Aby bylo možné provést gravitační asistenční manévr, je nutné, aby přeletěná planeta byla umístěna na konkrétních místech. Pro konečně zvolenou trajektorii JGA, protože je nejefektivnější, se spouštěcí okno otevírá každých třináct měsíců. Vzhledem k časovým omezením mise jsou identifikovány dvě možnosti spuštění:prosince 2004, vyznačující se obzvláště účinnou pomocí Jupitera, a ledna 2006. Spouštěcí okno z roku 2004 nebude zachováno z důvodu zpoždění projektu.
Relativně malá hmotnost vesmírné sondy (478 kg ) vyplývá přímo z rychlosti, kterou musí odpalovací zařízení tisknout v New Horizons . Ačkoli použitá raketa je nejsilnější verzí těžkého odpalovacího zařízení Atlas V , pro dosažení požadované rychlosti bylo nutné přidat stupeň s pevným pohonem typu Star 48 B , který umožňoval zvýšení rychlosti na 4,1 km / s .
New Horizons měl letět nad Plutem rychlostí 13,7 km / s . Za těchto podmínek nebylo možné umístit vesmírnou sondu na oběžnou dráhu kolem trpasličí planety, protože by si to vyžadovalo přidání několika tun pohonných látek, aby mohla pomocí svého pohonu dostatečně snížit svoji rychlost. Absence husté atmosféry také znemožnila uvažovat o vzduchovém brzdění pro splnění tohoto cíle.
Pluto je nejblíže k 28 astronomickým jednotkám od Slunce a sluneční energie přijímaná v této vzdálenosti je jedna tisícina energie přijímané na oběžné dráze Země . Použití radioizotopu termoelektrického generátoru , který využívá teplo produkované radioaktivním rozpadem z plutonia uhličitého pelet 238 ( 238 può 2), je jediným existujícím řešením pro dodávku energie sondě, když letí nad Plutem. Aby zůstala v rámci odhadu hmotnosti, má sonda jediný RTG poskytující pouze 200 wattů. Je proto nutné omezit elektrickou spotřebu nezbytnou k udržení minimální teploty, která vyžaduje účinnou tepelnou izolaci , a navrhnout nebo vybrat přístroje s velmi nízkou spotřebou. Na oběžné dráze Pluta trvá zpáteční komunikace se Zemí asi 9 hodin; sonda proto musela být zcela autonomní, když letěla nad Plutem. Vzhledem k nízké rychlosti telekomunikací v této vzdálenosti od Země musel být New Horizons schopen ukládat všechna vědecká data shromážděná během přeletu a brát v úvahu skutečnost, že jejich přenos bude trvat několik měsíců.
Srovnání charakteristik New Horizons s charakteristikami kosmické sondy Cassini-Huygens - velmi nákladný projekt, který zkoumá saturnský systém, také velmi vzdálený - umožňuje ilustrovat omezení a architektonické možnosti mise:
Vlastnosti | Cassini-Huygens | Nové obzory | Komentář |
---|---|---|---|
Náklady na misi | 3,26 miliardy USD | 0,7 miliardy USD | Mise za mírnou cenu, zahrnutá mezi vlajkové mise a Discovery . |
Heliocentrická rychlost při startu | 40 km / s | 45 km / s | Vysoká počáteční rychlost k dosažení Pluta v rozumném časovém rámci. |
Hmotnost | 5 712 kg včetně 3 627 kg pohonných hmot | 478 kg včetně 77 kg pohonných hmot | Snížená hmotnost ve srovnání s Cassini, protože k získání rychlosti 5 km / s při startu je nutné obětovat pohonu více než 80% maximální hmotnosti, která byla původně k dispozici při startu. |
Dostupný výkon | 885 wattů | 190 wattů | Málo energie k dispozici, kvůli množství a nákladům radioizotopových termoelektrických generátorů, které musí zajišťovat výrobu energie. Sonda pak má pouze jeden z těchto generátorů a má nízkou spotřebu. Kromě toho je podíl energie odebraný k udržení dostatečné teploty důležitý na úrovni Pluta kvůli jeho vzdálenosti od Slunce (průměrná teplota na zemi Pluta se odhaduje na -223 ° C ). Malé dostupné množství energie vyžaduje na úrovni Pluta zastavení nástrojů při přenosu dat na Zemi. |
Mise | Obíhající kolem Saturnu | Let nad Plutem | Vložení na oběžnou dráhu kolem Pluta nemožné, kvůli snížené hmotnosti trpasličí planety (tedy jejímu příliš slabému gravitačnímu poli) a omezené nosnosti paliva New Horizons kvůli masovému omezení. |
Užitečné zatížení | 18 nástrojů
(> 400 kg ) |
6 nástrojů (30 kg ) | Výsledek způsobený omezeními nákladů a hmotnosti. Navíc dostupné množství energie umožňuje dodávat pouze omezený počet přístrojů. |
Anténa | Neorientovatelné | Neorientovatelné | Vesmírná sonda nemůže jak sbírat data, tak je přenášet na Zemi. Výsledkem je, že během fáze jediného přechodu (na rozdíl od Cassini) je sběr dat omezen velikostí velkokapacitní paměti (8 gigabajtů ). Data se nepřenášejí na Zemi, dokud není průchod dokončen a data nebudou shromážděna. |
In situ telekomunikačním rychlostí | 166 kilobitů za sekundu | 1 kilobit za sekundu | Velmi nízký průtok, kvůli vzdálenosti od Pluta a velikosti antény (průměr dvakrát menší z důvodu hmotnosti). Vzhledem k této rychlosti trvá přenos všech dat shromážděných během průletu přibližně devět měsíců. |
Kontrola postoje | Reakční kola | Mikroplyny | Eliminace reakčních kol šetří váhu, ale zvolené řešení spotřebovává neobnovitelné pohonné látky. Najednou, na rozdíl od Cassini, je vesmírná sonda standardně stabilizována rotací („ páteř “), aby šetřila palivo. |
Gravitační pomoc | Venuše (dvakrát), Země, Jupiter | Jupiter | |
Je čas dosáhnout Saturnu | 7 let | 2,5 roku (Pluto 9,5 roku) |
New Horizons je první miseprogramu New Frontiers NASA , jejímž cílem je provést důkladný vědecký průzkum planet sluneční soustavy pomocí kosmických sond za cenu nižší než 700 milionů $, což je umístí na finanční úrovni mezi mise programu Discovery a stěžejní mise stěžejního programu, ke kterému je připojena Mars Science Laboratory .
Konec červen 2016, primární mise New Horizons končí: NASA oznamuje, že byl uvolněn rozpočet na prodloužení mise do přeletu MU 69 v roce 2014 . NASA poskytuje prodloužení rozpočtu o 14,7 milionu $ ročně. Do roku 2021 přesáhnou celkové náklady včetně uvedení na trh 1 miliardu USD.
New Horizons je kompaktní sonda ve tvaru tlustého trojúhelníku a velikosti klavíru. K jednomu z bodů trojúhelníku je připevněn termoelektrický radioizotopový generátor válcového tvaru, zatímco na horní straně je velká parabolická anténa o průměru 2,1 metru zajišťující spojení se Zemí. Bez těchto přídavků jsou maximální rozměry sondy 2,1 metru krát 2,7 metru, pro tloušťku 0,7 metru. Od místa připojení na odpalovací zařízení k horní části antény je jeho výška 2,2 metru. Jeho hmotnost je 478 kg , včetně 77 kg z hydrazinu používaných trysek a 30 kg vědeckého vybavení.
Struktura sondy je postavena na centrálním hliníkovém válci , který podporuje hlavní napětí během startu. Na jednom z jeho konců je adaptér, který připevňuje sondu k raketě . Panely z voštinového hliníku, které jsou připevněny k různým zařízením a nástrojům, jsou připevněny k válci a radioizotopovému termoelektrickému generátoru . Nádrž obsahující pohonnou látku používanou pohonnými látkami sondy je umístěna uvnitř tohoto válce.
Protože sonda musí cestovat do hranic sluneční soustavy, kde je množství dostupné sluneční energie velmi nízké, nelze výrobu elektřiny zajistit tradičními solárními panely . Na palubě je proto radioizotopový termoelektrický generátor typu GPHS-RTG . Převádí elektrické energie na teplo, poskytnutých radioaktivního rozpadu 10,9 kg z oxidu plutonia-238 238 PuO 2 : odhadovalo se, že tento generátor bude v roce 2015 stále poskytovat 190 W. Válec obsahující generátor je upevněn na jednom z vrcholů trojúhelníku. Parabolická anténa , o průměru 2,1 m , který se používá pro komunikaci s Zemi , je upevněn na jedné straně trojúhelníku.
Vzhledem k malé hmotě dostupné pro tento generátor a vysokým nákladům na RTG obecně má tento pouze relativně nízký výkon. Kromě toho se z velké části používá k ohřevu sondy, protože bez zahřátí studeného prostoru na úrovni Pluta by byly nástroje zcela nefunkční. Nemůže tedy napájet mnoho přístrojů, a když je anténa namířena směrem k Zemi pro rádiové přenosy, nedostatek dostupné energie znamená, že musí být přerušeno napájení měřicích přístrojů.
New Horizons nemá dostatek energie k tomu, aby používal reakční kolečka k řízení své orientace. To je proto řízeno pomocí pohonných hmot spalujících hydrazin . Aby nedocházelo ke spotřebě paliva k udržení jeho pevné orientace vzhledem ke hvězdám, vesmírná sonda, když není aktivní, se otáčí kolem osy procházející jejími anténami rychlostí 5 otáček za minutu. Na druhou stranu, když New Horizons manévruje, používá své nástroje, přenáší informace nebo přijímá data ze Země, rotace sondy se zastaví a její orientace zůstane pevná, s mířením, které závisí na její aktivitě. Vědecké nástroje a hlavní anténu New Horizons nelze na rozdíl od některých sond individuálně orientovat, zejména proto, aby se omezilo riziko možného mechanického problému, který by mohl nastat při tak dlouhé misi. Je proto nutné upravit orientaci celé sondy, aby bylo možné nasměrovat antény k Zemi nebo vědecké přístroje k jejich cíli, ale také, stejně jako u všech sond, korigovat odchylky od zvolené orientace nebo před provedením jakýchkoli manévrů úpravy kurzu. Sonda určuje svou orientaci pomocí hvězdných senzorů , což jsou malé kamery, které pořizují širokoúhlý obraz oblohy 10krát za sekundu. To je srovnáváno s mapou oblohy uloženou v paměti obsahující 3 000 hvězd, což umožňuje počítači sondy určit její orientaci. Tyto informace jsou doplněny změnami rychlosti skenovanými 100krát za sekundu inerciální jednotkou . V případě potřeby systém řízení orientace používá své malé raketové motory k opravě nebo úpravě této orientace. Pokud hvězdné senzory již nemohou určit orientaci, převezmou to solární senzory, které lokalizují polohu Slunce.
Pohon, který má New Horizons k dispozici, neslouží k akceleraci ani brzdění: ve skutečnosti, jakmile je sonda vypuštěna na své trajektorii raketou Atlas V , musí provést pouze korekci trajektorie, aby mohla postupně letět nad Jupiterem, poté Plutem a nakonec případně dalšími objekty umístěnými v Kuiperův pás, pokud jsou v dosahu. Trysky dostupné pro sondu provádějí opravy kurzu a upravují orientaci sondy. Pro tento účel má 16 malých raketových motorů spalujících hydrazin . Čtyři z nich mají tah 4,4 newtonu a používají se hlavně k opravám kurzů. Těchto 12 dalších, s tahem 0,8 Newtonu, se používá k úpravě nasměrování sondy, k uvedení sondy do rotace na sebe při 5 otáčkách za minutu nebo naopak k zastavení rotace, zejména pro fázový let nad planetami. Sonda nese 77 kg z hnacích plynů uložených v titanu nádrži . Hydrazin je před vstřikováním do motorů natlakován heliem . Množství dostupných pohonných hmot umožňuje během celé mise měnit rychlost vesmírné sondy o 400 metrů za sekundu. 22,3 kg je vyhrazeno pro korekci trajektorie, 29,3 kg pro udržení rotace a řízení polohy kosmické lodi. K dispozici je také rezerva 17,8 kg ( 91 m / s ) a přebytek 7,7 kg ( 41 m / s ).
New Horizons používá telekomunikační systém v pásmu X k přijímání povelů ze Země a k přenosu shromážděných vědeckých dat a informací o provozu svého zařízení. Hlavní směny procházejí satelitní anténou k velkému zisku , což umožňuje největší tok. Ten s průměrem 2,1 metru je pevný, aby se odstranil mechanismus, který by se mohl zachytit během dlouhé cesty k Plutu, a sonda proto musí změnit svou orientaci, aby nasměrovala paprsek s velkou přesností. Rádio, které je pouze 0,3 ° široký, směrem k Zemi. Ve vzdálenosti více než 4 miliardy kilometrů od Pluta klesá rychlost přenosu dat na 1 000 bitů za sekundu (se satelitními anténami Deep Space Network o průměru 70 metrů) a dosažení signálu trvá čtyři hodiny Země; přenos téměř všech dat shromážděných během rychlého letu nad Plutem a jeho satelitem trvá téměř devět měsíců. Sonda má také parabolickou anténu se středním zesílením, instalovanou nad velkou zesilovací anténou, jejíž paprsek je široký 14 ° , a která proto vyžaduje mnohem méně přesné zaměření. Nakonec jsou namontovány dvě antény s nízkým ziskem, jedna nad anténou se středním ziskem a druhá na opačné straně sondy.
Vývoj postupu zdvojnásobení propustnostiSnímky pořízené fotoaparátem LORRI, který má jeden megapixelový snímač CCD , mají po komprimaci velikost přibližně 2,5 Mb . Přenosová doba obrazu při přiblížení k Plutu je tedy 42 minut (při 1000 bitech za sekundu). S touto rychlostí může kosmická sonda přenášet pouze 11 snímků každých 24 hodin (s vyloučením jakýchkoli dalších údajů): ve skutečnosti může mobilizovat pouze 70metrové satelitní antény NASA po dobu osmi hodin denně, protože tyto jsou silně využívány jinými vesmírnými misemi rozptýlenými po celé sluneční soustavě. Ke zvýšení rychlosti přenosu, jak se Pluto blíží, vyvinula NASA během přechodu vesmírné sondy na trpasličí planetu metodu umožňující současné použití dvou trubic s pohybující se vlnou, které přenášejí data. To je možné díky skutečnosti, že druhá trubice, která je tam jako záloha, vyzařuje na jiné vlnové délce. Tento proces umožňuje znásobit propustnost 1,9, ale vyžaduje další energii, která vyžaduje zastavení dalších zařízení během komunikačních relací. Inženýři se rozhodli vypnout systém řízení navádění a orientace a aby vesmírná sonda udržovala svou anténu dokonale orientovanou k Zemi, New Horizons se otáčí obětováním trochu hydrazinu, když 'vysílá v tomto režimu.
Počítač palubní používá 32- bitový Mongoose-V mikroprocesor , záření tvrzená verzi tohoto MIPS R3000 . Jeho hodinová frekvence je zpomalena z 25 na 12,5 M Hz, aby se omezila jeho spotřeba energie. Přijatá nebo přenášená data jsou uložena v 8 gigabajtové paměti určené ke spotřebě malého proudu. Velikost této paměti byla zvolena tak, aby umožňovala ukládání všech vědeckých dat shromážděných během přeletu Pluta.
Obrázek 1 Pohled shora: 1 RTG; 2 anténa s velkým ziskem; 3 anténa se středním ziskem; 4 Anténa s nízkým ziskem; 5 trysky; 6 hvězdných senzorů; Alice; R Ralph; S SWAP; L LORRI; P PEPSSI; X REX.
Obrázek 2 Pohled zdola: 1 RTG; 2 žaluzie; 3 trysky; 4 Anténa s nízkým ziskem; 5 hvězdných senzorů; Alice; R Ralph; D Detektor prachu; S SWAP; L LORRI; P PEPSSI.
Aby odolal velmi nízkým teplotám oblastí nacházejících se na okraji sluneční soustavy (průměrná teplota na Zemi Pluta odhadovaná na -223 ° C ), je New Horizons navržen tak, aby teplo nemohlo uniknout z jeho vnitřní struktury. Elektronika a většina přístrojového vybavení jsou uzavřeny v oddílech pokrytých vícevrstvou zlatou tepelnou ochranou. To by mělo pomoci udržet teplo generované elektronikou, a tak udržovat teplotu v rozmezí rozmezí Ente 10 a 30 ° C . Pokud spotřeba elektroniky klesne pod 150 W, převezmou to malé radiátory. Pokud je sonda stále relativně blízko Země a Slunce, musí být naopak teplo v určitých případech evakuováno; že okenice otevřít automaticky, když je vnitřní tepelná překračuje povolené maximum.
Náklad se skládá ze sedmi vědeckých přístrojů - tři optické přístroje, dvě plazmové měřicí přístroje, detektor prachu a radiometr / rozhlasové sci-přijímače. Musí umožnit makroskopickým způsobem studium hlavních charakteristik Pluta a jeho měsíců: na jedné straně geologie, složení povrchu a jeho teploty, na druhé straně atmosférický tlak., Teplota atmosféry a její rychlosti úniku. Tyto nástroje se také používají ke studiu Jupitera a jeho měsíců a jakmile je prodloužení mise schváleno, objekty Kuiperova pásu se mohou dostat k vesmírné sondě. Užitečné zatížení představuje celkovou hmotnost 30 kg a celkově spotřebovává velmi malé množství elektřiny (28 wattů ).
Nástroj | Popis | Cíle | Představení | Hmotnost | Spotřeba |
---|---|---|---|---|---|
Ralph | MVIC: Viditelný a infračervený vícepásmový zobrazovač | Mapy s vysokým rozlišením pro fáze přiblížení (navigace) a přeletu (geologie) |
• Vlnové délky: panchromatické (400–975 nm ), modrá, červená, metan, blízké infračervené • Prostorové rozlišení: 20 μrad / pixel |
10,3 kg | 6,3 W |
LEISA: Blízký infračervený zobrazovací spektrometr | Stanovení distribuce dusíku, oxidu uhelnatého a metanu | • Vlnové délky: 1,25 - 2,5 μm • Prostorové rozlišení: 62 μrad / pixel • Spektrální rozlišení: λ / δλ ∼ 240–550 |
|||
Alice | Ultrafialový snímač / spektrometr | Analýza složení a struktury atmosféry Pluta, Charonovy exosféry i objektů Kuiperova pásu |
• Vlnové délky: ∼465–1880 Å • Spektrální rozlišení: ∼3–10 Å FWHM |
4,5 kg | 4,4 W |
REX | Pasivní radiometr | Stanovení složení a teploty atmosféry | 0,1 kg | 2,1 W | |
LORRI | Dalekohled | Pluto mapování | • Vlnové délky: panchromatické ( 350 - 850 nm ) • Prostorové rozlišení: 5 μrad / pixel • Citlivost: V <18 |
8,8 kg | 5,8 W |
SWAP | Spektrometr | Stanovení hustoty a rychlosti částic slunečního větru | • Spektrální rozlišení : ΔE / E <0,4 s E (energie) mezi 25 eV a 7,5 keV |
3,3 kg | 2,3 W |
PEPSSI | Spektrometr | Složení a hustota plazmy unikající z atmosféry Pluta | • Měřené částice: protony, uhlík, dusík, kyslík s E (energie) mezi 1 keV a 1 000 keV • Spektrální rozlišení : 12 kanálů |
1,5 kg | 2,5 W |
SDC | Detektor prachu | Meziplanetární měření velikosti prachových částic | 1,9 kg | 5 wattů |
Ralph, Alice a REX jsou tři hlavní nástroje vesmírné sondy, protože společně splňují všechny hlavní cíle mise.
Ralph je nástroj, který kombinuje zobrazovací kameru MVIC ( Multi-spectral Visible Imaging Camera ), pracující na několika spektrálních pásmech ve viditelném a blízkém infračerveném světle, se zobrazovacím / spektrometrem LEISA ( Linear Etalon Imaging Spectral Array ) pracujícím v blízké infračervené oblasti. Oba přístroje sdílejí stejnou optickou část s otvorem 75 mm a ohniskovou vzdáleností 658 mm . MVIC má 7 CCD detektorů typu TDI ( Time Delay Integration ) s definicí 5 024 × 32 pixelů. Dva CCD poskytují panchromatické (400 až 975 nm) obrazy, zatímco ostatní čtyři CCD jsou citlivé na modrou (400–550 nm ), červenou (540–700 nm ), blízkou infračervenou oblast (780–975 nm ) a pásmo. Absorpce metanu ( 860–910 nm ) Panchromatické obrazy budou použity k mapování povrchu Pluta a Charona s rozlišením 1 km 2. Úhlové prostorové rozlišení je 20 mikroradiánů. LEISA umožňuje získat spektra podrobně v blízkém infračerveném pásmu ( 1,25 - 2,5 µm ) se spektrálním rozlišením (λ / δλ) 240. MVIC musí umožnit sestavit mapu poskytující složení povrchu trpasličí planety a jejího hlavního měsíce s rozlišením menším než 10 km .
Alice je zobrazovač / spektrometr pozorující v ultrafialovém pásmu (∼ 465 - 1880 Å ) s průměrným spektrálním (1,8 Å ) a prostorovým (5 mrad / pixel ) rozlišením . Světelné záření vstupuje na jedné straně štěrbinou 0,1 ° × 4 ° pro pozorování atmosférické luminiscence a na druhé straně otvorem 2 ° × 2 ° pro pozorování během zákrytů Slunce Plutem a jeho satelit Charon . Optická osa nástroje je spojena s osou LORRI a Ralpha. Na palubu evropské vesmírné sondy Rosetta letí nástroj vyvinutý výzkumným ústavem Southwest Research Institute s podobnými vlastnostmi, ale méně sofistikovaný . Hlavním cílem Alice je určit hlavní složky atmosféry Pluta, zejména podíly dusíku , oxidu uhelnatého , metanu v horní atmosféře a případně přítomnost vzácných plynů . Přístroj má být také použit k hledání přítomnosti atmosféry kolem Charona a objektů v Kuiperově pásu, které má vesmírná sonda projít po svém letu nad Plutem. Přístroj musí určit teplotní a tlakové profily horní atmosféry Pluta a rychlost úniku z atmosféry Pluta. Detektor může měřit 1024 spektrálních pásem ve 32 různých bodech.
REX ( Radio EXperiment ) je vědecký radiový experiment, který využívá rádiový vysílač New Horizons . Měření zpoždění šíření rádiových vln umožňuje určit teplotu a hustotu atmosféry, která je případně vložena mezi vesmírnou sondou a přijímacími anténami na Zemi ( rádiová zákryt ). Na rozdíl od toho, co se obvykle praktikuje, musí být Dopplerův posun měřen vesmírnou sondou po přijetí rádiového přenosu ze Země. Přístroj musí poskytovat tlakové a teplotní profily atmosféry Pluta.
Ralph.
LORRI.
SWAP.
SDC.
LORRI ( Long Range Reconnaissance Imager ) je zobrazovač s vysokým rozlišením (4,95 μrad / pixel ), tj. Čtyřikrát lepší než Ralphův. LORRI se skládá z dalekohledu typu Ritchey-Chrétien a snímače CCD 1024 × 1024 pixelů , poskytujícího panchromatické obrazy ( 350 - 850 nm ), pracující v režimu přenosu snímků. LORRI by měl umožnit poskytovat snímky viditelného povrchu Pluta a Charona během jejich letu, což by umožnilo zvýraznit formace 100 metrů na Plutu a 260 metrů na Charonu. Musí také poskytovat snímky hemisfér, které nejsou viditelné během průletu, a to díky fotografiím pořízeným několik dní před průletem, s rozlišením 40 km . Nakonec je třeba použít LORRI k získání snímků dalších satelitů Pluta, případně objevovat nové a detekovat potenciální cíle pro druhou fázi průzkumu uvnitř Kuiperova pásu .
SWAP ( Solar Wind Around Pluto ) měří interakce mezi slunečním větrem a ionty unikajícími z atmosféry Pluta. Tato měření umožňují určit rychlost úniku z atmosféry Pluta a složité interakce plazmy. Rozlišení přístroje je obzvláště vysoké, aby se vyvažovalo oslabení slunečního větru, jehož intenzita je o faktor 1000 nižší než jeho hodnota na úrovni Země.
PEPSSI ( Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation ) je spektrometr pro měření složení a energie iontů a elektronů s energií mezi 10 keV a 1 MeV . Cílem je charakterizovat proces úniku atmosféry Pluta a sekundárně určit možné interakce mezi ionosférou a slunečním větrem.
SDC ( Student Dust Counter ) měří velikost a distribuci prachových částic na trajektorii sondy New Horizons a jejichž hmotnost se pohybuje mezi 10 −12 g. a 10 - 9 g. Detektory se skládají z polyvinylidenfluoridu filmy , které mají celkovou plochu 0,1 m 2 . Cílem je ověřit existenci předpovězených struktur uvnitř koncentrace prachu přítomného v ekliptice při vzniku jevu zodiakálního světla . Program je řízen studenty University of Colorado - Boulder pod dohledem jejich profesorů .
v červen 2006je nástroj přejmenován na VBSDC ( Venetia Burney Student Dust Counter ) na počest Venetia Burney -Phair britské národnosti, která ve věku jedenácti navrhla pro planetu, kterou právě objevil Clyde Tombaugh, název Pluto.
Kromě vědeckého vybavení s sebou vesmírná sonda nese pohřební urnu, která obsahuje popel astronoma, který objevil Pluto, Clyde Tombaugh , který zemřel v roce 1997 ve věku téměř 91 let.
Spuštění New Horizons se odehrává v ovzduší velkého napětí, protože spouštěcí okno je obzvláště krátké. Otevírá se dvě hodiny denně17. ledna 2006 a zavírá se 29. ledna. Záložní požární okno je k dispozici pro poslední tři lednové dny s jednoročním skluzem od data přeletu Pluta. Pokud ke spuštění dojde vÚnora 2006Je sonda musí přímou dráhu směrem k Plutu, aniž by mohl mít prospěch z gravitačního pomoci z Jupiteru , odkládá přelet do roku 2020. Po dvou odkladů kvůli suboptimálních povětrnostních podmínek, pak se k výpadku elektrického proudu na provozovatele APL kosmická sonda , New Horizons byl zahájen dne19. ledna 2006v 19 h 0 UTC (nebo 14 h 0 místního času) ze základny mysu Canaveral na Floridě raketou Atlas V- 551, nejtěžší verzí tohoto odpalovacího zařízení. Aby kosmická loď dosáhla dostatečně vysoké rychlosti, obsahuje vřeteno hvězdu 48B ze třetího patra na pevnou pohonnou látku pod víčkem s relativně kompaktní vesmírnou sondou. Jednotlivé etapy fungují podle plánu a asi 45 minut po startu se vesmírná sonda odděluje od nejvyšší etapy rychlostí 16,2 km / s , což v této oblasti vytváří nový rekord.
Vesmírná sonda protne oběžnou dráhu Měsíce pouhých devět hodin po startu. Rychlost otáčení sondy na její ose (pohyb umožňující stabilizaci její orientace) se sníží nejprve ze 68 na 20 otáček za minutu po jednom dni, poté na 5,2 otáčky tři dny po startu, aby umožnily práci hledačům hvězd . Spouštěč vstříkl družice na své dráhy s velkou přesností, protože dvě opravy vyrobeny trysek 28. ( delta-V z 5 m / s ) a30. ledna(delta-V 13,3 m / s ), jsou desetkrát menší, než bylo zajištěno. The9. března, třetí korekce trajektorie 1,16 m / s umístí vesmírnou sondu na ideální trajektorii, což umožňuje těžit z požadovaného zrychlení v Jovianském systému. Veškeré vybavení je testováno a na konci března je kosmická sonda prohlášena za funkční. 6. dubna New Horizons překročil oběžnou dráhu Marsu .
Během svého obzvláště rychlého přechodu k Jupiteru zjistil tým mise, že trajektorie vesmírné sondy překročí dráhu asteroidu 2002 JF 56 (později přejmenovaného (132524) APL ). Toto malé těleso (v průměru méně než 5 kilometrů), s neznámými charakteristikami, je součástí hlavního pásu asteroidů . Je připravena pozorovací kampaň a kamera Ralph a infračervený spektrometr jsou namířeny na asteroid 11. a 13. června. Tento manévr umožňuje získat vědecké informace navzdory vzdálenosti (maximálně 102 000 km ), ale také představuje opakování operací, které budou provedeny během přeletu Pluta .
Video ze startu.
Složený obraz asteroidu 2002 JF 56
The 4. září 2006, kamera LORRI vesmírné sondy pořídí první snímek Jupitera. The14. února 2007Po průchodu pouhých třinácti měsíců vstoupí New Horizons do zóny gravitačního vlivu Jupitera, zatímco je stále 23 milionů km od obří planety. Vesmírná sonda letí nad Jupiterem ve vzdálenosti 2,3 milionu kilometrů28. února 2007. Díky gravitační pomoci Jupitera New Horizons opouští Jovianský systém, který se ve srovnání se Sluncem zrychlil přibližně o 4 km / s , a jeho nová trajektorie nyní činí úhel 2,5 ° ve srovnání s ekliptikou .
Přelet Jupiteru nastává ve vzdálenosti 32 paprsků od planety a vede k intenzivní pozorovací kampani, která trvá čtyři měsíce. Sonda má účinnější nástroje, zejména kamery, než Galileo , poslední sonda, která provedla pozorování. Kamery Galileo byly vyvinutými verzemi sond Voyager , které samy zdědily z programu Mariner . Přelet Jupitera také umožňuje zkontrolovat činnost přístrojů a provést opakování sledu operací, které musí být provedeny před přeletem Pluta. Jupiter, který je blíže k Zemi než Pluto, může vesmírná sonda přenášet větší množství dat (40 gigabitů), než kolik bude shromážděno během letu nad Plutem.
Přístroje New Horizons umožňují přesnější měření oběžných drah vnitřních měsíců Jupitera, zejména Amalthea . Kamery New Horizons měří velikost sopek Io a podrobně studují čtyři galilejské měsíce a provádějí dálkové studie vnějších měsíců Himalia a Elara . Optické přístroje New Horizons obecně nejsou zaměřeny na nejjasnější objekty v systému Jupitera, protože by mohly být poškozeny kvůli své zavedené citlivosti na nízké osvětlení Pluta. Přesto jsou snímky osvětlené tváře Jupitera pořizovány v infračervené oblasti. Io je vyfotografováno během zatmění a na jeho noční tváři ukazuje zajímavé světelné body, které odpovídají horkým oblastem, a proto vylučují sopečné erupce: navrhovaná hypotéza je, že by to byly mraky plynu emitované sopkami Io interagujícími s magnetosférou Jupitera. Erupce Tvashtar Paterae na Io je natočena, což umožňuje pozorovat spád z ejecty, jehož složení vypadá klasicky (čedič). Tvar oblaku naznačuje, že zpočátku plynný ejecta kondenzuje na částice, když opustí viditelný oblak. Sonda studuje malou červenou skvrnu Jupitera, jeho magnetosféru a tenký prstenec, který ji obklopuje. Hledání měsíců v kruhu provedené v rámci průletu nevedlo k žádným novým objevům. Zatímco Saturnovy prstence zahrnují velmi malé měsíce (průměr menší než 1 kilometr), pro Jupitera nebyl objeven žádný měsíc menší než měsíce Métis (44 km ) a Adrasteus (16 km ), což vyžaduje vysvětlení. V blízkosti měsíce Adrastee jsou pozorována tři zesílení v kruhu, která a priori nevyplývají ze srážky. Blesk je v atmosféře Jupiteru pozorován v relativně vysokých zeměpisných šířkách (přes 60 ° zeměpisné šířky) v obou polokoulích. Proces vzniku těchto blesků nemůže být generován konvekcí v důsledku sluneční energie (v těchto zeměpisných šířkách příliš slabý), ale nepochybně nachází svůj zdroj ve vnitřní energii uvolněné planetou.
Jupiter a já .
Evropa .
Ganymede .
Callisto .
Animovaný snímek erupce Tvashtar Paterae na Io pořízený kamerou New Horizons .
Chronologie mise: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Spuštění 28. června 2007„ New Horizons je umístěn do režimu hibernace po většinu svého tranzitu do Pluta, který by měl trvat osm a půl roku. Vesmírná sonda v tomto stavu stráví celkem 1 873 dní. Sonda se poté pomalu otáčí, nadbytečné komponenty se vypnou a deaktivuje se navigační a navigační systém. Během tohoto spánku palubní počítač nepřetržitě sleduje stav vesmírné sondy a vysílá signál, který může nabývat dvou hodnot, což znamená, že je kosmická sonda funkční, nebo že je nutné, aby technici zasáhli kvůli problému byl zjištěn. Cílem je snížit používání elektronických součástek, snížit náklady generované monitorováním mise a snížit zátěž anténní sítě Deep Space Network , která je silně využívána jinými kosmickými sondami. Během svého dlouhého přechodu na Pluto je New Horizons probuzen 17krát, aby provedl hloubkové testy a případně provedl aktualizace zabudovaného softwaru .
The 8. června 2008, sonda protíná oběžnou dráhu Saturnu , zatímco je od Slunce 10,06 AU (1 AU = vzdálenost Země-Slunce), ale pozorování této planety se neprovádí, protože to je pak 2,3 miliardy km. The20. června 2010, Motory sondy provést malou opravu trajektorii 0,45 m / s , pro kompenzaci tahu z tepelných fotonů emitovaných RTG, které se odrážejí na vysoký zisk antény . Nové horizonty protíná Uranovu 'oběžné dráhy na18. března 2011, ale tuto planetu nelze pozorovat, protože je 3,8 miliardy kilometrů od vesmírné sondy. The25. srpna 2014, NASA oznamuje, že New Horizons prošel oběžnou dráhu Neptunu, pouhých 25 let poté, co Voyager 2 přeletěl nad modrým obrem (25. srpna 1989). New Horizons také nebude schopen provádět přímá pozorování této planety, ale mohl by protínat asteroidy patřící trojským koním této planety , protože musí projít poblíž bodu Lagrange L 5 této planety. Od zahájení mise astronomové objevili dva nové měsíce v Plutu, které má nyní pět. Vzhledem k novým poznatkům by mohl plutonský systém obsahovat méně viditelná nebeská tělesa, stejně jako prstencové nebo torusové mraky trosek, které by mohly představovat riziko pro přežití New Horizons během jeho letu. Na konci roku 2011 byla zahájena pozorovací kampaň využívající několik přístrojů založených na Zemi nebo ve vesmíru ( Hubble ) ve snaze získat více informací o plutonském systému. Kromě toho byla vyvinuta alternativní trajektorie, dále od Pluta, ale představující menší riziko kolize, pro případ, že provedená pozorování identifikují významné riziko.
Kontinuální pozorování plutonského systému začínají šest měsíců před přeletem Pluta a přenos shromážděných dat musí skončit devět měsíců po přeletu (a ve skutečnosti bude ukončen dne 23. října 2016). Podrobný průběh pozorování byl definován v letech 2001-2003, jelikož pomohl definovat obecnou architekturu vesmírné sondy, umístění vědeckých přístrojů a také testy a příjmy provedené během integrace sondy. Prostorové a po jejím provedení zahájení. Průběh pozorování je rozdělen do čtyř fází: první fáze začíná v roceledna 2015když přístroj LORRI začne být schopen fotografovat Pluto, které umožní rozlišit struktury. Když objem dat naroste do bodu, že již nebude možné jej přenést tak rychle, jak se shromáždí, začne fáze vzdáleného průletu. Třetí fáze, která je definována jako fáze, kdy jsou nástroje schopny plnit hlavní cíle mise, začíná 13 hodin před přeletem a končí 5 hodin po něm. Konečně čtvrtá fáze, během níž se sonda vzdaluje od Pluta, umožňuje provádět omezená pozorování.
Pozorování během fáze přiblížení (prosince 2014 - července 2015)The 6. prosince 2014„ New Horizons je definitivně vyveden z hibernace, v níž byl téměř nepřetržitě posledních sedm a půl roku. Vesmírná sonda urazila 4,8 miliardy kilometrů a je vzdálená 220 milionů kilometrů od Pluta. Zkontroluje se stav kosmické lodi, zejména jejích přístrojů. The4. ledna, nástroje jsou namířeny na 2011 KW 48 (ex-VNH0004), objekt Kuiper o průměru menším než 100 km , který leží v enormní vzdálenosti 0,5 AU od vesmírné sondy. Pokud jsou vzhledem ke vzdálenosti vyloučeny podrobné fotografie, mohla by tato pozorování odhalit existenci satelitů a poskytnout informace o rotaci a vzhledu různých hemisfér. Žádné výsledky však nejsou publikovány.
v ledna 2015Šest měsíců před přeletem Pluta zahájit kontinuální pozorování planety a jejích satelitů pomocí nástrojů Ralph / MVIC, Ralph / LEISA, LORRI a Alice. Kamera LORRI musí přesněji určovat oběžné dráhy a pohyby satelitů Pluta: cílem je vylepšit program odpovědný za zaměřování nástrojů během přeletu, který proběhne bez zásahu pozemních týmů. Ostatní přístroje se používají k měření meziplanetárního média, což by umožnilo lépe charakterizovat Kuiperův pás , do kterého nyní pronikla vesmírná sonda: částice vysoké energie, koncentrace prachu. Na tuto vzdálenost umožňuje LORRI optické rozlišení 900 km / pixel, shodné s optickým rozlišením Hubblova dalekohledu . První fotografie zobrazující pár Charon - Pluto byla pořízena25. ledna. Mezi koncem ledna a začátkem února jsou malé měsíce ( v průměru asi 100 km ) Nix a Hydra fotografovány kamerou LORRI. Pořízené fotografie umožnily s větší přesností vypočítat budoucí trajektorii vesmírné sondy a8. březnajeho raketové motory jsou odpalovány po dobu 93 sekund a upravují rychlost 1,14 m / s (rychlost vesmírné sondy je pak 14,5 km / s ). Tato oprava změní vzdálenost přeletu Pluta o 3 442 km . Na začátku května fotoaparát LORRI detekuje nejmenší měsíce Pluta, Kerberos a Styx , jejichž průměr je menší než 30 km , po dlouhých expozicích ve vzdálenosti 88 milionů kilometrů.
Od aktivace přístrojů byly po dobu 6,5 dne pořizovány fotosekvence Pluta, což odpovídá periodě rotace trpasličí planety, aby bylo možné vytvořit úplnou mapu jejího povrchu. Tato 6,5denní sekvence se opakuje pokaždé, když se rozlišení zlepší o 50%, tj. 100, 66, 44, 28, 19, 12 a 6 dní před datem přeletu Pluta. Shromážděná data umožňují detekovat časový vývoj, získávat mapy a spektra. Používají se také k upřesnění oběžných drah, a tedy i mas, Pluta a jeho satelitů, jakož i k možné detekci měsíců, které by pozemské dalekohledy neobjevily. Poslední sekvence, která začíná šest dní před průletem, poskytuje obrazům a spektrům nejlepší rozlišení, včetně odvrácené strany během průletu, která je vyfotografována 3,2 dne před průletem. Přístroj SWAP zahájil pozorování slunečního větru mezi 27 a 54 dny před průletem, zatímco PEPPSI se pokusil detekovat ionty unikající z atmosféry Pluta několik dní před průletem.
Na konci sedmitýdenní pozorovací kampaně plutonského systému prováděné kamerou LORRI se NASA rozhodla, 1 st červenec, aby byla zachována optimální trajektorie. Na dráze, kterou se musí vesmírná sonda během svého letu vydat, nebyly pozorovány žádné velmi malé prachové mraky, prstence ani měsíce. The4. červencese vesmírná sonda přepne do režimu „uložení“ a pozastaví veškerá vědecká pozorování. Původ problému je rychle identifikován. Počítač se stal obětí přetížení: operátoři na zemi přenášeli všechny příkazy, které budou zřetězeny, mezi 7 a 16, bez zásahu ze země, ale současně bylo požádáno, aby počítač komprimoval vědecké údaje na skladě, než je přenesete na Zemi. Obě úlohy přesahují možnosti počítače a počítač přejde do režimu uložení a požaduje další pokyny od Země. Ty jsou přenášeny a vědecká pozorování pokračují7. července.
Překročení plutonského systému (14. července 2015)Spuštění 7. července a do 15. července, palubní počítač provádí sekvenci naprogramovaných operací (orientace vesmírné sondy tak, aby namířila přístroje na jejich cíl, aktivace / deaktivace přístrojů atd.) bez zásahu operátorů na zemi. Třináct hodin před přeletem Pluta, ke kterému dochází dne14. července 2015v 11 hodin 59 UTC zahajuje fázi pozorování, která plní hlavní cíle mise. LORRI nejprve pořídí snímky Pluta a Charona, které poté zabírají celé optické pole přístroje, s rozlišením 2 až 3 km / pixel . Většinu následujících sedmi hodin přístroj Alice používá k provádění atmosférických luminiscenčních spekter k určení složení atmosféry planety. Částečné fotografie pořídí LORRI, než Ralph / LEISA nakreslí mapu složení povrchu, tři hodiny před přeletem, s rozlišením 10 km / pixel . Alice se poté používá k pozorování povrchu Pluta a Charona. Hodinu a půl až dvě hodiny před přeletem provede Ralph / LEISA druhé redundantní mapování složení povrchu s rozlišením 5 až 7 km / pixel . Poté jsou bezprostředně před letem nad trpasličí planetou vytvořeny panchromatické a barevné mapy Pluta a Charona ve vysokém rozlišení a infračervené.
New Horizons letí nad Plutem dál14. červencedo 11 h 59 UTC na vzdálenost 11 095 km , relativní rychlost 13,78 m / s , poté prochází nejblíže Charonu 12 h 13 , ve vzdálenosti 26 926 km . Ihned po přeletu nad plutonským systémem se vesmírná sonda ocitne na straně neosvětlené tváře Pluta a jeho měsíců. Během příštích dvou hodin jsou Pluto a Charon v pozici, kdy mohou zatemnit Slunce ( 12 h 48 Pluto a 14 h 17 Charon při pohledu ze sondy a Země (jednu až dvě minuty po výpadku Slunce, protože v tomto vzdálenost, Země a Slunce tvoří pouze úhel 0,24 °). Tyto zákryty se používají k měření Dopplerova posunu s REX (zákryt Země) a atmosférické luminiscence s Alice (zákryt Slunce), což umožňuje určit složení a struktura atmosféry, stejně jako teplota.
22 hodin po přeletu nad plutonským systémem 15. červencev 0 h 52 UTC obdrží pozemní operátoři první data, která potvrzují, že pozorovací program spojený s převrácením probíhá nominálně. Přenášejí se také některá vědecká data z nástroje PEPSSI. Přenos tří podrobných fotografií Pluta a také celková fotografie každého z těl plutonského systému je naplánován na další den s některými údaji od REX, Alice a SWAP.
Konec pozorování plutonského systému a přenos dat shromážděných během průletu (15. července 2015 - listopadu 2016)Pozorování plutonského systému pokračují třicet dní po průletu, zejména studium slunečního větru pomocí SWAP a úniku atmosféry pomocí PEPSSI. Data nashromážděná během fází blízkého pozorování, která budou uložena ve velkokapacitní paměti , jsou v podstatě přenášena na pozemské stanice na Zemi od samého začátku.září 2015. U fotografií, které představují největší objem dat, provedou pozemní týmy v září počáteční prioritizační práci, přičemž k určení pořadí odeslání použijí miniatury (obrázky ve zmenšeném formátu). Kvůli průtoku omezenému vzdáleností oddělující sondu od naší planety končí přenos shromážděných dat šestnáct měsíců po přeletu, to znamená vlistopadu 2016.
True color image Pluta (nejjasnější objekt) a Charon, pořízená New Horizons se14. dubna 2015.
Skutečná barevná fotografie Pluta pořízená New Horizons dne3. července.
Pluto vyfotografováno přístrojem LORRI 11. července.
Falešný barevný snímek převzat 13. července s Plutem nalevo a Charonem napravo (kontrast je zesílen, aby se zvýraznily různé geologické zóny).
Po přeletu nad Plutem New Horizons překročí Kuiperův pás , který se rozprostírá od 30 do 55 astronomických jednotek od Slunce, a jeho studium je druhým cílem mise. Plánuje se přelet alespoň jednoho transneptunského objektu. Ale když je vypuštěn, žádný není umístěn dostatečně blízko kurzu kosmické sondy. Během následujícího desetiletí proběhla intenzivní astronomická pozorovací kampaň. Až po roce 2014, po výjimečné mobilizaci zdrojů, byl konečně nalezen cíl.
Pozorování jiných objektůSonda dokázala pořídit několik snímků relativně blízkých objektů, například v listopadu 2015 a v dubna 2016z (15810) Arawn , kvazi-satelitu Pluta, který umožňoval získání některých fyzických detailů, jako je doba jeho rotace, byl tehdy 111 000 000 km od sondy.
Hledání cíle v Kuiperově pásuKdyž byla mise zahájena, v roce 2006 nebyl v Kuiperově pásu známý žádný transneptunianský objekt v dosahu New Horizons , vzhledem k několika pohonným látkám, které bude mít vesmírná sonda po překročení Pluta. Ti, kdo jsou za tuto misi odpovědní, však spoléhají na nálezy v desetiletí, které musí uplynout mezi vypuštěním a korekcí kurzu, které bude nutné provést, aby byla kosmická loď nasměrována na druhý cíl. Odhadují, že v době, kdy má vesmírná sonda 50% pravděpodobnost průletu v dosahu nebeského tělesa o průměru 72 km , nebo více než 95% průletu v blízkosti objektu 45 km nebo více. Tato pravděpodobnost dosáhne svého maxima ve vzdálenosti 42 AU od Slunce, což odpovídá nejvyšší koncentraci objektů v Kuiperově pásu, oblasti, která by měla být překročena mezi roky 2018 a 2019. Vzhledem k téměř dokonalé navigaci sondy, po překročení plutonského systému má dostatek pohonných látek k úpravě trajektorie o 130 m / s , což mu umožňuje odchýlit se o úhel menší než 1 ° od trasy, kterou sleduje v době přeletu Pluta. Po osmi letech výzkumu prováděného astronomy však astronomická komunita v Kuiperově pásu neobjevila žádné potenciální cíle . Termín pro využitelný objev je v létě roku 2014. Ve skutečnosti je nutné zorganizovat schůzku znát oběžnou dráhu přetečeného objektu, což předpokládá provedení dvou pozorování v jednom ročním intervalu. První pozorování se proto musí uskutečnit nejpozději v létě roku 2014, aby bylo možné po přeletu Pluta v roce 2014 nasměrovat sondu ke druhému cíli.července 2015.
Objev transneptunského objektu v dosahu kosmické sondy není snadný, protože objekty Kuiperova pásu nejsou příliš početné (přibližně 1 000 objeveno v obrovském prostoru) a je velmi obtížné je najít. malé rozměry a jejich odlehlost (několik desítek UA). K objevení cíle však byly použity významné prostředky: v letech 2011 až 2013 proběhla intenzivní pozorovací kampaň (trvající 84 hodin) pomocí nástrojů Subaru , Magellan a Keck , které patří mezi nejmocnější pozemské dalekohledy: padesát dva nových objekty patřící ku Kuiperovu pásu jsou objeveny, ale žádný z nich není v dosahu New Horizons : nejbližší vyžaduje provedení delta-v variace 200 m / s , manévr vyžadující větší množství pohonných látek než množství, které je v sondě stále k dispozici.
Po neúspěšném výsledku výzkumu pozemních observatoří, aplikace týmu New Horizons na jaře 2014 pozorovací okno na kosmickém dalekohledu Hubble , protože svou polohou ve vesmíru šetří velikost 1,6 . Je vyžadována doba pozorování 200 oběžných drah (~ 300 hodin). Toto trvání vyplývá ze statistické hypotézy založené na předchozích zjištěních. Podle této hypotézy by měla existovat 94% šance, že pozorování tohoto trvání odhalí cíl v dosahu. Manažeři projektu navrhují, aby se souhlasem Space Telescope Science Institute , který přiděluje čas pozorování Hubble , provést první pozorování 40 oběžných drah (~ 60 hodin), které by podle provedené hypotézy mělo umožnit objev dvou nových objektů v Kuiperově pásu. Pokud objevy provedené díky této době pozorování potvrdí statistický model, budou požadovat přidělení dalších 160 oběžných drah (~ 240 hodin). Pokud výzkum selže, tým New Horizons navrhuje, aby byla kosmická sonda po svém letu nad Plutem použita ke vzdálenému pozorování řady objektů v Kuiperově pásu, aby byl vytvořen model jejich distribuce. Fáze pilotního pozorování začíná včerven 2014. Na svém konci1 st červenec, v Kuiperově pásu byly objeveny dva nové objekty, jak předpověděl tým New Horizons . V důsledku toho manažeři vesmírného dalekohledu přidělili požadovaný časový úsek pozorování 160 doplňkových oběžných drah. Nakonec dovnitřříjna 2014Je tým New Horizons oznámila, že objevil alespoň jeden cíl, že družice je určitě být schopen přeletět, vzhledem k tomu, že zásoby paliva to má. Dva další potenciální cíle, podobného průměru a umístěné v prakticky stejné vzdálenosti, jsou nadále studovány.
Výběr cíle (srpen - prosinec 2015)Předvolený cíl, 2014 MU 69 , alias PT1 (pro Potential Target 1 , „ Potential Target 1 “ v angličtině), představuje preferovaného kandidáta, protože pravděpodobnost, že ho vesmírná sonda může dosáhnout, s přihlédnutím k rezervě dostupných palivo, je 100%. Má průměr 30 až 45 kilometrů, nachází se ve vzdálenosti 43,4 AU od Slunce a jeho zdánlivá velikost je 26,8. Manévry nezbytné k jeho dosažení by měly spotřebovat pouze 56 m / s (jsou-li prováděny vříjna 2015) nebo 60 m / s (pokud se provádí v prosinci), tj. něco málo přes třetinu rezervy pohonné látky vesmírné sondy dostupné pro tento manévr ( 130 m / s ). Druhým ze dvou potenciálních objektů pro tento průlet je 2014 PN 70 (PT3), který však vyžaduje změnu rychlosti o 116 m / s v říjnu a 122 m / s v prosinci. Výhodou PT3 bylo, že byl jasnější, a proto umožňoval přesnější trajektorii, byl nepochybně větší a byl dále od Slunce při pohledu ze Země v době průletu, což by usnadnilo současné pozorování ze Země a vesmírnou sondou. PT3 má oběžnou dráhu blízkou PT1 a stejně jako druhá je součástí „chladných“ transneptuniánských objektů, které tvoří hlavní kontingent těchto těles.
Trajektorie a cíl jsou vybrány pomocí srpna 2015a v říjnu a roce se provádějí čtyři manévry sondy listopadu 2015, umístit New Horizons na odposlechovou cestu. Poslední trvá dvacet minut. Jedná se o nejvzdálenější manévry, jaké kdy byly provedeny na stroji lidského původu.
Pozorovací kampaň v létě 2017Intenzivní pozorovací kampaň se provádí v červnu a července 2017, abychom přesněji určili charakteristiku MU 69 z roku 2014 . Projektový tým chce využít výhod tříhvězdných zákrytů MU69, ke kterým dochází s odstupem šesti týdnů. Pozemní, vzdušné ( dalekohled NASA SOFIA ) a vesmírné dalekohledy jsou mobilizovány k provádění těchto pozorování a pokud možno k přesnějšímu stanovení velikosti, orbitálních charakteristik, tvaru, přítomnosti prstenců, prachu nebo případně satelitů. Tato pozorování se konají dne3. června, 10. července a 17. července 2017. Výsledky ukazují, že 2014 MU 69 je menší, než se očekávalo, a že je buď vejčitý méně než 30 km dlouhá, nebo binární systém skládá ze dvou těles, jejichž největší délka nepřekročí 15, aby 20 km .
Projektový tým New Horizons se rozhodl dát smysluplnější křestní jméno objektu Kuiper 2014 MU 69 a uvádí se na trhlistopadu 2017výzva veřejnosti k předkládání návrhů. Ze seznamu vyplývajícího z návrhů veřejnosti je název Ultima Thulé zachován. Thule byl ve středověku mýtický ostrov nacházející se na severních hranicích, mimo známý svět. Název odkazuje na skutečnost, že New Horizons díky průletu objeví svět, který zůstal mimo dosah do té doby prováděných vesmírných misí. Jedná se o prozatímní přezdívku, NASA po průletu navrhne oficiální název UAI ( Mezinárodní astronomická unie ), jejímž úkolem je určovat nové nebeské objekty.
Přehled (486958) Arrokoth (1 st 01. 2019)Sběr vědeckých údajů o objektu Kuiper probíhá stejným způsobem jako u systému Plutonian, ale průběh průletu je mnohem obtížnější. Skutečně je oběžná dráha známá s omezenou přesností, která ukládá pozdní korekce trajektorie částečně založené na umístění (486958) Arrokoth , pak přezdívaného Ultima Thule, optickými prostředky na palubě vesmírné sondy. Kuiperův objekt byl poprvé spatřen na obrázcích pořízených kamerou LORRI vesmírné sondy16. srpna 2018zatímco New Horizons je 172 milionů kilometrů od svého cíle. Průlet se skládá ze tří fází. Během první takzvané fáze přiblížení, která sahá od16. srpna a jdi do 24. prosince„New Horizons pořizuje snímky pomocí svých kamer, aby určil přítomnost prstenců nebo měsíců, které by mohly generovat prach ohrožující kosmickou loď. Hlavní fáze začíná24. prosince na 2. lednaa soustředí většinu sběru vědeckých dat na dva dny přeletu. Snímky se pořizují k určení topografie, zatímco spektrograf určuje chemické prvky tvořící povrch. Poslední fáze trvá 20 měsíců a slouží k přenosu dat shromážděných během průletu. Operace prováděné během přeletu probíhají zcela automaticky, protože pokyny připravené střediskem řízení mise se dostaly k vesmírné sondě déle než 6 hodin. Arrokoth je tmavší než Pluto a kamera LORRI nebyla navržena k pořizování snímků za těchto světelných podmínek. Pro získání dostatečné úrovně detailů musí být nadjezd proveden v mnohem menší vzdálenosti (Arrokoth je mnohem menší než Pluto), což má za následek mnohem rychlejší posouvání fotografovaného objektu.
New Horizons letí nad (486958) Arrokoth the 1. st January je 2019na 5 h 33 TU ve vzdálenosti 3 500 km při rychlosti 14,43 km / s . V době letu byla Země 6,62 miliardy kilometrů daleko. Čtyři hodiny poté pozemní řízení obdrží první data o svém postupu: během této krátké pasáže bylo zaznamenáno 50 gigabitů dat (přibližně 6,25 gigabajtů). Vzhledem k omezené rychlosti (1 kilobit / s) a omezenému množství dostupné energie by měl přenos těchto dat trvat 20 měsíců a trvat ažZáří 2020. Podle první fotografie s nízkým rozlišením, která byla obdržena den po průletu, se Arrokoth skládá ze dvou téměř sférických těles nerovné velikosti, které jsou navzájem přivařeny a mají tvar sněhuláka. Toto je zvláště dobře zachovaný příklad kontaktního binárního těla . Náraz musel být proveden při relativně nízké rychlosti (několik km / h). Tyto binární soubory jsou velmi časté u komet (např. 67P / Tchourioumov-Guérassimenko ), které mají stejný původ jako Arrokoth. Celá je vysoká 33 km a maximální šířka 15 km. Oba prvky byly prozatímně přezdívané Ultima pro větší a Thule pro menší, což vycházelo z prozatímního názvu. Doba rotace měřená krátce před přeletem je přibližně 15 hodin. Zdá se, že povrch neobsahuje velké krátery. Je načervenalé barvy, podobné barvě čepice severního pólu Charonu, a která je nepochybně způsobena přítomností organických materiálů tholinového typu . Viditelné charakteristiky naznačují, že tento objekt Kuiperova pásu byl vytvořen na samém počátku formování sluneční soustavy a že si zachoval své původní vlastnosti.
Konec mise (2019-2025): prozatímnív března 2019, sonda musela projít do 0,1 astronomické jednotky od roku 2014 PN 70 (objekt, který mohla navštívit) a musela ji vyfotografovat.
Mise New Horizons mohla pokračovat až do2025, datum, kdy vesmírná sonda dosáhne vzdálenosti 50 až 60 au, kde je umístěn vnější limit Kuiperova pásu , za kterým najdeme pouze rozptýlené objekty, jejichž hustota znemožňuje přelet.
Projektový tým mise doufá, že najde třetí cíl pro vesmírnou sondu v Kuiperově pásu. Tento objev by mohl být obtížný vzhledem k obzvláště důležitým zdrojům, které musely být mobilizovány k nalezení (486958) Arrokoth (Ultima Thule). Sonda by však měla sama detekovat objekt, který by mohla navštívit. Měla by analyzovat fotografie, které pořídí, a dokázala by detekovat objekt s příliš nízkým osvětlením, než aby bylo vidět z pozemských dalekohledů; odeslání fotografií na Zemi k analýze by vzhledem k emisní kapacitě sondy trvalo příliš dlouho. Tato studie může začít až po úplném přenosu údajů týkajících se (486958) Arrokoth, což by mělo trvat přibližně 20 měsíců. NASA oznamuje, že výzkum začal na konci roku 2020, mohl být použit Hubbleův dalekohled. Tento nový cíl má být objeven během několika příštích let, než vesmírná sonda opustí hustou oblast Kuiperova pásu. Mise je navíc v současné době financována pouze do začátku roku 2021. Přelet druhého objektu Kuiperova pásu by proto vyžadoval, aby prodloužení mise poskytla americká vesmírná agentura.
v ledna 2018Se New Horizons a Voyager týmy setkali s cílem položit základy pro možnou spolupráci při pozorování heliosphere ; nástroje a poloha těchto tří lodí se mohou navzájem doplňovat nejméně do roku 2025 a případně do roku 2027 , kdy množství energie zbývající v sondách Voyager již nebude dostatečné k tomu, aby je udržel v provozu.
Do roku 2032 , kdy bude New Horizons umístěn kolem 82 AU, bude zbývající výkon na lodi 150 wattů, což je minimum potřebné k udržení provozu. I když je pravděpodobné, že je možné tyto teoretické limity posunout zpět, sonda již nebude funkční, jakmile dosáhne vzdálenosti 120 astronomických jednotek.
Pluto je transneptunský objekt, který má tu zvláštnost, že s Charonem vytváří dvojitý systém . Žádné těleso ve sluneční soustavě, které by vykazovalo některou z těchto dvou charakteristik, nebylo dosud vesmírnou lodí studováno in situ . Vědci tedy očekávali, že najdou svět s originálními vlastnostmi. První pozorování v této oblasti překračují očekávání. Pluto, stejně jako Charon, představuje mladé povrchy, prakticky bez kráterů, se zjevnými strukturami, které jsou originální i rozmanité. Pluto je zjevně stále geologicky aktivní planeta s horami vodního ledu vysokými více než 3 km , což vzhledem k velikosti planety trpaslíka a absenci dostatečně silných slapových sil nedokážou žádná předchozí pozorování ve sluneční soustavě vysvětlit . První oficiální zveřejnění výsledků mise ve vědeckém časopise se koná v roceříjna 2015.
První fotografie Pluta pořízené vesmírnou sondou ukazují velmi jasnou oblast na pólu, tmavý pás na rovníku a oblasti střední barvy. Předběžné výsledky jsou oznámeny dne12. července 2015. Průměr Pluta se měří se zvýšenou přesností a je dimenzován na 2370 ± 20 km . Pluto má polární čepici tvořenou ledovými listy metanu a dusíku. Tmavé oblasti mají velmi odlišné složení od polárních čepiček, s mnohem nižším obsahem metanu. Poslední fotografie Pluta pořízená společnostmi LORRI a RALPH 13. července, den před průletem, ukazuje planetu s velmi rozmanitými typy terénu a ukazuje některé zjevné vlastnosti satelitu Iapetus ze Saturnu a satelitu Triton z Neptunu . Je vidět jen několik kráterů.
Hory vodního leduPrvní detailní záběr pořízený během průletu a přijatý na Zemi dál 15. července, ukazuje povrch bez impaktních kráterů, a proto je nepochybně mladý (méně než 100 milionů let starý). Na fotografii se objevují vyvýšené hory vysoké přibližně 3 300 metrů, neformálně pokřtěné Norgay Montes . Nemohou být tvořeny ledem methanem, oxidem uhelnatým nebo dusíkem, protože tyto materiály nejsou dostatečně silné, aby vytvářely takové vysoké vrcholy. Nepochybně jsou tvořeny vodním ledem, který tvoří plášť trpasličí planety. Úlevy tohoto typu byly dosud pozorovány pouze na ledových satelitech plynných planet a jsou výsledkem slapových sil generovaných těmito obřími planetami. Zde funguje jiný mechanismus, ale zbývá ho určit. Vědci vylučují vliv slapových sil generovaných Charonem, vzhledem k jeho velikosti. Jsou vyvolány dvě stopy: rozpad radioaktivních materiálů, jako je thorium nebo uran přítomný v silikátech , které stále hrají roli v případě Země, ale jejichž vliv je obvykle považován za zanedbatelný po čtyřech miliardách let na světy o velikosti Pluta. Druhé vysvětlení předpokládá existenci oceánu pod ledovým pláštěm, který by při ztrátě latentního tepla byl původem pohybů povrchu.
Tombaugh RegioVelmi jasná oblast ve tvaru srdce, neformálně pojmenovaná Tombaugh Regio podle objevitele Pluta, zapadá mezi zdánlivě velmi tmavé oblasti na rovníku. Materiál pokrývající jeho povrch není rovnoměrný: v jeho levé polovině dominuje oxid uhelnatý, s větší akumulací směrem ke středu této zóny. Proces tohoto nahromadění není znám. Detailní snímek srdce ukazuje pláň známou jako Sputnik Planum, tvořenou množinou polygonálních ploch 20 km na stranu ohraničených úzkými prohlubněmi, z nichž některé obsahují tmavý materiál, zatímco jiné se zdají být obklopeny kopci, které jsou stoupat nad okolní terén. Deprese by mohly pocházet z kontrakce povrchu, ale mohly by také být způsobeny konvekčním procesem vznikajícím ve vnitřním žáru Pluta. Na jihovýchod ustupuje rovinatý terén oblasti plněné vrcholky, které mohly být vytvořeny sublimačním procesem, který mění led na plyn, aniž by prošel střední kapalnou fází. Led dusíku, metanu a oxidu uhelnatého zůstává za teplotních podmínek na Plutu tekutý, na rozdíl od vodního ledu. Na severu Sputnik Planum tedy pořízené fotografie ukazují ledovce ledového dusíku proudícího z chaotického terénu, dále na sever, k této rovině, popisující voluty, které obcházejí překážky. Stejně tak jižně od Sputnik Planum proudí exotický led (ne vodní led) kolem pohoří zvaných Hillary a Norgay (pojmenovaných podle vítězů Mount Everestu) a přichází naplnit krátery velkého nárazu.
Pluto vyfotografováno přístroji LORRI a RALPH 13. července 2015.
Detail Pluta (přibližně 300 × 300 km ), pořízený14. července 2015 v době průletu.
Jižní část Sputnik Planum na Plutu: exotický led teče mezi masivy Hillary a Norgay a zejména vyplňuje velký komentovaný kráter o průměru 50 km .
Přítomnost atmosféře na Plutu je znám od roku 1988 prohozeni nástroje a PEPSSI potvrzeno, že rychlost atmosférického emise z atmosféře Pluta je zvláště vysoká. Sluneční vítr je nepochybně na počátku procesu, tím, že nese ionizované částice Plutonian atmosféry (bez ochrany pro nedostatek magnetického pole) k meziplanetárního prostoru . Vědci odhadují na základě údajů shromážděných nástroji New Horizons, že míra úniku je 500krát vyšší než u planety Mars . Atmosféra rekonstituovaná sublimací materiálů z povrchu trpasličí planety by tento proces způsobil od vzniku Pluta zmenšení jeho průměru o 6 kilometrů.
Díky eliptické oběžné dráze Pluta, když se vzdaluje od Slunce, jeho atmosféra ochlazuje, pak kondenzuje a je srážena na zem ve formě ledu, což nakonec způsobí jeho úplné zmizení. Dokud se planeta znovu nepřiblíží k naší hvězdě. Zatímco Pluto se od roku 1989 postupně vzdalovalo od Slunce , pozorování provedená v posledních letech ze Země naznačovala nárůst atmosférického tlaku, což je v rozporu s touto hypotézou. Přístroj REX umožnil určit tlak na povrchu Pluta měřením Dopplerova efektu rádiových emisí z New Horizons procházejících atmosférou Pluta bezprostředně před zakrytím Země trpasličí planetou. Tlak měřený pomocí REX je dvakrát nižší než hodnota poskytovaná pozorováním ze Země v roce 2013 . Zdá se, že tato variace naznačuje, že průlet New Horizons se shoduje s fází zmizení atmosféry. Pro některé vědce je náhoda překvapivá a je třeba tyto závěry potvrdit.
Fotografie pořízená v době zakrytí Slunce Plutem umožnila zvýraznit přítomnost oparu až do nadmořské výšky 130 km , tedy výrazně nad očekávání (30 km ), za daných podmínek teploty a tlaku. Stejná fotografie umožňuje rozlišit dvě atmosférické vrstvy s odlišnými charakteristikami, od nadmořské výšky 0 do 80 km a od 80 do 130 km . Tento opar je vodítkem ke složité chemii, která se odehrává v atmosféře Pluta. Ultrafialové záření ze Slunce interaguje s molekulami metanu v atmosféře a tvoří komplexní uhlovodíky v horní vrstvě atmosféry. Tvoří molekuly, jako je ethylen nebo acetylen . Tyto molekuly procházejí do spodní vrstvy atmosféry, kde kondenzují na led a vytvářejí opar. Ultrafialové záření interaguje s těmito molekulami za vzniku tholinů , jejichž charakteristické červenohnědé barvy jsou viditelné na povrchu Pluta.
Charon , stejně jako Pluto, ukazuje mladý povrch s několika krátery a mnoha formacemi, což naznačuje, že je geologicky aktivní i přes svou malou velikost. V blízkosti pólu je viditelný 6 až 10 km hluboký a velmi dlouhý kaňon, stejně jako další 5 km hluboký kaňon . Série útesů a prohlubní na sebe navazuje od severovýchodu na jihozápad na více než 1 000 km , které mohly být vytvořeny interním procesem. Pod těmito formacemi naznačuje prakticky rovný a slabě kráterovaný terén, že byl nedávno znovu obnoven. Temná oblast přezdívaná Mordor pokrývá pól a je obklopena načervenalým terénem. Tmavá barva může být způsobena tenkou vrstvou materiálu, protože v místě viditelných kráterů se objevuje světlejší terén.
Detail oblasti Měsíce poblíž terminátoru ukazuje velmi hladký terén s ostře nakreslenými krátery a dlouhými puklinami. Tyto praskliny připomínají měsíční štěrbiny, které vznikají ochlazením a potom smrštěním velmi tekutých láv, které se rozšířily na jeho povrch. Izolovaná hora ve velmi hluboké depresi intrikuje planetology, protože její formace zůstává nevysvětlitelná a tento typ formace nebyl nikdy pozorován ve sluneční soustavě. Přístroj Alice nezjistil žádnou atmosféru.
Fotografie Charona pořízená 14. července s detailním záběrem kamery LORRI v kazetě.
Přístrojem Alice sur Charon nebyla detekována žádná atmosféra: zakrytí Slunce Charonem má za následek ztrátu signálu bez jakéhokoli přechodu (vertikální změna intenzity světla) na rozdíl od Pluta (viz obrázek výše).
Bylo možné pořídit první snímek Hydry obsahující několik pixelů. Podlouhlý (43 × 33 km ) je jeho povrch tvořen převážně vodním ledem. Několik dní po průletu se vykreslí stejně silně pixelovaný obraz Nix . Potvrzuje délku 40 km a podlouhlý tvar tohoto malého satelitu.
Přehled Pluta umožňuje upřesnit hlavní charakteristiky malých měsíců Pluta (shrnuto v tabulce níže). Jednou z nejpřekvapivějších věcí objevených vesmírnou sondou je to, že na rozdíl od většiny satelitů planet ve sluneční soustavě (a Charonu) se malé měsíce Pluta neotáčejí synchronně s Plutem (nemusí vždy trpaslíkovi představovat stejnou tvář). planeta). Zejména nejvzdálenější satelit Hydra obíhá Pluto za 38 dní, zatímco se točí kolem 10 hodin. Atypický je také sklon osy pólů: Styx má sklon 82 ° a osa Nix je dokonce nakloněna o 132 ° , což znamená, že se Měsíc otočí proti sobě s ohledem na jeho pohyb kolem Pluta. Kromě toho se rychlost otáčení Nixu od jeho objevení snížila o 10%. Navzdory těmto vlastnostem se vědci domnívají, vzhledem k jejich vzhledu blízkému vzhledu Charona a Pluta, že se v plutonském systému bezpochyby vytvořily malé měsíce, přinejmenším pro Nix a Hydru, v důsledku fúze malých těl, které jsou výsledkem fragmentace starověké měsíce Pluta. Povrch Nixu a Hydry má několik malých kráterů, ale nejsou zde žádné vrstvy ani zjevné skály. Hledání dalších satelitů Pluto nepřineslo žádné nové objevy, a pokud existuje, musí být velmi malé.
Měsíc | Zdánlivá velikost | Hmotnost | Rozměry | Orbitální poloměr | Oběžná doba | Počet otáček na oběžnou dráhu |
---|---|---|---|---|---|---|
Styx | 27 | 10 × 5,3 km | 42 656 ± 78 km | 20,2 dnů | 6.22 | |
Nix | 23.5 | 54 × 41 × 36 km | 48 694 ± 3 km | 24,9 dnů | 13.6 | |
Kerberos | 26.4 | 12 × 7,5 km | 57 783 ± 19 km | 32,2 dne | 6,04 | |
Hydra | 23 | 43 × 33 km | 64 738 ± 3 km | 38,2 dnů | 88,9 |
New Horizons shromáždil data během svého průletu (486958) Arrokoth .
Přístroj SWAP umožnil odhadnout hustotu atomů vodíku v blízkosti sluneční soustavy na 0,127 ± 0,015 cm -3 .