«Новые горизонты» — межпланетный космический зонд , запущенный в рамкахпрограммы НАСА « Новые рубежи» . [5] Разработанный Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) и Юго-западным научно-исследовательским институтом (SwRI) под руководством Алана Стерна , [6] космический корабль был запущен в 2006 году с основной миссией по проведению облётного исследованиясистемы Плутона в 2015 году, а также вторичная миссия по пролету и изучению одного или нескольких других объектов пояса Койпера (KBO) в последующее десятилетие, которая стала миссией к 486958 Аррокот . Это пятый космический зонд , достигший скорости , необходимой для выхода за пределы Солнечной системы .
19 января 2006 года аппарат « Новые горизонты» был запущен с базы ВВС на мысе Канаверал ракетой Атлас V прямо на траекторию отхода от Земли и Солнца со скоростью около 16,26 км/с (10,10 миль/с; 58 500 км/ч). ; 36 400 миль в час). Это был самый быстрый (средняя скорость относительно Земли) искусственный объект, когда-либо запускавшийся с Земли. [7] [8] [9] [10] Это не самая высокая скорость, зарегистрированная для космического корабля, по состоянию на 2023 год это скорость солнечного зонда Паркер . После непродолжительной встречи с астероидом 132524 APL «Новые горизонты» направились к Юпитеру , максимально приблизившись к нему 28 февраля 2007 года на расстоянии 2,3 миллиона километров (1,4 миллиона миль). Облет Юпитера обеспечил гравитацию , которая увеличила скорость «Новых горизонтов » ; пролет также позволил провести общую проверку научных возможностей «Новых горизонтов » , вернув данные об атмосфере , лунах и магнитосфере планеты .
Большая часть путешествия после Юпитера прошла в режиме гибернации для сохранения бортовых систем, за исключением кратких ежегодных проверок. [11] 6 декабря 2014 года аппарат «Новые горизонты» был снова подключен к сети для встречи с Плутоном, и началась проверка приборов. [12] 15 января 2015 года космический корабль начал этап сближения с Плутоном.
14 июля 2015 года в 11:49 UTC он пролетел на высоте 12 500 км (7 800 миль) над поверхностью Плутона, [13] [14] который в то время находился на расстоянии 34 а.е. от Солнца, [15] что сделало его первым космический корабль для исследования карликовой планеты. [16] В августе 2016 года сообщалось, что «Новые горизонты» двигались со скоростью более 84 000 км/ч (52 000 миль в час). [17] 25 октября 2016 года в 21:48 UTC с аппарата New Horizons были получены последние зарегистрированные данные облёта Плутона . [18] Завершив облёт Плутона, [19] «Новые горизонты» затем совершил маневр для облёта объекта пояса Койпера 486958 Аррокот (тогда его называли Ультима Туле ), [20] [21] [22] который произошел 1 января 2019 года, [23] [24] когда он находился на расстоянии 43,4 а.е. (6,49 миллиарда км ; 4,03 миллиарда миль ) от Солнца . [20] [21] В августе 2018 года НАСА процитировало результаты «Алисы на новых горизонтах» , подтверждающие существование « водородной стены » на внешних краях Солнечной системы . Эта «стена» была впервые обнаружена в 1992 году двумя космическими кораблями «Вояджер» . [25] [26] НАСА объявило, что продлит операции по исследованию «Новых горизонтов» до тех пор, пока космический корабль не покинет пояс Койпера, что, как ожидается, произойдет между 2028 и 2029 годами. [27]
.jpg/1280px-New_horizons_(NASA).jpg)
В августе 1992 года ученый Лаборатории реактивного движения Роберт Сталь позвонил первооткрывателю Плутона Клайду Томбо и попросил разрешения посетить его планету. «Я сказал ему, что он рад этому, — вспоминал позже Томбо, — хотя ему придется отправиться в одно долгое и холодное путешествие». [28] Этот призыв в конечном итоге привел к серии предложенных миссий на Плутон, ведущих к «Новым горизонтам» .
Стаматиос «Том» Кримигис , руководитель космического отдела Лаборатории прикладной физики , один из многих участников конкурса программы «Новые рубежи», сформировал команду «Новые горизонты» вместе с Аланом Стерном в декабре 2000 года . Стерн был назначен главным исследователем проекта. Кримигисом как «олицетворением миссии Плутона». [29] « Новые горизонты» во многом основывались на работах Стерна, начиная с «Плутона 350» , и в нем участвовала большая часть команды из «Плутон Койпер Экспресс» . [30]
Предложение «Новые горизонты» было одним из пяти, официально представленных НАСА. Позже он был выбран в качестве одного из двух финалистов для трехмесячного концептуального исследования в июне 2001 года. Другой финалист, POSSE (Pluto and Outer Solar System Explorer), представлял собой отдельную, но похожую концепцию миссии на Плутон, разработанную Университетом Колорадо. Боулдер под руководством главного исследователя Ларри Эспозито при поддержке JPL, Lockheed Martin и Калифорнийского университета . [31]
Однако APL, помимо поддержки со стороны разработчиков Pluto Kuiper Express из Центра космических полетов Годдарда и Стэнфордского университета [31], имел преимущество; недавно они разработали NEAR Shoemaker для НАСА, который ранее в том же году успешно вышел на орбиту около 433 Эроса , а позже приземлился на астероид под шум научной и инженерной помпы. [32]
В ноябре 2001 года New Horizons был официально выбран для финансирования в рамках программы New Frontiers. [33] Однако новый администратор НАСА, назначенный администрацией Буша , Шон О'Киф , не поддержал проект «Новые горизонты» и фактически отменил его, не включив его в бюджет НАСА на 2003 год. Заместитель администратора НАСА по управлению научными миссиями Эд Вейлер побудил Стерна лоббировать финансирование « Новых горизонтов» в надежде, что миссия появится в « Декадном обзоре планетарной науки» , приоритетном «списке пожеланий», составленном Национальным исследовательским советом США и отражающем мнение научного сообщества. [29]
После интенсивной кампании по получению поддержки New Horizons летом 2002 года был опубликован Планетарный научный десятилетний обзор 2003–2013 годов. New Horizons возглавил список проектов среднего размера, считающихся наиболее приоритетными среди научного сообщества; перед миссиями на Луну и даже на Юпитер. Вейлер заявил, что это произошло из-за того, что «[его] администрация не собиралась бороться». [29] Финансирование миссии было наконец обеспечено после публикации отчета. Команда Стерна наконец смогла приступить к созданию космического корабля и его инструментов: запуск запланирован на январь 2006 года, а прибытие на Плутон — на 2015 год. [29] Элис Боуман стала менеджером по эксплуатации миссии (MOM). [34]
«Новые горизонты» — первая миссия в категории миссий НАСА «Новые рубежи», более крупная и дорогая, чем миссии «Дискавери», но меньшая, чем миссии флагманской программы. Стоимость миссии, включая разработку космического корабля и приборов, ракеты-носителя, эксплуатацию миссии, анализ данных, а также образование и работу с общественностью, составляет примерно 700 миллионов долларов в течение 15 лет (2001–2016 гг.). [35] Космический корабль был построен в основном Юго-Западным научно-исследовательским институтом (SwRI) и Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса . Главным исследователем миссии является Алан Стерн из Юго-Западного исследовательского института (бывший заместитель администратора НАСА).
После отделения от ракеты-носителя общее управление взял на себя Центр управления миссией (MOC) в Лаборатории прикладной физики в округе Ховард, штат Мэриленд . Научные инструменты эксплуатируются в Центре научных операций Клайда Томбо (T-SOC) в Боулдере, штат Колорадо . [36] Навигация осуществляется на различных объектах подрядчика, тогда как навигационные позиционные данные и соответствующие небесные системы отсчета предоставляются станцией Флагстафф военно-морской обсерватории через штаб-квартиру НАСА и Лабораторию реактивного движения .
KinetX возглавляет навигационную группу New Horizons и отвечает за планирование корректировок траектории по мере того, как космический корабль движется к внешней части Солнечной системы . По совпадению, на станции Флагстафф военно-морской обсерватории были сделаны фотографические пластинки, посвященные открытию спутника Плутона Харона . Сама Военно-морская обсерватория находится недалеко от обсерватории Лоуэлла , где был открыт Плутон.
Изначально «Новые горизонты» планировались как путешествие к единственной неисследованной планете Солнечной системы. Когда космический корабль был запущен, Плутон все еще классифицировался как планета , которая позже была реклассифицирована Международным астрономическим союзом (МАС) как карликовая планета . Некоторые члены команды New Horizons , в том числе Алан Стерн, не согласны с определением МАС и до сих пор называют Плутон девятой планетой. [37] Спутники Плутона Никс и Гидра также имеют связь с космическим кораблем: первые буквы их названий (N и H) являются инициалами New Horizons . По этой причине первооткрыватели спутников выбрали эти названия, а также связь Никс и Гидры с мифологическим Плутоном . [38]
Помимо научного оборудования, на космическом корабле путешествуют несколько культурных артефактов. К ним относятся коллекция из 434 738 имен, хранящаяся на компакт-диске, [39] часть SpaceShipOne компании Scaled Composites , [40] марка USPS «Еще не исследовано», [41] [42] и флаг Соединенных Штатов. , вместе с другими сувенирами. [43]
Около 30 граммов ( 1 унция) праха Клайда Томбо находится на борту космического корабля в память об открытии им Плутона в 1930 году . обрезать вес. [46] Один из научных пакетов (пылемер) назван в честь Венеции Берни , которая в детстве предложила название «Плутон» после его открытия.
Цель миссии — понять формирование Плутоновой системы, пояса Койпера и трансформацию ранней Солнечной системы. [47] Космический корабль собрал данные об атмосферах, поверхностях, недрах и окружающей среде Плутона и его спутников. Он также будет изучать другие объекты пояса Койпера. [48] «Для сравнения: « Новые горизонты» собрали на Плутоне в 5000 раз больше данных, чем « Маринер» на Красной планете ». [49]
Некоторые из вопросов, на которые миссия пытается ответить: Из чего состоит атмосфера Плутона и как она себя ведет? Как выглядит его поверхность? Существуют ли крупные геологические структуры? Как частицы солнечного ветра взаимодействуют с атмосферой Плутона? [50]
В частности, научные цели миссии заключаются в следующем: [51]
Космический корабль по размеру и общей форме сравним с роялем , а его сравнивают с пианино, приклеенным к спутниковой тарелке размером с коктейль-бар. [52] В качестве отправной точки команда вдохновилась космическим кораблем «Улисс» , [53] который также перенес радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ) и тарелку на конструкции «коробка в коробке» через внешнюю Солнечную систему. Многие подсистемы и компоненты унаследованы от космического корабля APL CONTOUR , который, в свою очередь, унаследован от космического корабля APL TIMED .
Тело New Horizons образует треугольник толщиной почти 0,76 м (2,5 фута). ( Пионеры имеют шестиугольные корпуса, тогда как « Вояджеры» , «Галилео » и «Кассини-Гюйгенс» имеют десятиугольные полые тела.) Трубка из алюминиевого сплава 7075 образует основную конструктивную колонну между переходным кольцом ракеты-носителя «сзади» и 2.1. Параметрическая радиоантенна м (6 футов 11 дюймов), прикрепленная к «передней» плоской стороне. В этой трубке находится титановый топливный бак . RTG крепится с помощью четырехстороннего титанового крепления, напоминающего серую пирамиду или табуретку.
Титан обеспечивает прочность и теплоизоляцию. Остальная часть треугольника представляет собой в основном сэндвич-панели из тонкого алюминиевого лицевого листа (менее 1 ⁄ 64 дюйма или 0,40 мм), прикрепленного к алюминиевому сотовому заполнителю. Конструкция больше, чем это необходимо, внутри пустое пространство. Конструкция предназначена для защиты , уменьшая ошибки электроники, вызванные излучением РИТЭГ. Кроме того, распределение массы, необходимое для вращающегося космического корабля, требует более широкого треугольника.
Внутренняя конструкция окрашена в черный цвет для выравнивания температуры за счет лучистой теплопередачи. В целом космический корабль тщательно укрыт для сохранения тепла. В отличие от « Пионеров» и «Вояджеров» , радиоантенна также заключена в одеяла, доходящие до тела. Тепло от РИТЭГ добавляет тепла космическому кораблю, пока он находится за пределами Солнечной системы. Находясь внутри Солнечной системы, космический корабль должен предотвращать перегрев, поэтому электронная активность ограничивается, энергия перенаправляется на шунты с прикрепленными радиаторами, а жалюзи открываются для излучения избыточного тепла. Пока космический корабль бездействует в холодной внешней части Солнечной системы, жалюзи закрыты, а шунтирующий регулятор перенаправляет энергию на электрические нагреватели .
New Horizons имеет как стабилизированный по вращению (крейсерский), так и трехосный стабилизированный (научный) режимы, полностью управляемые гидразиновым монотопливом . Дополнительная разность скоростей после запуска , превышающая 290 м/с (1000 км/ч; 650 миль в час), обеспечивается внутренним баком массой 77 кг (170 фунтов). Гелий используется в качестве давления, а эластомерная диафрагма способствует вытеснению. Масса космического корабля на орбите, включая топливо, составляет более 470 кг (1040 фунтов) на траектории облета Юпитера, но для резервного варианта прямого полета к Плутону она составила бы всего 445 кг (981 фунт). Примечательно, что если бы был выбран резервный вариант, это означало бы меньше топлива для последующих операций в поясе Койпера.
На «Новых горизонтах» 16 двигателей : четыре по 4,4 Н (1,0 фунта-силы ) и двенадцать по 0,9 Н (0,2 фунта-силы), подключенные к резервным ветвям. Двигатели большего размера используются в основном для коррекции траектории, а маленькие (ранее использовавшиеся на космических кораблях «Кассини» и « Вояджер ») используются в основном для управления ориентацией и маневров раскрутки / замедления. Две звездные камеры используются для измерения положения космического корабля. Они устанавливаются на лицевой стороне космического корабля и предоставляют информацию об ориентации в режиме стабилизации вращения или в трехосном режиме. В промежутках между показаниями звездной камеры ориентация космического корабля обеспечивается двойными резервными миниатюрными инерциальными измерительными блоками . Каждый блок содержит три твердотельных гироскопа и три акселерометра . Два датчика Adcole Sun обеспечивают определение ориентации. Один определяет угол к Солнцу, тогда как другой измеряет скорость вращения и синхронизацию.
Цилиндрический радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ) выступает в плоскости треугольника из одной вершины треугольника. РТГ предоставилМощность 245,7 Вт при запуске, и прогнозировалось, что она упадет примерно3,5 Вт каждый год, затухая доК моменту встречи с плутоновой системой в 2015 году мощность составит 202 Вт , и ее распад будет слишком сильным, чтобы обеспечить питание передатчиков в 2030-х годах. [6] Встроенные батареи отсутствуют, поскольку выходная мощность РИТЭГ предсказуема, а переходные нагрузки обрабатываются батареей конденсаторов и быстродействующими автоматическими выключателями. По состоянию на январь 2019 года мощность РИТЭГ составляет около190 Вт . [54]
РИТЭГ модели « GPHS-RTG » изначально был запасным от миссии «Кассини» . РИТЭГ содержит 9,75 кг (21,5 фунта) таблеток оксида плутония-238 . [30] Каждая таблетка покрыта иридием , а затем заключена в графитовую оболочку. Он был разработан Министерством энергетики США на Комплексе материалов и топлива, входящем в состав Национальной лаборатории Айдахо . [55] Первоначальная конструкция РИТЭГ предусматривала использование 10,9 кг (24 фунта) плутония, но из-за задержек в Министерстве энергетики США, включая мероприятия по обеспечению безопасности, которые задержали производство плутония, был произведен блок менее мощный, чем первоначально предполагалось. [56] Параметры миссии и последовательность наблюдений пришлось изменить для снижения мощности; тем не менее, не все инструменты могут работать одновременно. Министерство энергетики перенесло программу космических батарей из Огайо в Аргонн в 2002 году из соображений безопасности.
Количество радиоактивного плутония в ритэге составляет примерно одну треть от количества на борту зонда «Кассини-Гюйгенс», когда он был запущен в 1997 году. Запуск «Кассини» вызвал протест со стороны нескольких организаций из-за риска попадания такого большого количества плутония в выбрасывается в атмосферу в случае аварии. Министерство энергетики США оценило вероятность аварии при запуске, которая приведет к выбросу радиации в атмосферу, в 1 к 350 и контролировало запуск [57] из-за наличия на борту РИТЭГа. Было подсчитано, что наихудший сценарий полного рассеивания бортового плутония приведет к распространению эквивалентного излучения, составляющего 80% средней годовой дозы фонового излучения в Северной Америке, на территорию радиусом 105 км (65 миль). [58]
На космическом корабле установлены две компьютерные системы: система управления и обработки данных и процессор наведения и управления. Каждая из двух систем дублируется для резервирования , всего четыре компьютера. В бортовых компьютерах используется процессор Mongoose-V , радиационно-стойкая версия процессора MIPS R3000 с тактовой частотой 12 МГц . Множество резервных часов и процедур синхронизации реализованы в аппаратном и программном обеспечении, чтобы помочь предотвратить сбои и простои. Для сохранения тепла и массы космический корабль и приборная электроника размещаются вместе в IEM (интегрированные электронные модули). Есть два резервных IEM. С учетом других функций, таких как приборостроение и радиоэлектроника, каждый ИЭМ содержит 9 плат. [59] Программное обеспечение зонда работает под управлением операционной системы Nucleus RTOS . [60]
Произошло два «безопасных» события, которые перевели космический корабль в безопасный режим :
Связь с космическим кораблем осуществляется через X-диапазон . Корабль имел скорость связи38 кбит/с на Юпитере; на расстоянии от Плутона скорость примерноОжидалась скорость 1 кбит/с на передатчик. Помимо низкой скорости передачи данных, расстояние до Плутона также приводит к задержке около 4,5 часов (в одну сторону). Тарелки НАСА Deep Space Network (DSN) длиной 70 м (230 футов) используются для передачи команд, когда космический корабль находится за пределами Юпитера. В космическом корабле используются передатчики и приемники с двойным модульным резервированием , а также правая или левая круговая поляризация .
Сигнал нисходящей линии связи усиливается двойными резервными 12-ваттными усилителями на лампах бегущей волны (TWTA), установленными на корпусе под тарелкой. Приемники представляют собой конструкции малой мощности. Системой можно управлять для одновременного питания обоих TWTA и передачи сигнала нисходящей линии связи с двойной поляризацией на DSN, что почти удваивает скорость нисходящей линии связи. Испытания DSN на ранних этапах миссии с использованием этого метода объединения двойной поляризации прошли успешно, и эта возможность была объявлена работоспособной (когда бюджет мощности космического корабля позволяет питать оба TWTA).
Помимо антенны с высоким коэффициентом усиления имеются две резервные антенны с низким коэффициентом усиления и тарелка среднего усиления. Тарелка с высоким коэффициентом усиления имеет композитную конструкцию с отражателем Кассегрена и диаметром 2,1 метра (7 футов), обеспечивающую болееУсиление 42 дБи и ширина луча половинной мощности около градуса. Антенна среднего усиления с прямым фокусом, апертурой 0,3 метра (1 фут) и шириной луча половинной мощности 10° устанавливается на обращенной вперед стороне вторичного отражателя антенны с высоким коэффициентом усиления. Передняя антенна с низким усилением устанавливается поверх облучателя антенны со средним усилением. Задняя антенна с низким коэффициентом усиления установлена внутри пускового адаптера в задней части космического корабля. Эта антенна использовалась только на ранних этапах миссии вблизи Земли, сразу после запуска и в экстренных случаях, если космический корабль потерял управление ориентацией.
«Новые горизонты» записывали данные научных приборов в свой буфер твердотельной памяти при каждом столкновении, а затем передавали данные на Землю. Хранение данных осуществляется на двух маломощных твердотельных самописцах (один основной, один резервный) емкостью доПо 8 гигабайт каждый. Из-за огромного расстояния от Плутона и пояса Койпера при этих встречах можно спасти только одну буферную нагрузку. Это связано с тем, что «Новым горизонтам» потребуется примерно 16 месяцев после выхода из окрестностей Плутона, чтобы передать буферную нагрузку обратно на Землю. [64] На расстоянии Плутона радиосигналам космического зонда, вернувшимся на Землю, потребовалось четыре часа 25 минут, чтобы преодолеть 4,7 миллиарда километров космоса. [65]
Частично причина задержки между сбором и передачей данных заключается в том, что все приборы New Horizons установлены на корпусе. Чтобы камеры могли записывать данные, весь зонд должен повернуться, а луч антенны с высоким коэффициентом усиления шириной в один градус не был направлен на Землю. Предыдущие космические корабли, такие как зонды программы «Вояджер» , имели вращающуюся инструментальную платформу («платформу сканирования»), которая могла проводить измерения практически под любым углом, не теряя радиосвязи с Землей. New Horizons был механически упрощен для снижения веса, сокращения сроков и повышения надежности в течение расчетного 15-летнего срока службы.
Платформа сканирования « Вояджера -2» застряла на Сатурне, а требования длительных выдержек на внешних планетах привели к изменению планов, так что весь зонд был повернут, чтобы сделать фотографии Урана и Нептуна, аналогично тому, как вращался «Новые горизонты» .
«Новые горизонты» оснащены семью приборами: тремя оптическими приборами, двумя плазменными приборами, датчиком пыли и радионаучным приемником-радиометром. Эти инструменты будут использоваться для исследования глобальной геологии, состава поверхности, температуры поверхности, атмосферного давления, атмосферной температуры и скорости ускользания Плутона и его спутников. Номинальная мощность21 Вт , хотя не все инструменты работают одновременно. [66] Кроме того, «Новые горизонты» имеют подсистему «Сверхстабильный генератор», которую можно использовать для изучения и тестирования аномалии «Пионер» ближе к концу срока службы космического корабля. [67]
Аппарат для разведки дальнего действия (LORRI) — это формирователь изображений с длинным фокусным расстоянием, разработанный для обеспечения высокого разрешения и чувствительности в видимых длинах волн. Прибор оснащен монохроматическим ПЗС- изображением с разрешением 1024×1024 пикселей и разрешением 12 бит на пиксель, дающим разрешение 5 мкрад (~ 1 угловая секунда ). [68] ПЗС-матрица охлаждается значительно ниже нуля с помощью пассивного радиатора на антисолнечной стороне космического корабля. Этот перепад температур требует утепления и изоляции от остальной конструкции. Зеркала Ричи – Кретьена с апертурой 208,3 мм (8,20 дюйма) и измерительная конструкция изготовлены из карбида кремния для повышения жесткости, уменьшения веса и предотвращения деформации при низких температурах. Оптические элементы заключены в композитный световой экран и закреплены титаном и стекловолокном для теплоизоляции. Общая масса составляет 8,6 кг (19 фунтов), а блок оптической трубки (ОТА) весит около 5,6 кг (12 фунтов) [69] для одного из крупнейших телескопов из карбида кремния, летавших в то время (сейчас его превосходит Гершель ). Для просмотра на общедоступных веб-сайтах изображения LORRI с разрешением 12 бит на пиксель преобразуются в изображения JPEG с разрешением 8 бит на пиксель . [68] Эти общедоступные изображения не содержат полного динамического диапазона информации о яркости, доступной из необработанных файлов изображений LORRI. [68]
Солнечный ветер вокруг Плутона (SWAP) — это тороидальный электростатический анализатор и анализатор замедляющего потенциала (RPA), который составляет один из двух инструментов, включающих набор спектрометров плазмы и частиц высоких энергий (PAM) New Horizons , второй — PEPSSI. SWAP измеряет частицы с энергией до 6,5 кэВ, и из-за слабого солнечного ветра на расстоянии от Плутона прибор спроектирован с самой большой апертурой среди всех когда-либо использовавшихся подобных приборов. [71]
Научные исследования спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) — это датчик времени пролета ионов и электронов , который составляет один из двух инструментов, входящих в комплект спектрометров плазмы и частиц высоких энергий (PAM) New Horizons , а другой — SWAP. В отличие от SWAP, который измеряет частицы до 6,5 кэВ, PEPSSI достигает 1 МэВ. [71] Датчик PEPSSI был разработан для измерения массы, энергии и распределения заряженных частиц вокруг Плутона, а также способен различать протоны , электроны и другие тяжелые ионы . [72]
«Алиса» — это ультрафиолетовый спектрометр , который является одним из двух фотографических инструментов, входящих в состав программы дистанционного зондирования Плутона (PERSI) компании New Horizons ; второй — телескоп «Ральф» . Он разрешает 1024 диапазона длин волн в дальнем и крайнем ультрафиолете (от 50 до180 нм ), более 32 полей обзора. Его цель — определить состав атмосферы Плутона. Этот инструмент «Алиса » создан на основе другой «Алисы» на борту космического корабля «Розетта» ЕКА . [71] Прибор имеет массу 4,4 кг и потребляет мощность 4,4 Вт. Его основная роль — определение относительных концентраций различных элементов и изотопов в атмосфере Плутона. [73]
В августе 2018 года НАСА подтвердило, основываясь на результатах « Алисы» на космическом корабле «Новые горизонты» , « водородную стену » на внешних краях Солнечной системы , которая была впервые обнаружена в 1992 году двумя космическими кораблями «Вояджер ». [25] [26]
Телескоп «Ральф» с апертурой 75 мм [74] — один из двух фотографических инструментов, входящих в состав программы дистанционного зондирования Плутона (PERSI) компании New Horizons , а второй — инструмент «Алиса». У Ralph есть два отдельных канала: MVIC (мультиспектральная камера видимого изображения), ПЗС- аппарат видимого света с широкополосным и цветным каналами; и LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), спектрометр для формирования изображений в ближнем инфракрасном диапазоне . LEISA создан на основе аналогичного прибора на космическом корабле Earth Observing-1 . Ральф был назван в честь мужа Алисы из сериала «Молодожены» и был создан в честь Алисы. [75]
23 июня 2017 года НАСА объявило, что переименовало прибор LEISA в «Инфракрасный картографический спектрометр Лизы Хардуэй» в честь Лизы Хардуэй , менеджера программы Ralph в Ball Aerospace , которая умерла в январе 2017 года в возрасте 50 лет. [76]
Студенческий пылемер Venetia Burny (VBSDC), построенный студентами Университета Колорадо в Боулдере, периодически работает для измерения пыли . [77] [78] Он состоит из детекторной панели размером примерно 460 × 300 мм (18 × 12 дюймов), установленной на антисолнечной стороне космического корабля (направление плунжера), и блока электроники внутри космического корабля. . Детектор содержит четырнадцать панелей из поливинилидендифторида (ПВДФ), двенадцать научных и две эталонные, которые при ударе генерируют напряжение. Эффективная площадь сбора составляет 0,125 м 2 (1,35 кв. фута). Ни один счетчик пыли не работал за пределами орбиты Урана ; модели пыли во внешней Солнечной системе, особенно в поясе Койпера, носят умозрительный характер. VBSDC постоянно включен для измерения масс частиц межпланетной и межзвездной пыли (в диапазоне нано- и пикограмм) при их столкновении с панелями ПВДФ, установленными на космическом корабле «Новые горизонты» . Ожидается, что полученные данные внесут большой вклад в понимание пылевых спектров Солнечной системы. Затем спектры пыли можно будет сравнить со спектрами наблюдений других звезд, что даст новые подсказки о том, где во Вселенной можно найти планеты земного типа. Счетчик пыли назван в честь Венеции Бёрни , которая впервые предложила название «Плутон» в возрасте 11 лет. Тринадцатиминутный короткометражный фильм о VBSDC получил премию «Эмми» за достижения студентов в 2006 году. [79]
Радионаучный эксперимент (REX) использовал сверхстабильный кварцевый генератор (по сути, калиброванный кристалл в миниатюрной печи ) и некоторую дополнительную электронику для проведения радионаучных исследований с использованием каналов связи. Они достаточно малы, чтобы поместиться на одной карте. Поскольку имеются две резервные подсистемы связи, имеются две идентичные печатные платы REX.
24 сентября 2005 года космический корабль прибыл в Космический центр Кеннеди на борту C-17 Globemaster III для подготовки к запуску. [80] Запуск New Horizons первоначально был запланирован на 11 января 2006 года, но первоначально был отложен до 17 января 2006 года, чтобы обеспечить бороскопическую проверку керосинового бака Atlas V. Дальнейшие задержки, связанные с низким потолком облаков на нижней дистанции , а также сильным ветром и техническими трудностями, не связанными с самой ракетой, препятствовали запуску еще на два дня. [81] [82]
Зонд наконец стартовал с площадки 41 на базе ВВС на мысе Канаверал , Флорида , прямо к югу от стартового комплекса космических шаттлов № 39 , в 19:00 UTC 19 января 2006 года. [83] [84] Вторая ступень « Кентавра » загорелась в 19:00. :04:43 UTC и горел 5 минут 25 секунд. Он снова вспыхнул в 19:32 UTC и горел 9 минут 47 секунд. Третья ступень ATK Star 48 B загорелась в 19:42:37 UTC и горела 1 минуту 28 секунд. [85] В совокупности эти ожоги успешно отправили зонд на траекторию убегания от Солнца со скоростью 16,26 километров в секунду (58 536 км/ч; 36 373 миль в час). [8] «Новым горизонтам» потребовалось всего девять часов, чтобы пройти орбиту Луны. [86] Хотя в феврале 2006 и феврале 2007 года были возможности резервного запуска, только первые двадцать три дня окна 2006 года позволили пролететь мимо Юпитера. Любой запуск вне этого периода заставил бы космический корабль лететь по более медленной траектории прямо к Плутону, что задержало бы его встречу на пять-шесть лет. [87]
Зонд был запущен ракетой Lockheed Martin Atlas V 551 с добавленной третьей ступенью для увеличения гелиоцентрической (убегающей) скорости. Это был первый запуск конфигурации Atlas V 551, в которой используются пять твердотопливных ускорителей , и первый Atlas V с третьей ступенью. В предыдущих полетах использовалось ноль, два или три твердотопливных ускорителя, но никогда — пять. Транспортное средство AV-010 весило 573 160 кг (1 263 600 фунтов) при взлете [85] и ранее было слегка повреждено, когда ураган Вильма пронесся по Флориде 24 октября 2005 года. В один из твердотопливных ракетных ускорителей попал снаряд. дверь. Усилитель был заменен на идентичный блок вместо проверки и повторной квалификации оригинального. [88]
Запуск был посвящен памяти дирижера запуска Даниэля Сарокона , которого представители космической программы назвали одним из самых влиятельных людей в истории космических путешествий. [89]
28 и 30 января 2006 г. диспетчеры миссии провели первый маневр коррекции траектории (TCM), который был разделен на две части (TCM-1A и TCM-1B). Общее изменение скорости этих двух поправок составило около 18 метров в секунду (65 км/ч; 40 миль в час). TCM-1 был достаточно точен, чтобы позволить отменить TCM-2, вторую из трех первоначально запланированных коррекций. [90] 9 марта 2006 г. диспетчеры выполнили TCM-3, последнюю из трех запланированных корректировок курса. Двигатели работали 76 секунд, корректируя скорость космического корабля примерно на 1,16 м/с (4,2 км/ч; 2,6 миль в час). [91] Дальнейшие траекторные маневры не потребовались до 25 сентября 2007 г. (через семь месяцев после пролета Юпитера), когда двигатели работали в течение 15 минут 37 секунд, изменив скорость космического корабля на 2,37 м/с (8,5 км/ч; 5,3 миль в час), [92] за которым последовал еще один TCM, почти три года спустя, 30 июня 2010 года, который длился 35,6 секунды, когда « Новые горизонты» уже достигли половины пути (по пройденному времени) к Плутону. [93]
В течение недели с 20 февраля 2006 г. диспетчеры провели первоначальные летные испытания трех бортовых научных приборов: ультрафиолетового спектрометра Alice, плазменного датчика PEPSSI и камеры видимого спектра дальнего действия LORRI. Никаких научных измерений или изображений сделано не было, но электроника приборов, а в случае с Алисой, некоторые электромеханические системы работали правильно. [94]
7 апреля 2006 года космический корабль облетел орбиту Марса, двигаясь со скоростью примерно 21 км/с (76 000 км/ч; 47 000 миль в час) от Солнца на солнечном расстоянии 243 миллиона километров. [95] [96] [97]
Из-за необходимости экономить топливо на случай возможных встреч с объектами пояса Койпера после пролета Плутона преднамеренные встречи с объектами в поясе астероидов не планировались. После запуска команда New Horizons просканировала траекторию космического корабля, чтобы определить, не окажутся ли случайно какие-либо астероиды достаточно близко для наблюдения. В мае 2006 года было обнаружено, что «Новые горизонты» пройдут рядом с крошечным астероидом 132524 APL 13 июня 2006 года. Максимальное сближение произошло в 4:05 UTC на расстоянии 101 867 км (63 297 миль) (около четверти среднего земного расстояния ). - Расстояние до Луны ). Изображение астероида было сделано Ральфом (использование LORRI было невозможно из-за близости к Солнцу), что дало команде возможность проверить возможности Ральфа и провести наблюдения за составом астероида, а также кривыми блеска и фазы. Диаметр астероида оценивался в 2,5 км (1,6 мили). [98] [99] [100] Космический корабль успешно отслеживал быстро движущийся астероид 10–12 июня 2006 года.
Первые изображения Плутона с аппарата New Horizons были получены 21–24 сентября 2006 г. во время испытаний LORRI. Они были выпущены 28 ноября 2006 года. [101] Изображения, сделанные с расстояния примерно 4,2 миллиарда км (2,6 миллиарда миль; 28 а.е.), подтвердили способность космического корабля отслеживать удаленные цели, что имеет решающее значение для маневрирования к Плутону и другим объектам Койпера. поясные предметы.
.jpg/1280px-NH_Jupiter_IR_(contrast_enhanced).jpg)
Компания New Horizons использовала LORRI, чтобы сделать свои первые фотографии Юпитера 4 сентября 2006 года с расстояния 291 миллион километров (181 миллион миль). [102] Более детальное исследование системы началось в январе 2007 года с инфракрасного изображения луны Каллисто , а также нескольких черно-белых изображений самого Юпитера. [103] «Новые горизонты» получили гравитационную поддержку от Юпитера при максимальном приближении в 05:43:40 UTC 28 февраля 2007 года, когда он находился на расстоянии 2,3 миллиона километров (1,4 миллиона миль) от Юпитера. Облет увеличил скорость New Horizons на 4 км/с (14 000 км/ч; 9 000 миль в час), разогнав зонд до скорости 23 км/с (83 000 км/ч; 51 000 миль в час) относительно Солнца и сократив его путешествие. до Плутона на три года. [104]
Облет стал центром четырехмесячной интенсивной кампании наблюдения, продолжавшейся с января по июнь. Будучи постоянно меняющейся научной целью, Юпитер периодически наблюдался с момента окончания миссии Галилео в сентябре 2003 года. Знаниям о Юпитере способствовал тот факт, что инструменты «Новых горизонтов » были построены с использованием новейших технологий, особенно в области камер, представляет собой значительное улучшение по сравнению с камерами Galileo , которые представляли собой модифицированные версии камер Voyager , которые, в свою очередь, были модифицированными камерами Mariner . Встреча с Юпитером также послужила генеральной репетицией встречи с Плутоном. Поскольку Юпитер находится намного ближе к Земле, чем Плутон, канал связи может передавать несколько загрузок буфера памяти; таким образом, миссия вернула из системы Юпитера больше данных, чем ожидалось передать с Плутона. [105]
Одной из основных целей встречи с Юпитером было наблюдение за его атмосферными условиями и анализ структуры и состава его облаков. Были замечены и измерены удары молний, вызванные теплом, в полярных регионах и «волны», указывающие на сильную штормовую активность. Маленькое Красное Пятно , занимающее до 70% диаметра Земли, было впервые получено с близкого расстояния. [104] Сделав запись под разными углами и в условиях освещения, аппарат «Новые горизонты» сделал подробные изображения слабой системы колец Юпитера , обнаружив обломки, оставшиеся от недавних столкновений внутри колец или от других необъяснимых явлений. Поиски неоткрытых спутников внутри колец не дали результатов. Путешествуя по магнитосфере Юпитера , аппарат New Horizons собрал ценные данные о частицах. [104] В хвосте магнитосферы были замечены «пузыри» плазмы, которые, как полагают, образовались из материала, выброшенного спутником Ио . [106]
Четыре крупнейших спутника Юпитера находились в неудачных для наблюдения местах; необходимый путь гравитационного маневра означал, что «Новые горизонты» прошли в миллионах километров от любой из галилеевых лун . Тем не менее, его инструменты были предназначены для небольших, тусклых целей, поэтому они были полезны с научной точки зрения на больших, далеких лунах. Особое внимание было уделено самому внутреннему галилееву спутнику Юпитера, Ио , активные вулканы которого выбрасывают тонны материала в магнитосферу Юпитера и далее. Из одиннадцати наблюдавшихся извержений три наблюдались впервые. Тваштар достиг высоты до 330 км (210 миль) . Это событие дало ученым беспрецедентную возможность взглянуть на структуру и движение поднимающегося шлейфа и его последующее падение обратно на поверхность. Были замечены инфракрасные сигнатуры еще 36 вулканов. [104] Поверхность Каллисто была проанализирована с помощью LEISA, и выяснилось, как освещение и условия наблюдения влияют на показания инфракрасного спектра ее поверхности водяного льда. [107] У малых спутников, таких как Амальтея, были уточнены решения по орбитам. Камеры определяли свое положение, действуя как «обратная оптическая навигация».
СМИ, связанные с фотографиями системы Юпитера, сделанными New Horizons, на Викискладе?Пройдя Юпитер, «Новые горизонты» большую часть пути к Плутону провели в режиме гибернации. Резервные компоненты, а также системы наведения и контроля были отключены, чтобы продлить их жизненный цикл, снизить эксплуатационные расходы и освободить сеть дальнего космоса для других миссий. [108] В режиме гибернации бортовой компьютер контролировал системы зонда и передавал сигнал обратно на Землю; «зеленый» код, если все работало как положено, или «красный» код, если требовалась помощь центра управления полетами. [108] Зонд активировался примерно на два месяца в году, чтобы можно было откалибровать инструменты и проверить системы. Первый цикл режима гибернации начался 28 июня 2007 г., [108] второй цикл начался 16 декабря 2008 г., [109] третий цикл 27 августа 2009 г., [110] и четвертый цикл 29 августа 2014 г. после 10-недельного теста. [111]
«Новые горизонты» пересекли орбиту Сатурна 8 июня 2008 года, [112] и Урана 18 марта 2011 года . [113] После того, как астрономы объявили об открытии двух новых лун в системе Плутона, Кербера и Стикса , планировщики миссий начали рассматривать вероятность того, что зонд наткнется на невидимые обломки и пыль, оставшиеся от древних столкновений лун. Исследование, основанное на 18-месячном компьютерном моделировании, наблюдениях наземных телескопов и затмениях системы Плутона, показало, что вероятность катастрофического столкновения с обломками или пылью на запланированном курсе зонда составляла менее 0,3%. [114] [115] Если опасность увеличится, New Horizons могла бы использовать один из двух возможных планов действий в чрезвычайных ситуациях, так называемые SHBOT (Безопасное убежище по другим траекториям). Либо зонд мог продолжить движение по своей нынешней траектории с антенной, обращенной к прибывающим частицам, чтобы защитить более важные системы, либо он мог расположить свою антенну так, чтобы произвести коррекцию курса, которая переместила бы его всего на 3000 км от поверхности Плутона. где ожидалось, что атмосферное сопротивление очистит окружающее пространство от возможного мусора. [115]
В июле 2012 года, находясь в режиме гибернации, New Horizons начал сбор научных данных с помощью SWAP, PEPSSI и VBSDC. Хотя изначально планировалось активировать только VBSDC, другие инструменты были включены для сбора ценных гелиосферных данных. Прежде чем активировать два других инструмента, были проведены наземные испытания, чтобы убедиться, что расширенный сбор данных на этом этапе миссии не ограничит доступную энергию, память и топливо в будущем и что все системы функционируют во время пролета. [116] Первый набор данных был передан в январе 2013 года во время трехнедельного выхода из спящего режима. Программное обеспечение для управления командами и данными было обновлено для решения проблемы перезагрузки компьютера. [117]
Другими возможными целями были трояны Нептуна . Траектория зонда к Плутону прошла вблизи точки Лагранжа Нептуна (« L 5 »), которая может содержать сотни тел в резонансе 1:1 . В конце 2013 года аппарат New Horizons прошел на расстоянии 1,2 а.е. (180 миллионов км; 110 миллионов миль) от трояна L5 Neptune 2011 HM 102 с большим наклонением , [118] который был обнаружен незадолго до этого в ходе поисковой задачи New Horizons KBO, исследования , найти дополнительные удаленные объекты, мимо которых сможет пролететь «Новые горизонты» после встречи с Плутоном в 2015 году. На этом расстоянии HM 102 2011 года была бы достаточно яркой, чтобы ее можно было обнаружить прибором LORRI станции New Horizons ; однако команда New Horizons в конечном итоге решила, что они не будут нацеливаться на HM 102 2011 года для наблюдений, поскольку подготовка к сближению с Плутоном имеет приоритет. [119] 25 августа 2014 года аппарат «Новые горизонты» пересек орбиту Нептуна , ровно через 25 лет после того, как планету посетил зонд «Вояджер-2» . [120] Это было последнее пересечение орбиты крупной планеты перед пролетом Плутона. В то время космический корабль находился на расстоянии 3,99 миллиарда км (2,48 миллиарда миль; 26,7 а.е.) от Нептуна и 4,51 миллиарда км (2,80 миллиарда миль; 30,1 а.е.) от Солнца.
Изображения, сделанные LORRI с 1 по 3 июля 2013 года, были первыми, полученными зондом, на которых удалось различить Плутон и Харон как отдельные объекты. [121] 14 июля 2014 года диспетчеры миссии выполнили шестой маневр коррекции траектории (TCM) с момента запуска, чтобы позволить кораблю достичь Плутона. [122] В период с 19 по 24 июля 2014 года аппарат LORRI компании New Horizons сделал 12 изображений Харона, вращающегося вокруг Плутона, охватывая почти один полный оборот на расстояниях от 429 до 422 миллионов километров (от 267 до 262 миллионов миль). [123] В августе 2014 года астрономы провели высокоточные измерения местоположения Плутона и его орбиты вокруг Солнца, используя Большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку Атакамы ( ALMA ), группу радиотелескопов, расположенных в Чили, чтобы помочь космическому кораблю НАСА « Новые горизонты» точно вернуться домой. на Плутоне. [124] 6 декабря 2014 года диспетчеры миссии послали кораблю сигнал «пробудиться» от последней спячки при подходе к Плутону и начать регулярные операции. Ответ корабля о том, что он «проснулся», достиг Земли 7 декабря 2014 года в 02:30 по всемирному координированному времени. [125] [126] [127]
Операции по дальним сближениям с Плутоном начались 4 января 2015 года. [128] В этот день изображения целей с помощью бортового имидж-сканера LORRI и телескопа «Ральф» имели ширину всего несколько пикселей . Исследователи начали делать изображения Плутона и фоновые изображения звездного поля, чтобы помочь штурманам миссии в разработке маневров корректирующих курс двигателей, которые точно изменяли бы траекторию « Новых горизонтов» для нацеливания на заход на посадку. [129]
12 февраля 2015 года НАСА опубликовало новые изображения Плутона (сделанные с 25 по 31 января) с приближающегося зонда. [130] [131] «Новые горизонты» находились на расстоянии более 203 миллионов километров (126 миллионов миль) от Плутона, когда начали делать фотографии, на которых были показаны Плутон и его самый большой спутник Харон. Время экспозиции было слишком коротким, чтобы увидеть меньшие и гораздо более тусклые спутники Плутона.
Исследователи собрали серию изображений спутников Никс и Гидры, сделанных с 27 января по 8 февраля 2015 года, начиная с расстояния 201 миллион километров (125 миллионов миль). [132] Плутон и Харон выглядят как один переэкспонированный объект в центре. Правое изображение было обработано для удаления фонового звездного поля. Два других, еще меньших спутника — Кербер и Стикс — были видны на фотографиях, сделанных 25 апреля . кольца или до сих пор не открытые спутники, которых затем можно было бы избежать, изменив курс. [134] Никаких колец или дополнительных спутников обнаружено не было.
Также, что касается фазы подхода в январе 2015 г., 21 августа 2012 г. группа объявила, что они потратят время миссии на попытки наблюдения на большом расстоянии за объектом пояса Койпера, временно обозначенным VNH0004 (теперь обозначенным 2011 KW 48 ), когда объект находился на расстоянии 75 миллионов км (0,50 а.е.; 47 миллионов миль) от «Новых горизонтов» . [135] Объект будет слишком далек, чтобы можно было определить особенности поверхности или провести спектроскопию, но он сможет делать наблюдения, которые невозможно сделать с Земли, а именно фазовую кривую и поиск небольших спутников. Второй объект планировалось наблюдать в июне 2015 года, а третий - в сентябре после пролета; команда надеялась наблюдать дюжину таких объектов в течение 2018 года. [135] 15 апреля 2015 года было получено изображение Плутона, демонстрирующее возможную полярную шапку. [136]
4 июля 2015 года на аппарате New Horizons возникла программная аномалия, и он перешел в безопасный режим, не позволяя космическому кораблю проводить научные наблюдения до тех пор, пока инженеры не решат проблему. [137] [138] 5 июля НАСА объявило, что проблема связана с ошибкой времени в последовательности команд, используемой для подготовки космического корабля к пролету, и 7 июля космический корабль возобновит запланированные научные операции. потерянные из-за аномалии, были признаны не имеющими влияния на основные цели миссии и минимальным влиянием на другие цели. [139]
Ошибка синхронизации заключалась в одновременном выполнении двух задач — сжатии ранее полученных данных для освобождения места для дополнительных данных и создании второй копии последовательности команд захода на посадку — которые вместе перегружали основной компьютер космического корабля. После обнаружения перегрузки космический корабль повел себя так, как было задумано: он переключился с основного компьютера на резервный, перешел в безопасный режим и отправил сигнал бедствия обратно на Землю. Сигнал бедствия был получен во второй половине дня 4 июля и предупредил инженеров, что им необходимо связаться с космическим кораблем, чтобы получить дополнительную информацию и решить проблему. Решение заключалось в том, что проблема возникла в рамках подготовки к подходу и не ожидалось, что она повторится, поскольку на оставшуюся часть встречи не было запланировано никаких подобных задач. [139] [140]
Ближайшее сближение космического корабля New Horizons с Плутоном произошло в 11:49 UTC 14 июля 2015 г. на расстоянии 12 472 км (7750 миль) от поверхности [141] и 13 658 км (8487 миль) от центра Плутона. . Телеметрические данные, подтверждающие успешный пролет и исправность космического корабля, были получены на Земле из окрестностей системы Плутона 15 июля 2015 г., 00:52:37 UTC, [142] после 22 часов планового радиомолчания из-за наведения космического корабля к системе Плутона . Руководители миссии оценили вероятность того, что обломки могли разрушить зонд или его системы связи во время пролета, составляла один из 10 000, не позволяя ему отправлять данные на Землю. [143] Первые подробности встречи были получены на следующий день, но загрузка полного набора данных по нисходящей линии связи со скоростью 2 кбит /с заняла чуть более 15 месяцев, [18] и анализ данных продолжается с 2021 года. [144] ]
Научные цели миссии были сгруппированы в три отдельных приоритета. Требовались «основные цели». Ожидалось, что «вторичные цели» будут достигнуты, но этого не требовали. «Третичные цели» были желательны. Эти цели можно было бы пропустить в пользу вышеупомянутых целей. От задачи измерить любое магнитное поле Плутона отказались из-за проблем с массой и бюджетом, связанных с включением магнитометра в космический корабль. Вместо этого SWAP и PEPSSI могли бы косвенно обнаружить магнитные поля вокруг Плутона. [145]
«Облет системы Плутона на корабле «Новые горизонты» прошел полностью успешно, достигнув, а во многих случаях и превзойдя цели Плутона, поставленные перед ним НАСА и Национальной академией наук». [146]
«Новые горизонты» прошли на расстоянии 12 500 км (7 800 миль) от Плутона, при максимальном приближении 14 июля 2015 года в 11:50 по всемирному координированному времени. «Новые горизонты» имели относительную скорость 13,78 км/с (49 600 км/ч; 30 800 миль в час) при самом близком сближении и приблизились к Харону на расстояние 28 800 км (17 900 миль). Начиная за 3,2 дня до наибольшего сближения, изображения на большом расстоянии включали картографирование Плутона и Харона с разрешением 40 км (25 миль). Это половина периода вращения системы Плутон-Харон, что позволило получить изображения всех сторон обоих тел. Снимки с близкого расстояния повторялись дважды в день для поиска изменений поверхности, вызванных локализованным снегопадом или поверхностным криовулканизмом . Из-за наклона Плутона часть северного полушария всегда будет находиться в тени. Во время облета инженеры ожидали, что LORRI сможет получить избранные изображения с разрешением до 50 м на пиксель (160 футов/пикселей), если ближайшее расстояние составит около 12 500 км (7 800 миль), а MVIC должна была получить четырехцветную Дневные карты мира с разрешением 1,6 км (1 миля). LORRI и MVIC попытались перекрыть зоны своего покрытия, чтобы сформировать стереопары. LEISA получила гиперспектральные карты ближнего инфракрасного диапазона со скоростью 7 км/пиксель (4,3 мили/пиксель) во всем мире и 0,6 км/пиксель (0,37 мили/пиксель) для выбранных областей.
.png/1280px-Snakeskin_terrain_on_Pluto_(PIA19957).png)
Тем временем Алиса охарактеризовала атмосферу как выбросами атмосферных молекул ( свечение воздуха ), так и затемнением фоновых звезд при их прохождении за Плутоном ( затмение ). Во время и после максимального сближения SWAP и PEPSSI исследовали верхние слои атмосферы и ее влияние на солнечный ветер. VBSDC искал пыль, определяя частоту столкновений метеороидов и наличие невидимых колец. REX занимался активной и пассивной радионаукой. Тарелка связи на Земле замеряла исчезновение и повторное появление сигнала радиозатмения , когда зонд пролетал мимо Плутона. Результаты определили диаметр Плутона (по времени), а также плотность и состав атмосферы (по характеру их ослабления и усиления). (Алиса может выполнять аналогичные затмения, используя солнечный свет вместо радиомаяков.) В предыдущих миссиях космический корабль передавал информацию через атмосферу на Землю («нисходящая линия связи»). Масса и распределение масс Плутона были оценены с помощью гравитационного рывка космического корабля. По мере того как космический корабль ускорялся и замедлялся, в радиосигнале наблюдался доплеровский сдвиг . Доплеровский сдвиг измерялся в сравнении с ультрастабильным генератором в коммуникационной электронике.
Отраженный от Харона солнечный свет позволил провести некоторые визуальные наблюдения за ночной стороной. Подсветка Солнцем давала возможность выделить любые кольца или атмосферные дымки. REX выполнил радиометрию ночной стороны.
Наилучшее пространственное разрешение небольших спутников New Horizons составляет 330 м на пиксель (1080 футов/пикселей) на Никсе, 780 м/пикселей (2560 футов/пикселей) на Гидре и примерно 1,8 км/пиксель (1,1 мили/пикселей) на орбите. Керберос и Стикс. Оценочные размеры этих тел: Никс - 49,8 × 33,2 × 31,1 км (30,9 × 20,6 × 19,3 мили); Гидра на размерах 50,9 × 36,1 × 30,9 км (31,6 × 22,4 × 19,2 миль); Керберос размером 19 × 10 × 9 км (11,8 × 6,2 × 5,6 миль); и Стикс размером 16 × 9 × 8 км (9,9 × 5,6 × 5,0 миль). [147]
Первоначальные прогнозы предполагали, что Керберос будет относительно большим и массивным объектом, темная поверхность которого привела к появлению слабого отражения. Это оказалось ошибочным, поскольку изображения, полученные «Новыми горизонтами» 14 июля и отправленные обратно на Землю в октябре 2015 года, показали, что Кербер был меньше по размеру, 19 км (12 миль) в поперечнике, с высокоотражающей поверхностью, что позволяет предположить наличие относительно чистого водяного льда. как и остальные меньшие спутники Плутона. [148]
СМИ, связанные с фотографиями системы Плутона, сделанными New Horizons, на Викискладе?
Вскоре после пролета Плутона, в июле 2015 года, New Horizons сообщила, что космический корабль исправен, траектория его полета находится в пределах допустимых значений, а научные данные системы Плутон-Харон записаны. [149] [150] Непосредственной задачей космического корабля было начать возврат 6,25 гигабайт собранной информации. [18] Потери на трассе в свободном пространстве на расстоянии 4,5 световых часов (3 миллиарда км или 20 а.е. или 1,9 миллиарда миль) составляют примерно 303 дБ на частоте 7 ГГц. При использовании антенны с высоким коэффициентом усиления и передаче на полную мощность сигнал от EIRP составляет +83 дБм, а на этом расстоянии сигнал, достигающий Земли, составляет -220 дБм. Уровень принимаемого сигнала (RSL) с использованием одной ненаправленной антенны Deep Space Network с прямым усилением 72 дБи равен -148 дБм. [151] Из-за чрезвычайно низкого уровня RSL он мог передавать данные только со скоростью от 1 до 2 килобит в секунду . [152]
К 30 марта 2016 года, примерно через девять месяцев после пролета, «Новые горизонты» достигли половины пути передачи этих данных. [153] Передача была завершена 25 октября 2016 г. в 21:48 по всемирному координированному времени, когда последний фрагмент данных — часть последовательности наблюдений Плутона и Харона с помощью имидж-сканера Ralph/LEISA — был получен Университетом прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Лаборатория . [18] [154]
По состоянию на ноябрь 2018 года на расстоянии 43 а.е. (6,43 миллиарда км; 4,00 миллиарда миль) от Солнца и 0,4 а.е. (60 миллионов км; 37 миллионов миль) от 486958 Аррокота [155] аппарат New Horizons направлялся в направлении созвездие Стрельца [156] со скоростью 14,10 км/с (8,76 миль/с ; 2,97 а.е./год ) относительно Солнца. [155] Яркость Солнца с космического корабля составила −18,5 звездной величины . [156]
17 апреля 2021 года «Новые горизонты» достигли расстояния в 50 а.е. от Солнца, оставаясь при этом полностью работоспособными. [157]
Команда New Horizons запросила и получила продление миссии до 2021 года для исследования дополнительных объектов пояса Койпера (KBO). Финансирование было обеспечено 1 июля 2016 года. [158] Во время этой расширенной миссии пояса Койпера (KEM) космический корабль совершил близкий облет 486958 Аррокот и проведет более отдаленные наблюдения еще двух десятков объектов, [159] [158 ] ] [160] и, возможно, совершить облет еще одного ОКБ. [ нужна цитата ]
Планировщики миссии искали один или несколько дополнительных объектов пояса Койпера (KBO) диаметром около 50–100 км (31–62 миль) в качестве целей для пролетов, аналогичных столкновению космического корабля с Плутоном. Однако, несмотря на большую численность ОПК, многие факторы ограничивали количество возможных целей. Поскольку траектория полета определялась пролетом Плутона, а у зонда оставалось всего 33 килограмма гидразинового топлива , объект, который нужно было посетить, должен был находиться в пределах конуса шириной менее градуса, простирающегося от Плутона. Цель также должна была находиться в пределах 55 а.е., потому что за пределами 55 а.е. линия связи становится слишком слабой, а выходная мощность РИТЭГ падает достаточно значительно, чтобы затруднить наблюдения. [161] Желательные ОПК имеют диаметр более 50 км (30 миль), нейтральный цвет (чтобы контрастировать с красноватым Плутоном) и, если возможно, имеют луну, вызывающую колебание. [ нужна цитата ]
В 2011 году ученые миссии начали поиск New Horizons KBO Search — специального исследования подходящих ОПК с использованием наземных телескопов. Для поиска потенциальных целей использовались большие наземные телескопы с широкоугольными камерами, в частности, двойной 6,5-метровый Магелланов телескоп в Чили, 8,2-метровая обсерватория Субару на Гавайях и Канадско-Францо-Гавайский телескоп [118] [162] . Участвуя в общественно-научном проекте под названием «Ледяные охотники», общественность помогла сканировать телескопические изображения в поисках возможных подходящих кандидатов на миссию. [163] [164] [165] [166] [167] Наземные поиски привели к обнаружению около 143 объектов потенциального интереса, [168] но ни один из них не находился достаточно близко к траектории полета « Новых горизонтов» . [162] Считалось, что только космический телескоп Хаббл сможет найти подходящую цель вовремя для успешной миссии КБО. [169] 16 июня 2014 г. на Хаббле было предоставлено время для поисков. [170] «Хаббл» обладает гораздо большей способностью находить подходящие ОПК, чем наземные телескопы. Вероятность того, что цель «Новых горизонтов» будет найдена, заранее оценивалась примерно в 95%. [171]
15 октября 2014 года выяснилось, что в ходе поисков Хаббла были обнаружены три потенциальные цели: [172] [173] [174] [175] [176] временно обозначенные Новым центром PT1 («потенциальная цель 1»), PT2 и PT3. Команда Горизонты . В конечном итоге в качестве цели был выбран PT1, который получил название 486958 Arrokoth .
Все объекты имели предполагаемый диаметр в диапазоне 30–55 км (19–34 миль) и были слишком малы, чтобы их можно было увидеть наземными телескопами. Цели находились на расстояниях от Солнца от 43 до 44 а.е., что соответствует периоду 2018–2019 годов. [173] Первоначальные расчетные вероятности того, что эти объекты были достижимы в пределах топливного бюджета New Horizons, составляли 100%, 7% и 97% соответственно. [173] Все они были членами «холодных» (с малым наклоном и низким эксцентриситетом ) классических объектов пояса Койпера и, таким образом, сильно отличались от Плутона.
PT1 (временное обозначение «1110113Y» на веб-сайте HST [177] ), наиболее удачно расположенный объект, имел звездную величину 26,8, диаметр 30–45 км (19–28 миль) и был обнаружен в январе. 2019. [178] Для изменения курса для достижения этой цели потребовалось около 35% доступного запаса топлива для корректировки траектории New Horizons . Миссия к PT3 была в некотором смысле предпочтительнее, поскольку она ярче и, следовательно, вероятно, больше, чем PT1, но более высокие потребности в топливе для ее достижения оставили бы меньше средств для маневрирования и непредвиденных событий. [173]
После того, как была предоставлена достаточная орбитальная информация, Центр малых планет дал предварительные обозначения трем целевым ОПК: 2014 MU 69 (позже 486958 Аррокот) (PT1), 2014 OS 393 (PT2) и 2014 PN 70 (PT3). К осени 2014 года возможная четвертая цель, 2014 MT69 , была исключена в результате последующих наблюдений. PT2 выбыл из строя перед пролетом Плутона. [179] [180]
28 августа 2015 года в качестве цели облета был выбран 486958 Аррокот (тогда известный как (486958) 2014 MU 69 и по прозвищу Ultima Thule ) (PT1). Необходимая корректировка курса была выполнена с четырьмя запусками двигателей в период с 22 октября по 4 ноября 2015 года. [181] [182] Облет произошел 1 января 2019 года в 00:33 UTC. [183] [184]
Помимо облета 486958 Аррокота, расширенная миссия « Новые горизонты» предполагает, что космический корабль будет проводить наблюдения и искать системы колец вокруг 25-35 различных ОПК. [185] Кроме того, он продолжит изучение состава газа, пыли и плазмы пояса Койпера до завершения продления миссии в 2021 году. [159] [160] [ требуется обновление ]
2 ноября 2015 года аппарат New Horizons сфотографировал KBO 15810 Араун с помощью инструмента LORRI с расстояния 280 миллионов километров (170 миллионов миль; 1,9 а.е.). [186] Этот ОПК был снова сфотографирован прибором LORRI 7–8 апреля 2016 г. с расстояния 111 миллионов км (69 миллионов миль; 0,74 а.е.). Новые изображения позволили научной группе уточнить местоположение 15810 Араун с точностью до 1000 км (620 миль) и определить период ее вращения, равный 5,47 часа. [187] [188]
В июле 2016 года камера LORRI сделала несколько отдаленных изображений Квавара на расстоянии 2,1 миллиарда километров (1,3 миллиарда миль; 14 а.е.); наклонный вид дополнит наземные наблюдения для изучения светорассеивающих свойств объекта. [189]
5 декабря 2017 года, когда «Новые горизонты» находился на расстоянии 40,9 а.е. от Земли, калибровочное изображение скопления Колодца желаний стало самым далеким изображением, когда-либо сделанным космическим кораблем (побив 27-летний рекорд, установленный знаменитой « Бледно-голубой точкой» «Вояджера-1» ). ). Двумя часами позже аппарат New Horizons побил свой собственный рекорд, получив изображения объектов пояса Койпера 2012 HZ 84 и 2012 HE 85 с расстояния 0,50 и 0,34 а.е. соответственно. Это были самые близкие изображения объекта пояса Койпера, не считая Плутона и Аррокота, по состоянию на февраль 2018 года . [190] [191][обновлять]
Карликовая планета Хаумеа наблюдалась издалека космическим кораблем New Horizons в октябре 2007, январе 2017 и мае 2020 года с расстояний 49, 59 и 63 а.е. соответственно. Аппарат «Новые горизонты» наблюдал карликовые планеты Эрида (2020 г.), Хаумеа (2007, 2017, 2020 гг.), Макемаке (2007, 2017 г.) и Квавар (2016, 2017, 2019 г.), а также крупные ОПК Иксион (2016), 2002 г. MS 4 (2016, 2017, 2019) и ОЕ 394 2014 (2017, 2018). В 2019 году он также наблюдал крупнейший спутник Нептуна Тритон (который имеет сходство с Плутоном и Эридой) [192].
СМИ, связанные с фотографиями объектов пояса Койпера, сделанными New Horizons, на Викискладе?К декабрю 2023 года аппарат New Horizons обнаружил в общей сложности около 100 ОПК и подлетел достаточно близко примерно к 20 из них, чтобы уловить такие характеристики, как форма, период вращения, возможные спутники и состав поверхности. Кроме того, с 2021 года канадские исследователи смогли использовать программное обеспечение машинного обучения для ускорения процессов идентификации потенциальных целей ОПК для третьего пролета, сократив недельные усилия до часов. [192] [193]
Научные цели пролета включали характеристику геологии и морфологии Аррокота [194] [195] и составление карты состава поверхности (путем поиска аммиака, угарного газа, метана и водяного льда). Будут проводиться поиски орбитальных спутников, комы, колец и окружающей среды. [196] Дополнительные цели включают: [197]
Аррокот — первый объект, выбранный для облета, который был обнаружен после запуска космического корабля. [198] Планировалось, что « Новые горизонты» пройдут на расстоянии 3500 км (2200 миль) от Аррокота, что в три раза ближе, чем предыдущая встреча космического корабля с Плутоном. Ожидались изображения с разрешением до 30 м (98 футов) на пиксель. [199]
Новая миссия началась 22 октября 2015 года, когда «Новые горизонты» выполнили первый из четырех первоначальных маневров наведения, направленных на отправку корабля в сторону Аррокота. Маневр, который начался примерно в 19:50 по всемирному координированному времени и в котором использовались два небольших двигателя космического корабля, работающих на гидразине, длился примерно 16 минут и изменил траекторию космического корабля примерно на 10 метров в секунду (33 фута / с). Остальные три маневра по наведению состоялись 25, 28 октября и 4 ноября 2015 г. [200] [201]
Корабль был выведен из режима гибернации примерно в 00:33 UTC SCET 5 июня 2018 года (06:12 UTC ERT , время приема Земли), [a] для подготовки к этапу захода на посадку. [203] [204] После проверки состояния работоспособности космический корабль 13 августа 2018 года перешел из режима стабилизации вращения в режим трехосной стабилизации. Официальная фаза захода на посадку началась 16 августа 2018 года и продолжалась до декабря. 24, 2018. [205]
Аппарат New Horizons впервые обнаружил Аррокот 16 августа 2018 года на расстоянии 107 миллионов миль (172 миллиона км). В то время Аррокот был виден с магнитудой 20 на густонаселенном звездном фоне в направлении созвездия Стрельца . [206] [207]
Фаза ядра началась за неделю до столкновения и продолжалась в течение двух дней после столкновения. Космический корабль пролетел мимо объекта со скоростью 51 500 км/ч (32 000 миль в час; 14,3 км/с) и на расстоянии 3 500 км (2 200 миль). [208] Большая часть научных данных была собрана в течение 48 часов после наибольшего сближения на этапе, называемом «Внутреннее ядро». [205] Максимальное сближение произошло 1 января 2019 года в 05:33 UTC . [209] SCET , в этот момент зонд был43,4 а.е. от Солнца . [210] На таком расстоянии время прохождения радиосигналов в одну сторону между Землей и «Новыми горизонтами» составляло шесть часов. [196] Подтверждение того, что кораблю удалось заполнить свои цифровые самописцы, произошло, когда данные прибыли на Землю десять часов спустя, в 15:29 UTC. [211]
После встречи предварительные высокоприоритетные данные были отправлены на Землю 1 и 2 января 2019 года. 9 января « Новые горизонты» вернулись в режим стабилизации вращения, чтобы подготовиться к отправке оставшейся части своих данных обратно на Землю. [205] Ожидалось, что загрузка займет 20 месяцев при скорости передачи данных 1–2 килобита в секунду . [212] По состоянию на июль 2022 г. еще оставалось получить около 10% данных. [213]
В апреле 2020 года аппарат «Новые горизонты» использовался совместно с телескопами на Земле для съемки близлежащих звезд Проксима Центавра и Вольф 359 ; изображения с каждой точки обзора — на расстоянии более 4 миллиардов миль (6,4 миллиарда км) друг от друга — сравнивались, чтобы создать «первую демонстрацию легко наблюдаемого звездного параллакса ». [214]
Изображения, полученные камерой LORRI, когда «Новые горизонты» находились на расстоянии от 42 до 45 а.е. от Солнца, использовались для измерения космического оптического фона, видимого света, аналога космического микроволнового фона , в семи полях высоких галактических широт. На этом расстоянии «Новые горизонты» увидели небо в десять раз темнее, чем небо, видимое космическим телескопом «Хаббл», из-за отсутствия рассеянной фоновой яркости неба от зодиакального света во внутренней части Солнечной системы. Эти измерения показывают, что общее количество света, излучаемого всеми галактиками в ультрафиолетовом и видимом диапазонах волн, может быть ниже, чем считалось ранее. [215] [216]
Космический корабль достиг расстояния в 50 а.е. (7,5 миллиардов км; 4,6 миллиардов миль) 17 апреля 2021 года в 12:42 по всемирному координированному времени. Ранее этот подвиг совершался всего четыре раза: « Пионер-10» , «Пионер-11» , «Вояджер-1 » и «Вояджер-2». . «Вояджер-1» — самый дальний космический корабль от Солнца, находящийся на расстоянии более 152 а.е. (22,7 млрд км; 14,1 млрд миль), когда « Новые горизонты» достигли своей ориентиры в 2021 году. [217] Команда поддержки продолжала использовать космический корабль в 2021 году для изучения гелиосферы . окружающей среды (плазма, пыль и газ) и для изучения других объектов пояса Койпера. [218]
После того, как космический корабль пролетел мимо Аррокота, мощность приборов по-прежнему будет достаточной для работы до 2030-х годов.
Руководитель группы Алан Стерн заявил, что существует вероятность третьего пролета в 2020-х годах на внешних краях пояса Койпера. [219] [220] Это зависит от того, будет ли подходящий объект пояса Койпера найден или подтвержден достаточно близко к текущей траектории космического корабля. С мая 2020 года команда New Horizons использует время телескопа Subaru для поиска подходящих кандидатов в непосредственной близости от космического корабля. По состоянию на октябрь 2023 года [обновлять]ни один из них не был найден достаточно близко к траектории «Новых горизонтов» , чтобы он мог совершить близкий пролет с оставшимся топливом. Однако миссия по-прежнему финансируется как миссия по планетарным наукам, а не как чисто гелиофизическая миссия, как предлагали представители НАСА весной 2023 года. [221] [222]
«Новые горизонты» также могут сфотографировать Землю с ее расстояния в поясе Койпера, но только после завершения всех запланированных облетов КБО и получения изображений Урана и Нептуна. [223] [222] Это связано с тем, что наведение камеры на Землю может привести к повреждению камеры солнечным светом, [224] поскольку ни одна из камер New Horizons не имеет механизма активного затвора. [225] [226]
«Новые горизонты» назвали «самым быстрым космическим кораблем, когда-либо запущенным» [7] , поскольку он покинул Землю со скоростью 16,26 километров в секунду (58 536 км/ч; 36 373 миль в час). [8] [9] Это также первый космический корабль, запущенный непосредственно на траекторию отхода от Солнца, для чего требуется приблизительная скорость около Земли 16,5 км/с (59 000 км/ч; 37 000 миль в час), [b] плюс дополнительная дельта- v для покрытия сопротивления воздуха и силы тяжести , и все это должно обеспечиваться ракетой-носителем. По состоянию на 17 января 2024 года космический корабль находится на расстоянии 57,97 а.е. (8,672 миллиарда км; 5,389 миллиарда миль) от Солнца и движется со скоростью 13,71 км/с (49 400 км/ч; 30 700 миль в час). [227][обновлять]
Однако это не самый быстрый космический корабль, покинувший Солнечную систему. По состоянию на июль 2023 года [обновлять]этот рекорд принадлежит «Вояджеру-1» , путешествующему со скоростью 16,985 км/с (61 146 км/ч; 37 994 миль в час) относительно Солнца. [156] «Вояджер-1» достиг большей гиперболической избыточной скорости, чем «Новые горизонты» , благодаря гравитационной помощи Юпитера и Сатурна. Когда «Новые горизонты» достигнут расстояния в 100 а.е. (15 миллиардов км; 9,3 миллиарда миль), он будет двигаться со скоростью около 13 км/с (47 000 км/ч; 29 000 миль в час), около 4 км/с (14 000 км/ч; 8900 миль в час) медленнее, чем «Вояджер-1» на этом расстоянии. [228] Солнечный зонд Паркер также можно считать самым быстрым объектом из-за его орбитальной скорости относительно Солнца в перигелии : 95,3 км/с (343 000 км/ч; 213 000 миль в час). [c] Поскольку он остается на солнечной орбите, его удельная орбитальная энергия относительно Солнца ниже, чем у «Новых горизонтов» и других искусственных объектов, покидающих Солнечную систему .
Третья ступень New Horizons Star 48B также находится на гиперболической траектории выхода из Солнечной системы и достигла Юпитера раньше космического корабля New Horizons ; Ожидалось, что он пересечет орбиту Плутона 15 октября 2015 года. [229] Поскольку он не находился в управляемом полете, он не получил правильной гравитационной помощи и прошел в пределах 200 миллионов км (120 миллионов миль) от Плутона. [229] Вторая ступень «Кентавра» не достигла скорости убегания от Солнца и остается на гелиоцентрической орбите. [230] [с]
