新视野号

新视野号

新视野号(New Horizons，又译作新地平线号}-)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。新视野1号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计划发射时间：2006年1月17日计划耗资：5.5亿美元“新视野”1号原定于2006年1月17日美国东岸时间下午1时24分，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地第41发射台发射，但因地面强风和负责该项目之霍金斯大学物理实验室的控制中心突然停电的原因，两度推迟升空。至1月19日美国东岸时间下午2时00分，卡纳维拉尔角上空云层逐渐散去，气候条件适合发射，“新视野”一号终在原定发射升空时间迟半小时后，顺利点火发射升空。45分钟后脱离第三段火箭，离开地球引力，朝木星飞去。其航程将途经木星，借用木星引力加速，然后直奔冥王星。预计在2015年7月14日最为接近冥王星。发射窗口计划预算在2006年1月11日至2月14日之间一段“发射窗口”时间内，发射一枚探测船飞往冥王星。于2007年2月经过木星，利用木星引力加速直奔冥王星，于2015年7月到达，全程需时九年多。载具“新视野号”探测船以美国擎天神V551型(Atlas V551)火箭携带，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射站发射，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。“新视野号”将成为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，“新视野号”航速可谓十分惊人。第二次发射窗口“新视野号”探测船若未能在2006年2月2日前发射，而在2月14日“发射窗口”限期前出发，则探测船就不能经过木星，而需直接飞往冥王星。因未能借助木星重力加速，故需较长飞行时间，估计最快要2018年才能到达。错过今次“发射窗口”，下一次将会是2007年2月2日至15日。探测船将直飞冥王星，预料在2019年到达。到达如果一切顺利按照计划进行，探测船将在2015年3月（即到达前四个月）开始收集冥王星及它的卫星查伦的资料。2015年7月14日，探测船最接近冥王星。届时探测船将在冥王星南半球约9,600公里（六千英哩）处高速掠过。而查伦当时在冥王星另一侧，探测船需经过冥王星后，回头再探测查伦。探测船飞离冥王星后，观察工作持续十个星期。而一切对冥王星的探测于九个月后结束，观察记录都传送回地球。冥王星之后探测船下一个探测目标将会为位于柯伊伯带，直径约40公里至90公里的天体，确实目标尚未选定。预料探测船将在2016年进入柯伊伯带。新视野二号计划2008/2009年发射，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。“新视野”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细的柯伊伯带天体。 “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。“新视野”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；美国国会已于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。美国太空署辖下的外行星评审小组Outer Planet Assessment Group，于2005年5月5日提交“新视野”二号计划可行性报告书。报告认为计划在技术上是可行的，但探测船于2008年或以后的一段时间，发射升空的机会并不乐观。报告书主要内容为：美国太空署缺乏现成的核子动能电力产生器，即核能发电机，给外太空探测船使用。按照目前已批准的订单和预算中，太空署要待至2010年才有新发电机供应，而探测船则最快也要等到2011年才能升空。若探测船推迟至2011年才升空，则意味着探测船将错过2008年3月19日至2009年5月1日之间所有“发射窗口”，探测船不能借用木星和天王星的重力吸引，加速前进，而只可以直接飞去往柯伊伯带，估计需时最少十五年时间。一个耗时十五载，而换取九十分钟的近距离直接观察的外太空探测计划，从经济效益角度来看，答案已经溢于言表。再者，站在2011年的时间里来看，当时的科技、智识和现今的水平可能已经有长足之别。要使用一艘以上世纪科技为设计基础的探测船，似乎有点说不通。若然重新设计部份或全艘探测船，则又重蹈经费庞大、耗时日久的老问题?辙。就算按报告书提议，仿照“新视野”计划，利用比赛选出最佳方案，但无论是时间和费用都已经超过原提议很远，估计经费最少五亿九千万至最多九亿一千二百万美元，需时最少五十四个月最多五十九个月时间。“新视野”计划主管阿伦‧史唐Alan Stern 于2005年6月10日小组会议中继续努力推销“新视野”二号计划，论点主要是：错失今次机会将要等待上五十年、核能发电机不是唯一选择、预算可低至三亿七千五百万美元等。但从小组于十月底发表的会议报告中，提及“新视野”计划只有聊聊五十多字，主要是预祝“新视野”探测船顺利发射成功等等，并没有提及“新视野”二号计划。看来，“新视野”二号计划的发展前景，不言而喻。探测船结构整个“新视野”探测船的设计，是按照美国太空署近年推行小型化、低成本，及多功能的指引而制成。全艘探测船分为三个主要部分：即动力系统，包括提供全艘探测船所有电力的核能电池，以及调节探测船位置的引擎。通讯系统，包括高增益天线及低增益天线，是与地球保持联络的装置。科学平台，是安装所有探测仪器的地方，提供有效使用仪器的工作环境，以及保护脆弱的仪器。动力系统全艘“新视野”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，以电热隅形式发电。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，所有外太空探测船都采用相同的设计，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查伦，侍完成探测后，又要再转较船身，使到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“航行者”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“新视野”探测船安装了一只直径2.1米(83英??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。科学平台“新视野”探测船本身像一个倒置三角形，三角形尖部延出部分为核动力装置，三角形平面一方则为通讯装置，而三角形本身就是安装所有探测仪器的科学平台。探测船载有七种科学探测仪器，它们分别是：Ralph影像及红外线成像仪/分光计主要是用作拍摄冥王星及查伦的地表情况，提供高清淅的彩色图片，从而分析研究冥王星和查伦地表的物理现象及组成成份，制成地表地图。仪器分为两部份，一为可见光相机MVIC，另一为线性光波长锁定光谱计LEISA，两者共同使用一支6厘米(三??镜头，用以调校焦距，收集影像。可见光相机使用CCD电荷藕合装置，系近年所有外太空巡游探测船的标准设备。影像通过镜头后，再经过四层滤镜，在电荷藕合器成像。滤镜分别有专用作观察甲烷的滤镜，其余则为一般用途的蓝、绿、及近红外线泸镜。透过制作地表地图，可以明了冥王星及查伦过去的历史。线性光波长锁定光谱计，系利用量度热辐射光谱，而获得物质成份及组成的资料。根据量子物理学，每一种物质都有它自己独特的光谱，犹如人类的指纹，量度光谱就可知道是何种物质。从哈伯太空望远镜观察得知，冥王星表面以甲烷、氮、一氧化碳及冰成份为主，而查伦则主要是冰。当探测器接近它们时，透过光谱计观察，可能会发现更多其他物资。REX电波科学实验REX实际上只是一组安装在通讯系统内的电路板，主要是隐定由地球传过去的下载讯号，确保资料不会遣失，是一组非常重要的装置。而另一个作用，就是用作外太空电波科学实验，测试有关远距离通讯技术。REX接收由美国太空署的深空网络传过来的讯号，然后将讯号经由高增益天线传回返地球，科学家比较前后同一个讯号的差别，就能了解知道当中因为太阳风、辐射源、磁力场及重力波所产生的影响，求得出有关数据。当探测船飞到冥王星的后面，接收或传返地球的讯号都会穿越过冥王星的大气，电波会被大气中的气体分子的重量、高度及温度的不同而有所改变。REX将这些改变了的讯号记录下来，然后传返地球，有助了解冥王星大气层、游离层的结构、压力、及温度。 REX还有一种辐射计的工作模式，可以量度微弱的冥王星自己发射出来的电波。当探测船飞越冥王星之后，这些测量可以准确提供冥王星背向太阳一面的温度资料。Alice紫外线造影分光计测量由冥王星及查伦辐射或反射出来的紫外线，得出冥王星及查伦大气、地表的组成、分布、温度的装置。Alice有两种工作模式，一为探测大气光模式，是当探测船接近及离开冥王星时使用，直接量度由冥王星及查伦的大气辐射或反射出来的紫外线，是较多时间使用的工作模式。另一种模式是测量掩食光模式，是当探测船飞过冥王星之后，进入冥王星日蚀阴影区时，即被冥王星星体遮掩太阳光的地方，利用量度透过冥王星大气的太阳光，求得大气的成份、温度、及浓度的分布。LORRI长距离探测成像仪长距离探测成像仪为探测船提供详细的空间资料，即是探测船本身在航行中精确的位置。从观察特定的星体，比较有关资料，得出探测船在某一点精细准确的位置及相位，从而指令探测船作出相应的调整。成像仪有一支直径20.8厘米(8.2??的镜头，同样以CCD电荷藕合装置成像。结构相比于Ralph影像及红外线成像仪/分光计简单得多，全组仪器并无滤镜及活动部份。 当飞临冥王星时，成像仪同时拍摄冥王星表面影像，精细度为100米乘100米，大小略大于一个足球场面积。SWAP太阳风分析仪太阳风分析仪是分析在冥王星附近由太阳吹过来的粒子─太阳风，可以探测到冥王星是否有磁场。若而是有磁场存在，就可以得知它的范围，强弱，以及冥王星大气中气体粒子逃逸的速度。PEPSSI离子质谱仪离子质谱仪是用来测量冥王星阳离子与中性粒子组成、同位素组成等的装置。从观察冥王星大气层顶部的中性粒子被太阳风所激化，而逃离冥王星大气层的现象，可以推算出冥王星大气的化学成份。SDC宇宙尘分析仪这是一个由美国科罗拉多州大学师生主导的研究项目，装置可以分析探测船在飞往冥王星沿途所收集太阳系各区的宇宙尘，测量及比较这些漂浮粒子的物理及化学性质。离开冥王星之后，研究会继续，更有可能是人类历史上首次接触到柯伊伯带的物体。其他资料全艘探测船包括推进剂在内，重约450公斤(一千磅)核动能发电机系由美国能源局提供保温瓶式设计的船舱，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、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