[科普中国]-新地平线探测器

探测器概况

“新地平线”项目由NASA的喷气推进实验室和约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室负责，其他参与方还有美国鲍尔宇航公司、波音公司、斯坦福大学、科罗拉多大学、洛克希德·马丁公司、美国能源部以及大学研究机构等。1

“新地平线号”，是美国国家航空航天局的一项探测计划，主要目的是对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体进行考察。“新地平线号”是人类有史以来最快速的人造飞行物体，它飞越月亮绕地球轨道不用九个小时，到达木星引力区只需13个月时间，“新地平线号”现在每小时前进大约3.1万英里(4.99万千米)，距离地球大约是15.27亿英里(24.57亿千米)。2015年7月14日抵达冥王星。3

“新地平线号”探测项目耗资约7亿美元。科学家认为，研究冥王星有助于加深对太阳系形成的理解。“新地平线号”计划于2015年年中到达冥王星，行程48亿千米。其使命还包括研究冥王星的主要卫星冥卫一以及两个最新发现的冥王星卫星。“新地平线号”探测器之后将进入冥王星外的柯伊伯带。柯伊伯带位于太阳系外缘，被认为由太阳系形成早期的剩余物质组成。由于“新地平线号”的飞行速度很快，而其所携燃料又不足以供减速和进入环冥王星轨道之用，因此“新地平线号”将在与冥王星及其卫星“亲密接触”后，继续前行并一去不返。3

这项探测任务的主管表示2009年12月29日，“新地平线号”穿过具有里程碑意义的边界线，从此它距离冥王星比距离地球更近。“新地平线号”继续前进，这艘飞船将成为第一艘飞越冥王星(曾被称作行星，现在被称作矮行星或类冥矮行星)，并飞往潜伏在太阳系边缘的柯伊伯带里的其它天体。3

主要任务探测器的主要任务是探测位于太阳系边缘的冥王星及其卫星卡戎(Charon)，预计2015年飞越冥王星及其卫星；另一个主要任务就是探测位于柯伊柏带(Kuiper)的小行星群，预计2016-2020年飞越柯伊柏带。“新地平线”任务将持续10年以上，预算约为6.5亿美元，其中包括探测器研制、发射、操作以及后期费用。1

主要性能参数探测器发射质量478kg，其中探测器质量约400kg，肼燃料质量77kg。由于可利用木星引力进行辅助加速，并且在冥王星附近无需减速，探测器无需携带过多的燃料。探测器的主平台结构近似二三角形，高0.7m，长2.1 m，最宽处约2.7m。推进系统包括16个单元肼推力器，其中4个4.4N推力器用于轨道修正，另外12个0.8N推力器用于对探测器的自旋进行加速或减速：通信采用x频段，包括1副直径2.1m的高增益碟型天线、1副中增益碟型天线和2副宽波束低增益天线。大部分情况下，探测器采用x频段高增益天线与地面通信。当探测器到达冥王星时，将距离地球4.9×109km，数据率仅为700bit/s，将整套数据传回地球需要9个月，电源系统采用“同位素热电发生器”提供能源，在任务初期，功率为240W；2015年，功率降为200W。1

探测器采用三轴稳定(科学探测阶段)和自旋稳定(巡航阶段)2种姿态模式。其中，自旋模式用于轨道修正机动和巡航阶段的休眠期，额定自旋速率为5r/s、探测器在从木星飞往冥王星的旅途中，将采用“休眠”模式；每年仅唤醒1次，大约耗时50d左有进行设备检测和轨道跟踪。其他时间里，探测器处于慢自旋状态，每周发回1次信标信号，以说明探测器是否处于正常模式。“新地平线”是世界上首个使用“深空网信标侧音”(beacon lone)系统的探测器，该系统曾在1998年的深空-1任务中进行过飞行验证。1

有效载荷有效载荷：7台仪器。Ralph，由多光谱可见光成像相机和线性标准成像光谱阵(LEISA)组成的6cm口径望远镜；Alice，紫外线成像光谱仪；LORRI，远程勘探成像仪，包含一个20.8cm口径望远镜和一个CCD成像仪；SWAP，太阳风分析仪，用来测量冥王星附近太阳风带电粒子；PEPSSI，高能粒子频谱仪，用来发现中性原子；SDC，尘埃计数器。REX，无线电科学仪器，功能同微波辐射计，掩星实验时还可以记录接收的深空网上行光谱。2

世界之最世界上最快的人造飞行器就是大名鼎鼎的“新地平线号”探测器。它要踏上一段航程约50亿千米，时间长达九年半的漫漫征途。在发射升空大约45分钟后，“新地平线号”成功与运载火箭分离。它的时速高达5.8万千米/小时，这是迄今为止人类发射的速度最快的太空飞行器。4