[科普中国]-新地平线号探测器

新地平线号探测器（英文：New Horizons）是美国国家航空航天局（NASA）于2006年1月19日在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空的冥王星探测器，其主要任务是探测冥王星及其最大的卫星卡戎（冥卫一）和探测位于柯伊柏带的小行星群。

考察冥王星任务结束后，“新地平线”号会继续向离地球更远的宇宙空飞，将在2017至2020年抵达一个由彗星和其他宇宙碎片构成的中间环带——柯伊柏带，探测至少两个直径为40至90千米的柯伊伯带天体，这一阶段可能会持续5至10年。

新地平线号是人类发射过起始速度最快的太空探测器，已经于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。

目前，新地平线号（即新视野号）正在快速飞离冥王星、进入柯依伯带中心地带。2015年8月29日，美国航空航天局（NASA）公布了这艘探测器的下一个目的地：编号为2014 MU69的柯依伯带天体。1

简介“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）。

已经于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。

“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。

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

世界上最快的人造飞行器是大名鼎鼎的“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9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。它的时速高达约5.8万千米/小时（约16千米每秒），这是迄今为止人类发射的速度最快的太空飞行器。也许你会觉得制造如此高速的飞行器肯定耗资巨大，其实一整套的探测计划的总预算才7亿美元。4

工作历程

第一发射窗口：2006年1月17日- 2月14日，并于2015年-2017年抵达。

第二发射窗口：2007年2月2日-15日，如果在这期间发射，那么新地平线号将直接飞往冥王星，并于2019年-2020年抵达。

任务级别：NASA“新疆界”探测计划的第一项任务

承包商：西南研究院、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室

发射时间：美国东部时间2006年1月19日14时00分00秒（EST)

运载器：联合发射联盟(ULA)研制的Atlas-V551火箭（AV-010)装有ATK公司研制的STAR-48B第三级固体助推引擎

发射地点：美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地41号发射台

2001年6月8日，新地平线号任务计划正式得到NASA的采纳。

2005年6月13日，NASA对新地平线号探测器作正式测试。

2005年9月24日，新地平线号探测器被运往卡纳维拉尔角发射场。

2006年1月11日，主要发射窗口打开，探测器作最后的测试。

2006年1月16日，Atlas V 551火箭搬运至发射架。

2006年1月17日，由于大风影响发射推迟。

2006年1月18日，由于电力供应暂时中断时发射再次推迟。

2006年1月19日，美国东部标准时间(EDT)14时00分00秒（协调世界时 (UTC)19时00分00秒），新地平线号探测器成功发射。

2006年4月7日，新地平线号探测器穿过火星轨道。

2006年5月上旬，探测器进入小行星带。

2006年6月13日，协调世界时（UTC）04时05分，探测器与一颗编号为132524 APL的小行星在101867公里处掠过，并拍摄照片。

2006年10月下旬，探测器离开小行星带。

2006年11月28日，探测器首次拍摄传回小行星的照片。

2007年1月8日，新地平线号探测器开始木星探测。

2007年1月10日，探测器观测木卫十七(Callirrhoe)。

2007年2月28日，协调世界时05时43分40秒，新地平线号探测器飞跃木星，最近距离2305000公里，速度达到21.219公里/秒。

2007年3月5日，结束木星探测。

2008年6月8日，新地平线号探测器穿过土星轨道。

2009年12月29日，新地平线号探测器越过地球与冥王星的连线中点，距离地球大约是15.27亿英里(24.57亿公里)，从此以后探测器距离冥王星比距离地球更近。

2011年3月18日，新地平线号探测器穿过天王星轨道。

2014年8月24日，新地平线号探测器穿过海王星轨道。

2014年12月8日，新地平线号探测器被成功唤醒。途中累计休眠1873天，相当于飞行时间的三分之二，以便节约电力消耗。

2015年7月14日，协调世界时11时49分，新地平线号探测器飞跃冥王星，最近距离13695公里，速度每秒13.78公里；协调世界时12时00分，飞越冥卫一，最近距离29473公里，每秒13.87公里。并测得冥王星直径约2370千米，卡戎直径约1208千米。

2016-2020年，新地平线号探测器在柯伊伯带中穿行，探测可能的近距离柯伊伯带天体。

2017年2月6日，美国宇航局新视野号探测器用六天的时间对6颗遥远的柯伊伯带天体进行了成像，并启动发动机进行了飞行轨道修正，开始向两年后抵达的目标--柯伊伯带小天体2014 MU69冲刺。5

2029年，新地平线号探测器离开太阳系。6

2019年1月1日，美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的一艘宇宙飞船“新视野”号飞越了人类迄今研究过的最遥远的天体。“新视野”号飞越的是名为“天涯海角”(Ultima Thule)的小行星，与地球的距离超过64亿公里。7

结构系统数据参数飞行速度3.1万英里每小时（4.99万公里每小时）。

位于冥王星附近时的功率：228瓦特

位于冥王星时数据传输率：768bps

耗资：7亿美元，发射过程耗资5.5亿美元

尺寸规格：长约2．1米，最宽处仅2.7米。

发射时重量：478千克

动力：10.9千克的钚放射性衰变提供能源。

发电机：同位素温差发电机（10.9千克钚内置）。

全艘探测船包括推进剂在内，重约450公斤(一千磅)核能发电机是由美国能源部提供保温瓶式设计的机舱，确保所有仪器机械可以在安全的环境中工作。首次使用的船载再生测距存储器，将多获取三十dB的数据使用八种不同的识别信号，来显示探测船的健康状态先进的数码接收器可以节省60%耗电量装备有三维立体相位及陀螺仪利用十六个喷嘴来控制船身位置，以便修正航道、观察目标、和进行速度调整。改变方向接近柯伊伯带天体。使用改良的“冬眠”装置，可以节省宝贵的燃料包括核能电池其他主要辅助仪器包括有：星踪导航仪及资料数据记录器等携带有冥王星发现人克莱德·汤博（Clyde William Tombaugh）的部分骨灰，一件是美国国旗，另一件是一张CD，CD上刻有曾在“飞向冥王星”网站上将近45万签名的网友姓名。8

科学仪器

高****清晰度彩色地图和冥王星及其冥卫一表面成分的设备（Ralph）。该设备主要由多谱线可见光成像相机（MVIC）和线性标准成像光谱阵列（LEISA）组成。MVIC在可见光范围内工作，它有四个不同的滤光器。一个用来测量分布于表面的甲烷霜，其它的分别覆盖蓝、红和近红外等光谱区域。此外，还有两个全色滤光器，当测量发微光的遥远物体时，可让所有可见光通过，从而最大限度地增加仪器的敏感性。从滤光器穿过的光线均被聚焦到一个电偶合器件上通过该相机可产生彩色地图。LEISA利用热辐射在红外光谱范围内工作它可像棱镜一样使不同波长的光按不同比率弯曲，这样就可以分别对每种光进行分析。根据量子物理，不同分子辐射和吸收不同波长的光，因此，对光的成分进行分析，就可以鉴别不同的分子。它将用于描绘冥王星表面甲烷霜、氮、一氧化碳、水及冥卫一表面水冰的分布情况。

**放射性实验仪器（REX）。**它由一小块集成到探测器通信系统中的含先进电子设备的印刷线路板构成，探测器向地球传输科学数据等所有电信联系均通过它来完成，对探测任务能否成功关系重大。当探测器飞临冥王星时，它上面的83英寸的无线电天线将指向地球。美国宇航局功能强大的深空网络无线电发射机同时对准新视野探测器并向其发出信号。当探测器飞到冥王星背面，冥王星大气将使无线电波产生弯曲，弯曲程度依气体分子的平均重量和大气温度而定。此时，该仪器将记录到的无线电波数据发送回地球进行分析。该仪器还有一种辐射线测定模式，可测量冥王星本身微弱的电磁辐射。当这种辐射线测定在探测器飞过冥王星后回望时，可准确测定冥王星的夜间温度。

紫外线成像光谱仪（Alice）。它用来探测冥王星大气构成，不仅可以像棱镜一样将不同组分发出的光分别开来，而且能形成不同波长探测物的影像。

远程勘测成像仪（LORRI）。由一个20.8厘米孔径望远镜组成，能将可见光汇聚到电偶合器件上，产生高空间分辨率图像。当探测器到达距冥王星最近点时，将由它拍摄高解析度图像。

太阳风分析仪（SWAP）。可用来测量冥王星附近来自太阳风的带电粒子，以决定这颗行星是否有磁场圈及其大气逃逸速度。

高能粒子频谱仪（PEPSSI）。可用来寻找从冥王星大气中逃逸的中性原子。这些原子逃逸后即与太阳风作用变为带电粒子。

**尘埃计数器（SDC）。**它将沿轨道测量由彗星脱落物和柯伊伯带天体相互碰撞产生的尘埃粒子大小，其中包括从未取样的星际空间。这些仪器将在“新地平线”飞临冥王星的过程中，为这颗遥远的星球描绘出一幅全新的图像。

动力系统新地平线号探测船的动力皆来自一台核能电池，这台发电机利用放射性同位素二氧化钚自然衰变时所释放出来的热，以热电偶形式发电。由于冥王星距离太阳太远，阳光由太阳去到冥王星需要四小时，在冥王星附近能接受的太阳能只及地球千分之一，探测船无法利用太阳能产生充够的能量供活动所需，因此核能电池是唯一的选择。其实，所有外空间探测器都采用相同的设计，包括“卡西尼号”探测船。

探测船有一台引擎提供转向动力，用以调节探测船相位，在差不多十年多航行时间之间，可以修正飞向冥王星的轨道。当探测船接近冥王星时，要调校船身以便所有探测仪指向冥王星。当飞越过冥王星之后，又要调校船身以便观察卡戎，待完成探测后，又要再转校船身，使高增益天线指向地球，将收集到的数据送回地球。这个设计是由于预算所限，“新视野”探测船不可以像它的前辈“旅行者”一、二号一样，使用旋转式平台，可以较简单的执行指令，而只能以调节船身相位这个较复杂方法来完成任务。

通讯系统“新地平线”探测船安装了一只直径2.1米(83英吋)的高增益天线，能够与地球的深空网络保持联系，接收来自地球的指令，以及将收集得到的科学资料输送回去地球。另外安装在高增益天线正上方的是低增益天线，是高增益天线的后备，以备不时之须。高增益天线有两条频带收发讯号，频谱宽阔，上传下载速度高，相比之下，低增益天线只有一条窄频带，效率较低，但是在紧急情况之下，可以顶替高增益天线的工作。

运载器“新地平线号”冥王星探测器以美国宇宙神-V551型(Altas-V551)火箭携带，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的空军基地41号发射台发射，将探测器推出外太空，再由半人马座(Centaur)火箭送入绕地轨道，最后由星-48B型(STAR 48B)固体燃料火箭冲出地球引力，飞向冥王星。

（发射初始速度为每小时59384公里），它飞越月亮绕地球轨道不用九个小时，到达木星引力区只须13个月时间，相对1960年代“阿波罗”登月任务相同航程要飞行三天时间，“伽利略号”飞抵木星亦需四年时间而言，“新地平线号”航速可谓十分惊人。

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6 cm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20.8 cm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。9

技术难题穿越太阳系在新地平线号冥王星之旅的最后8年时间里，工作人员会对整个探测器及其所携带的仪器进行检查和调试，修正它的飞行轨道，并为接近冥王星做准备。

星体碎片2012年10月16日，随着工作小组透过哈勃空间望远镜发现冥王星的两个新卫星和众多星体碎片，新地平线号团队发表了一篇文章，指新地平线号在飞越冥王星的时候，有可能毁于冥王星卫星轨道中的星体碎片，所以工作小组在研究是否要改变新地平线号的轨道，去避免和这些碎片碰撞，保护新地平线号。10

探测任务探测冥王星

美国宇航局“新视野”号探测器将在两个月后抵达冥王星轨道，美国宇航局的科学家正在通过探测器上的远程侦察相机系统观测冥王星系统是否存在未发现的卫星或者环结构。因为探测器将在近距离与冥王星擦肩而过，如果我们没有发现存在的碎片环，那么探测器可能撞上并报废。“新视野”号第一次飞掠的时间为7月14日，来自探测器任务小组的消息，我们每周都会动用远程侦察相机对冥王星进行观测，随着距离的不断接近，我们会彻底查明冥王星周围是否还有未发现的天体。

科罗拉多州博尔德西南研究所的科学家艾伦-斯特恩是探测器的主要研究人员，他认为如果我们将好奇号进入火星大气层称为恐怖的七分钟，那么冥王星任务则可称为具有悬念的七周。在接下来的时间里，我们将不断观测冥王星周围的轨道，确定是否有未发现的卫星或者碎片环。11

2015年7月14日，美国太空总署（NASA）冥王星探测器“新地平线号”（New Horizon）传回一批迄今最清晰的冥王星照片，不仅发现一个绰号名为“鲸鱼”（The Whale）的阴影区，更揭露冥王星表面出现一个心型。

这个“完美之心”的浅色光影，横跨约2000公里。而在旁有一个颜色较深的光影区，被科学家称为“鲸鱼”。此外，科学家早前亦从相片发现，冥王星两极特别明亮，或许有氮冰覆盖。“新地平线号”将于周二飞近冥王星，有助进一步揭开冥王星的神秘面纱。12

"心形暗斑"被命名汤博斑，它的发现者的名字，是一片由液化氮冷冻组成的冰原。13

后续计划对天王星和一些柯伊伯带天体进行考察，计划耗资5.5亿美元。“新地平线”探测船二号计划，是原计划的后备方案。计划利用相同的设计，制造多一艘探测船，于2008年3月19日发射离开地球，2009年8月12日飞越木星，2015年10月7日再飞越天王星，于2020年9月15日飞抵1999 TC36，一颗位于离地球三十一个天文单位的柯伊伯带天体。 TC36体积庞大，比起任何一颗“新视野”一号所能经过造访的柯伊伯带天体，TC36都巨大十倍，就算连它的月亮也大过其它柯伊伯带天体两至三倍以上，甚俱科学探测价值。 “新视野”二号飞越TC36之后，还可以观察多一至两颗体积较小的柯伊伯带天体。 “新视野”二号如能按计划顺利起航，就可确保整个“新视野”计划，肯定可以获得丰盛的成果。

“新地平线”探测船二号计划吸引之处在于：一趟巡行就能探访多个星体，如错过今次机会，下次天王星—柯伊伯带天体巡航要等到2050年才能起行。 而且因探测船是利用现成设计，省却大量研究经费及所须时间。 计划现尚在讨论阶段，有待美国太空署批准；美国国会已於2004年9月下旬，追加拨款以作计划之可行性研究。 如计划成功获得通过，除了首次探索1999 TC36之外，还将成为继1986年航行者二号，人类30年后第二次造访天王星。

成轨道调整 2019年抵达新目标

美国宇航局新视野号探测器目前已经成功进行四次机动，向柯伊伯带天体2014 MU69前进。该天体距离冥王星10亿英里，美国宇航局已经批准延长新视野号任务时间，探测器将在2019年1月前抵达2014 MU69天体。这四次机动是有史以来最遥远的深空轨道修正，新视野号的星载计算机载入了新的飞行程序，过程持续了不到20分钟。

新视野号探测器的运营方为约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL），探测器接受到每秒57米的微调指令，这个操作可以让新视野号在短短三年内接近2014 MU69天体。新视野号的项目科学家科特指出，这是一个令人振奋的时刻，探测器开启了一次有趣的旅程。目前新视野号的任务延长计划提案中提到，探测器抵达2014 MU69天体后会在大约1.2万公里的距离上掠过，对这个遥远的柯伊伯带天体进行详细观测。

目前新视野号的仪器一切正常，根据监视数据，探测器非常健康，在2019年的时候，我们将遇到柯伊伯天体，这也是我们第一次对柯伊伯带天体进行探测。新视野号的首席科学家艾伦-斯特恩认为，柯伊伯带上的类似天体还有非常多，我们选择了飞行距离足够近，又具代表性的天体。探测器的系统制导与控制工程师加布-罗杰斯认为变轨机动一切都非常完美，而且探测器的指向非常精确，

变轨过程中，新视野号探测器距离冥王星大约1.35亿英里，仍然处于传输数据的阶段。新视野号作为美国宇航局新前沿计划中的重要一员将为我们揭开冥王星系统之外的天体面纱。约翰-霍普金斯大学应用物理实验室科学家指出，探测器的设计、建造和运营由该物理实验室负责，科学家任务、有效载荷的操作来自美国西南研究所。14

一去不复返 最终将飞出太阳系

旅行者系列探测器让我们第一次接触日光层之外的星际空间，增加了我们对太阳系的理解，但是“新视野”号探测器要抵达太阳系边缘仍然需要很长的时间，在此之前“新视野”号会进入柯伊伯带，寻找行星的起源之谜。目前旅行者1号比2号更快，它们都携带了代表人类文明的物件，比如金属碟片等，“新视野”号甚至还携带了冥王星发现者的骨灰。如果未来的人类有先进的星际航行技术，完全可能赶上并超越它们。

各方评价美国华盛顿NASA总部行星科学分部的主管吉姆·格林（Jim Green）：NASA对遥远的冥王星展开的首次探测任务，也将是全人类对我们太阳系中这个寒冷而又从未被探测过的世界所作的第一次近距离探查。“新地平线”团队工作非常努力，做好了进入第一阶段的准备，表现毫无瑕疵。

新地平线号首席研究员、美国科罗拉多州博尔德市西南研究院的艾伦·斯特恩（Alan Stern）说：从地球出发抵达首要探测目标，新地平线号探测器的这段旅程是所有航天器里最长的。

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学