"Nye horisonter" | |
---|---|
Nye Horisonter | |
| |
Kunde | NASA |
Fabrikant | APL |
Operatør | NASA |
Opgaver | Undersøgelse af Pluto -systemet såvel som Kuiperbæltets asteroide Arrokoth |
span | Jupiter , Pluto |
affyringsrampe | SLC-41 , Cape Canaveral |
løfteraket | " Atlas-5 " 551 |
lancering | 19. januar 2006 19:00:00 UTC |
Flyvevarighed | 16 år 9 måneder 11 dage |
COSPAR ID | 2006-001A |
SCN | 28928 |
specifikationer | |
Vægt | 478 kg (brændstof - 77 kg) |
Dimensioner | 0,69×2,11×2,74 m |
Strøm | 245 W |
Strømforsyninger | RITEG |
Levetid for aktivt liv | over 30 år (planlagt) |
måludstyr | |
Alice | Arts ultraviolet spektrometer |
Ralph | Synligt og IR spektrometer kamera |
LORRI | HD kamera |
BYTTE RUNDT | Solvindsanalysator |
PEPSSI | Energisk partikelspektrometer |
REX | radiospektrometer |
VBSDC | Støvdetektor |
Missions logo | |
pluto.jhuapl.edu | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
New Horizons ( New Horizons ) er en amerikansk automatisk interplanetarisk station ( AMS ) opsendt som en del af NASAs New Frontiers - program ( New Frontiers ) . Stationen blev det første rumfartøj i historien til at udforske Pluto -systemet og Kuiperbæltets asteroide Arrokoth på tæt hold , såvel som den femte AMS, der nåede tredje rumhastighed og forlod solsystemet .
New Horizons AMS blev opsendt den 19. januar 2006 af en Atlas-5 løfteraket fra US Space Force Base ved Cape Canaveral . Samtidig blev stationen det rumfartøj, der fik den højeste hastighed ved opsendelsen. Den 28. februar 2007 foretog New Horizons en gravitationsmanøvre nær Jupiter , øgede dens hastighed og udførte videnskabelige observationer af den gigantiske planet og dens system undervejs. Stationen tilbragte det meste af de næste otte år i dvaletilstand for at spare ressourcer og administrationsomkostninger. Pluto-systemets forbiflyvning fandt sted den 14. juli 2015 , modtog billeder og en stor mængde andre videnskabelige data om Pluto, dens satellit Charon og fire små satellitter. Fire år senere, den 1. januar 2019, studerede New Horizons på tæt hold den trans-neptunske Kuiper-bælte -asteroide Arrokoth , som endnu ikke var blevet opdaget på tidspunktet for opsendelsen af stationen. Dens forbiflyvning var den første undersøgelse nogensinde af et lille solsystemlegeme uden for asteroidebæltet .
Fra 2021 er New Horizons over 50 AU fra Solen . Stationen fortsætter med at udføre rumudforskning og astrofysiske observationer. Det antages, at det vil forblive i drift indtil mindst 2035 og vil være i stand til at udføre videnskabelig forskning i en afstand på mere end 90 astronomiske enheder fra Solen.
Den første mulighed for at studere Pluto ved hjælp af en interplanetarisk station dukkede op i 1970'erne, da Voyager 1 - rumfartøjet, efter Saturns forbiflyvning , kunne dirigeres til den bane, der gav Pluto forbiflyvning, som man ikke vidste meget om på det tidspunkt. Men fortrinsret blev givet til studier på nært hold af den tætte atmosfære af Titan , Saturns største måne. Den bane, der sikrede Titans forbiflyvning, udelukkede den videre retning af Voyager 1 til Pluto [1] [2] .
Efter at have studeret Neptunsystemet af Voyager 2 AMS i 1989, forblev Pluto den eneste planet i solsystemet [ca. 1] , som ikke blev udforsket af automatiske interplanetariske stationer, hvilket gjorde det til et oplagt mål for lovende missioner. Et yderligere incitament var opdagelsen i 1978 af Charon - en stor satellit af Pluto, og i 1985 - atmosfæren af Pluto . I 1989 fik videnskabsmændenes øgede interesse NASA til at åbne midler til de første designstudier af en mulig mission til planeten. I 1989-1990 formulerede en gruppe videnskabsmænd og ingeniører ledet af Alan Stern det første koncept for en mission til Pluto, kendt som Pluto 350. Den sørgede for lanceringen af et apparat på 350 kg med et minimumssæt videnskabeligt udstyr, som omfattede fire instrumenter. Flyveplanen omfattede tyngdekraftsmanøvrer ved Venus, Jorden og Jupiter, som gjorde det muligt ved hjælp af en let og billig Delta-2 raket at nå Pluto på 15 år. I 1991 blev missionskonceptet godkendt af NASAs underudvalg for udforskning af solsystem, som sikrede dets prioritet på listen over nye missioner, der blev foreslået til implementering. NASA nedsatte Outer Planets Science Working Group, ledet af Stern, for at videreudvikle missionen. Derefter var der et forslag om at sende til Pluto som en del af Mariner Mark II-programmet et meget større køretøj med flere videnskabelige instrumenter, svarende til Cassini- missionen til Saturn. Men de anslåede omkostninger ved en sådan enhed oversteg 2 milliarder dollars, hvilket blev betragtet som uacceptabelt, og i begyndelsen af 1992 blev videreudviklingen af dette projekt opgivet og vendte tilbage til Pluto-350-konceptet. Senere i 1992 foreslog Jet Propulsion Laboratory (JPL), uafhængigt af Stern-gruppen, missionen Pluto Fast Flyby (PFF), som forudser lanceringen i 1998 af to små (kun vejer 35-50 kg) identiske køretøjer, hver af som ville udforske hans side af planeten. Ifølge beregninger ville flyvningen til Pluto tage 7-8 år (i modsætning til 12-15 år ifølge tidligere undersøgelser), missionsbudgettet blev anslået til højst 400-500 millioner dollars.Den nye chef for NASA, Daniel Goldin støttede konceptet med missionen til yderligere uddybning. I august 1992 ringede JPL's Dr. Robert Staele, som ledede PFF-projektet, til Plutos opdager Clyde Tombaugh og bad om tilladelse til at besøge "hans" planet. "Jeg fortalte ham, at missionen var velkommen, selvom det ville blive en lang, kold rejse," svarede Tombo [3] [4] [5] [2] [6] [7] .
Allerede i 1992 lavede Stele-gruppen en model i fuld størrelse af enheden, men under udviklingen af PFF-konceptet viste det sig, at de første estimater af enhedernes masse og de samlede omkostninger ved missionen viste sig at være for optimistisk. Massen af hver AMS voksede hurtigt til 140-164 kg, og de anslåede omkostninger ved missionen oversteg $1 milliard, hvoraf $800 millioner var prisen på to Titan IV løfteraketter . Efter tabet af den komplekse Mars Observer - mission i 1993 herskede en negativ holdning til dyre programmer i NASA, og et nyt program til at udforske Mars med en række mindre og dyrere køretøjer blev lanceret, som fik prioritet i finansiering. Derudover støttede præsidentadministrationen ikke en stigning i NASA-budgettet, på grund af hvilket det var planlagt at starte ny forskning, og missionen til Pluto skulle reducere omkostningerne til 400 millioner dollars. Den naturlige beslutning var at opgive den anden apparat. Muligheden for at dele omkostningerne med udenlandske partnere blev også undersøgt. Siden 1994, efter Sterns møde med direktøren for Rumforskningsinstituttet ved Det Russiske Videnskabsakademi Albert Galeev , blev muligheden for en fælles mission med Rusland overvejet , med opsendelsen på Proton løfteraket og inddragelsen af den russiske sonde til studere atmosfæren af Pluto, som skulle udsende videnskabelige data, indtil det rammer overfladen. I første omgang vakte ideen interesse fra russisk side, men i 1995 krævede Rusland betaling for raketten, hvilket på det tidspunkt ikke var muligt i henhold til amerikansk lovgivning. Herefter overvejede man deltagelse i finansieringen af den tyske mission, som kunne betale for "Protonen" mod at inkludere en tysk sonde i missionen, som kastes på Io , en satellit af Jupiter , under forbiflyvningen af Jupitersystemet på vej til Pluto. Missionen blev mere kompleks, og der opstod tvivl om muligheden for, at forskellige amerikanske regeringsorganer kunne godkende opsendelsen af et amerikansk apparat med en atomenergikilde på en russisk løfteraket. Som et resultat, i 1996, blev konceptet om en mission til Pluto med international deltagelse besluttet at blive opgivet. Samtidig undersøgte man i 1994-1995 mulighederne for at skabe et let apparat uden at bruge en atomkraftkilde, samt at bruge en mindre nyttelast (og billigere) raket, hvilket ikke førte til positive resultater. Som et resultat blev Pluto-350- og PFF-missionerne aldrig accepteret til implementering, da NASA-ledelsen i midten af 1990'erne holdt op med at betragte Pluto-udforskning som en prioritet [5] [1] [2] [7] .
I begyndelsen af 1990'erne blev de første Kuiperbælte-objekter opdaget, og der var en anmodning i det videnskabelige samfund om en detaljeret undersøgelse af dets objekter. Som svar omformaterede JPL PFF-projektet i 1996 for at inkludere muligheden for at studere ethvert Kuiper-bælteobjekt efter Plutos forbiflyvning. Den nye mission blev kaldt Pluto Kuiper Express , den forudså opsendelsen i 2004 af en AMS, som efter en gravitationsmanøvre nær Jupiter i 2006 kunne nå Pluto i 2012. Stationen, der vejer 220 kg og anslås til en pris på 600 millioner dollars, skulle bære 7 kg videnskabeligt udstyr - et kamera, infrarøde og ultraviolette spektrometre , samt udstyr til et eksperiment med radiotranslucens af atmosfæren. Missionen var oprindeligt en del af Deep Space System Program og blev i 1998 fusioneret med Europa Orbiter og Solar Probe missionerne i Outer Planets/Solar Probe Project. I 1999 påbegyndte NASA den praktiske gennemførelse af projektet og udstedte en anmodning om udvikling af videnskabeligt udstyr. I september 2000 standsede NASA imidlertid projektet med henvisning til en stigning i de anslåede omkostninger ved missionen (som nåede 1,5 milliarder dollars) og AMC's større prioritet for Europa . Midler, der var planlagt til missionen til Pluto, blev overført til Mars-udforskningsprogrammet. Samtidig oplyste NASA, at man i princippet ikke opgiver missionen og planlægger at gennemføre den før 2020, men planlægger ikke at genoptage arbejdet med den i løbet af de næste ti år. Stehle-gruppen ved JPL, som var involveret i Pluto Kuiper Express-projektet, blev opløst. På tidspunktet for nedlukningen var det samlede beløb brugt på missionsdesignstudier siden 1989 omkring $300 millioner [5] [1] [8] [9] [7] .
NASAs beslutning om at stoppe missionen vakte forargelse i det videnskabelige samfund og offentligheden. Udsættelsen af opsendelsesdatoen ville have ført til behovet for at vente på den næste position af Jupiter, der er egnet til gravitationsmanøvren i 2014-2015. Samtidig passerede Pluto, der lavede et kredsløb på 247 år, perihelium i 1989 og har siden bevæget sig væk fra Solen, hvilket fører til et gradvist fald i dens temperatur. Der var frygt for, at i 2020 kunne Plutos fortættede atmosfære kondensere på dens overflade, hvilket ville føre til umuligheden af dens undersøgelse i mere end 200 år. Derudover har Pluto siden 1987 bevæget sig væk fra sin egen jævndøgn , hvilket kombineret med en stærk hældning af sin rotationsakse til kredsløbets plan gradvist forværrer betingelserne for sin undersøgelse med en flyvende AMS: en stigende del af planetens overflade er i konstant skygge. En række appeller blev sendt til NASA og den amerikanske kongres (agenturets budgetgodkendende agentur) fra videnskabsmænd og offentligheden ( Planetary Society alene modtog mere end 10.000 breve fra borgere, der var bekymrede over lukningen af projektet, som efterfølgende blev videresendt til Kongressen ) opfordrer til en genovervejelse og sikring af missionen til Pluto. Dette pres førte til hurtig succes - allerede i december 2000 annoncerede NASA en ny konkurrence om en mission til Pluto og Kuiperbæltet (Pluto-Kuiperbæltet) på følgende betingelser: den ønskede opsendelsesdato er december 2004, ankomst til Pluto senest end 2015 er omkostningerne ved missionen op til $500 millioner [10] [5] [11] .
I juni 2001 valgte NASA to af de fem foreslåede missionskoncepter til mere detaljeret udvikling: POSSE (Pluto and Outer Solar System Explorer) af Science Director Esposito og New Horizons: Shedding Light on Frontier Worlds af Science Director Alan Stern. I november samme år blev New Horizons-missionens sejr annonceret, og projektudviklerne gik videre til det praktiske arbejde med den; de nødvendige midler til projektet har været stillet til rådighed siden FY2002 (ved to lejligheder, i FY2002 og FY2003, har NASA ikke inkluderet en mission i agenturets foreslåede budget, men den nødvendige finansiering blev inkluderet i budgettet på initiativ af parlamentarikere under budgettet godkendelsesproces af Kongressen). New Horizons var den første mission i NASAs New Frontiers -program, der havde til formål at implementere interplanetariske missioner på mellemniveau (koster op til $700 millioner). Forskningsfasen af projektet blev afsluttet i juli-oktober 2001. I 2002 blev flyveplanen, rumfartøjets udseende og videnskabelige instrumenter formuleret og forsvaret, og komponenter med en lang produktionsperiode blev bestilt. I juli 2003 blev en løfteraket udvalgt til projektet, i maj 2004 blev samlingen af rumfartøjsplatformen afsluttet, i april 2005 blev installationen af servicesystemer og videnskabelige instrumenter afsluttet. I 2002-2005 blev New Horizons 2- missionen også foreløbig udviklet til at studere et af de store Kuiper-bælteobjekter, med en mulig forbiflyvning af Uranus , designet af dette apparat var baseret på designet af New Horizons [12] [5] [8] [2] [13] [14] [15] .
AMS "New Horizons" blev udviklet og fremstillet af Applied Physics Laboratory (APL) ved Johns Hopkins University ( Maryland , USA), den samme organisation er ansvarlig for at kontrollere enhedens flyvning. De samlede omkostninger ved missionen i 2007 (under hensyntagen til de potentielle omkostninger til rumfartøjskontrol og analyse af videnskabelige data) blev anslået til $696,9 millioner, inklusive omkostningerne til rumfartøjet (uden videnskabelige instrumenter) - $196 millioner, videnskabelige instrumenter - $62 million, raketter - bærer - $ 218 millioner I alt deltog mere end 2.500 mennesker i udviklingen og fremstillingen af apparatet [16] [17] [18] .
New Horizons-missionen blev tildelt følgende videnskabelige opgaver, opdelt i tre grupper [19] [8] :
En yderligere opgave for missionen var at studere fra flybybanen for ethvert Kuiperbælteobjekt. På tidspunktet for opsendelsen af New Horizons var et passende objekt endnu ikke fundet, dets søgninger blev intensivt udført allerede under rumfartøjets flyvning [20] .
"New Horizons" er en automatisk interplanetarisk station designet til en lang driftsperiode med en autonom strømforsyningskilde i form af en radioisotop termoelektrisk generator (RTG). Designet af stationen er en udvikling af Ulysses AMS . Enhedens krop har form af et asymmetrisk sekskantet prisme med dimensioner på 0,69 × 2,11 × 2,74 m lavet af honeycomb - aluminiumspaneler , baseret på en indvendig lejet aluminiumscylinder (som også fungerer som en adapter til tilslutning til løfteraketten), inde i hvilke brændstoftanke er placeret. Fra prismets yderside placeres videnskabelige instrumenter og en række servicesystemer, hvoraf de største er en stærkt retningsbestemt antenne med en diameter på 2,1 m og en RTG. Affyringsvægten af apparatet var 478 kg , inklusive 77 kg brændstof [16] [21] [22] .
Da New Horizons bane hovedsageligt dannes under lanceringen af køretøjet, har dets fremdrivningssystem en begrænset forsyning af brændstof og er designet til små banekorrektioner, samt giver orientering af køretøjet. Fremdriftssystemet omfatter fire 4,4 N thrust thrustere til banekorrektioner, samt 12 0,8 N thrust thrustere til attitudekontrol og stabilisering. Motorer arrangeret i to blokke (hoved- og standby-blokke) er placeret langs omkredsen af apparatet på otte punkter. Motorerne kører på monopropellant- hydrazin , som opbevares i en titaniumtank og presses ud af den under heliumtryk . Den samlede brændstoftilførsel var 77 kg, hvilket giver en samlet stigning i køretøjets hastighed, som er 242 m/s. På grund af den begrænsede strømforsyning bruger New Horizons ikke svinghjul i indstillingskontrolsystemet . I flyvetilstand stabiliseres stationen ved rotation; til videnskabelige observationer med deltagelse af kameraer og et ultraviolet spektrometer bruges tre-akset stabilisering ved hjælp af motorer. Bestemmelse af orienteringen af stationen i rummet udføres ved hjælp af stjernesensorer (i hvis hukommelse et kort på 3000 stjerner er indlejret), accelerometre og gyroskoper samt backup solsensorer [16] [23] [22] .
Da intensiteten af solstråling i Plutos kredsløb er 1000 gange mindre end i Jordens kredsløb, er det ikke muligt at bruge solpaneler til at levere energi. Af denne grund blev en radioisotop termoelektrisk generator (RTG) af typen F-8 brugt som strømforsyningskilde til apparatet. Brugen af RTG'er er en traditionel løsning til stationer sendt ud i det dybe rum (herefter benævnt Jupiters kredsløb), især blev sådanne strømkilder brugt på AMS Pioneer-10 , Pioneer-11 , Voyager -1 og -2 , Ulysses, Galileo og Cassini. På tidspunktet for projektudviklingen var der kun én RTG med en effekt på 245 W tilgængelig (til sammenligning var effekten af Voyagers RTG 470 W ), hvilket pålagde naturlige begrænsninger på niveauet af energiforbrug og den maksimale varighed af apparatet , og krævede også vedtagelse af særlige foranstaltninger for at reducere energiforbruget og skabe et effektivt termoreguleringssystem [16] [24] [22] .
Den RTG, der blev brugt i missionen, blev leveret af det amerikanske energiministerium . Den er udstyret med 72 plutonium-238 oxidtabletter med en totalvægt på 9,75 kg. På grund af det gradvise henfald af plutonium falder RTG-effekten konstant med omkring 3,5 W om året, og i Plutos kredsløb var dens elektriske effekt omkring 200 W under passagen af asteroiden Arrokoth - omkring 190 W. Køretøjets indbyggede elektriske netværk fungerer ved en spænding på 30 V. Den elektricitet , der genereres af RTG'en , leveres til køretøjets systemer og enheder gennem strømfordelingsenheden, som omfatter 96 stik og mere end 3200 ledninger. Overskydende elektrisk og termisk kraft fra RTG spredes ud i det ydre rum (i begyndelsen af flyvningen blev overfladen af RTG opvarmet til 245 °C), derfor for at udelukke dens indflydelse på driften af videnskabelige instrumenter, RTG'en blev placeret på den modsatte side af apparatet og også adskilt af en speciel termisk skærm placeret ved dens fundamenter [16] [25] [22] .
Temperaturstyringssystemet holder temperaturen inde i maskinen i området fra 10 til 30 °C. I begyndelsen af flyvningen, på den side, der vender mod Solen, var temperaturen højere, men den oversteg ikke 40 °C. Den laveste tilladte temperatur er 0 °C og bestemmes af brændstoffets frysepunkt. En positiv temperatur inde i apparatet opretholdes som et resultat af varmefrigivelse fra driftsudstyret såvel som af RTG. I tilfælde af at dette ikke er nok, tændes små elektriske varmeapparater . For at dumpe overskydende varme (hvilket var relevant i den indledende fase af enhedens flyvning) blev der brugt specielle persienner . For at minimere varmetab er apparatets krop dækket med en gul varmeisolerende belægning , som samtidig udfører funktionen som beskyttelse mod mikrometeoritter . Belægningen består af 18 lag ( dacron mesh, aluminiseret mylar film og kapton ) [16] [26] [22] .
Enhedens serviceelektronik er arrangeret i to integrerede IEM-moduler (hoved og backup). Hver af dem inkluderer en indbygget computer, lagerenheder, en kontrol- og navigationsprocessor, strømomformere, servoelektronik og grænseflader til kommunikation med videnskabelige instrumenter. Indbyggede computere er baseret på MIPS - arkitekturen Mongoose-V- processor , som er en strålingsbestandig version af R3000 -processoren og kører på 12 MHz . Til lagring af information (primært videnskabeligt) bruges to solid-state lagringsenheder (hoved og reserve) med en volumen på 8 GB hver [16] [27] [22] .
Køretøjets kommunikationssystem bruges til at transmittere videnskabelige data og telemetriinformation , modtage kommandoer fra Jorden og nøjagtigt måle afstanden til stationen. Enhedens kommunikationssystem omfatter fire antenner, der opererer i X-båndet (8/7 GHz) med cirkulær polarisering - stærkt retningsbestemt med høj forstærkning, bredt retningsbestemt med medium forstærkning og to omnidirektionelle. Fra Jordens side udføres kommunikationen ved hjælp af NASAs dybrumskommunikationsantenner, inklusive antenner med en diameter på 70 meter , nødvendige for at modtage et signal fra store afstande (fra Jupiters kredsløb og videre) [16] [28] [22 ] .
Grundlaget for stationens kommunikationssystem er en højforstærket reflekterende smalt rettet antenne med en diameter på 2,1 meter , som er fast fikseret på enhedens øvre plan. Antennen er lavet i henhold til Cassegrain-skemaet og giver en forstærkning på mindst 42 dB i intervallet af vinkler på 0,3 grader fra enhedens akse. Fra Plutos kredsløb giver denne antenne informationstransmission med en hastighed på 600 til 1200 bps. For at sikre pålidelig kommunikation, givet den lille strålebredde, skal hovedantennen pege mod Jorden med meget høj nøjagtighed. Bagsiden af hovedantennens modreflektor fungerer som reflektor for en medium-forstærket bredbåndsreflektorantenne med en diameter på 0,3 meter og kræver ikke så høj pegenøjagtighed. Middelforstærkningsantennen giver kommunikation med en afvigelse fra retningen til Jorden op til 4 grader . Ved hjælp af denne antenne kan enheden modtage kommandoer i en afstand på op til 50 a. e. . To omnidirektionelle antenner, som ikke kræver præcis orientering til Jorden, er placeret på hver sin side af rumfartøjet, en af dem er placeret oven på den rundstrålende antennemodtager, og den anden er inde i monteringsadapteren til løfteraketten. Omnidirektionelle antenner giver kommunikation op til en afstand på 1 a. e. og blev kun brugt i de tidlige faser af flyvningen. En funktion ved enheden er brugen af en højtydende radiosignaltransceiver, som har et 60 % lavere strømforbrug sammenlignet med lignende enheder, der blev brugt på tidligere AMS, og som også giver dig mulighed for at måle afstanden til stationen med større nøjagtighed. På New Horizons blev der for første gang brugt et regenerativt system til måling af afstanden til et rumfartøj, hvor målesignalet modtaget fra jordstationen, dæmpet og støjende undervejs, ikke kun videresendes af enheden tilbage til Jorden , men er tidligere "renset" for støj ved bearbejdning om bord på apparatet, hvilket kan reducere fejlen ved afstandsmålingen markant. Udstyr til REX-radioeksperimentet, designet til at undersøge atmosfæren i Pluto, er også integreret i enhedens kommunikationssystem. Elementer af kommunikationssystemet (undtagen antenner) er duplikeret, hvilket øger pålideligheden af dets drift [16] [28] [22] .
AMS "New Horizons" er udstyret med følgende videnskabelige instrumenter [29] :
LORRI
Ralph
BYTTE RUNDT
VBSDC
I betragtning af missionens betydning og unikke karakter er ni genstande af symbolsk og mindeværdig karakter placeret om bord på rumfartøjet. Disse er to amerikanske flag ; to erindringsmønter dedikeret til staterne Maryland og Florida ; 1990 US frimærke "Pluto: Not Yet Explored"; et lille fragment af det første bemandede private suborbitale rumfartøj, SpaceShipOne ; to cd'er , hvoraf den ene indeholder navnene på 434.738 personer, der deltog i NASA "Send dit navn til Pluto"-kampagnen, og den anden indeholder fotografier af enheden og dens udviklere; og en kapsel indeholdende noget af asken fra Plutos opdager Clyde Tombaugh, som døde i 1997 [30] [2] .
Opsendelsen af AMS "New Horizons" fandt sted den 19. januar 2006 kl. 19:00 UTC fra opsendelseskomplekset SLC-41 fra US Space Forces base ved Cape Canaveral ( Florida ). Til opsendelsen blev Atlas-5 løfteraket brugt i den mest nyttelast konfiguration 551 - med fem fastbrændstof boostere og en hovedbeklædning med en diameter på 5,4 m. De to første trin af raketten gav rumfartøjet en hastighed på 12,4 km / s i forhold til Jorden, hvilket bringer den til heliocentrisk kredsløb . Derefter tændte Star 48B fastdrivende øvre etape , som arbejdede i omkring 80 sekunder, bragte AMS geocentriske hastighed til 16.207 km/s og adskilte, hvilket sikrede, at New Horizons nåede den beregnede flyvevej. Opsendelsen af stationen blev udført med meget høj nøjagtighed: hastighedsafvigelsen fra den beregnede værdi var kun 18 m/s med tilladte 100 m/s, hvilket gjorde det muligt at spare brændstof fra stationens egne motorer under efterfølgende korrektioner af dens bane. De første to rettelser fandt sted den 28. og 30. januar 2006, de ændrede køretøjets hastighed med 18 m/s. Den tredje lille korrektion blev udført den 3. marts 2006 og ændrede køretøjets hastighed med 1 m/s. Den 7. april 2006 krydsede stationen kredsløbet om Mars [31] [32] [33]
New Horizons var det rumfartøj med den hurtigste opsendelseshastighed, men da det bevægede sig væk fra Solen, blev dets hastighed langsommere end Voyager 1 og Voyager 2 rumfartøjernes hastigheder. Grunden til dette er, at Voyagers udførte adskillige tyngdekraftsassistancemanøvrer, mens New Horizons kun udførte en [34] [35] .
De første par måneder af flyvningen havde missionskontrolteamet travlt med at teste køretøjets servicesystemer samt aktivere og kalibrere det videnskabelige udstyr. Beskyttelseshætten på Alice-spektrometeret blev fjernet først i februar 2006, og LORRI-kameraet blev aktiveret sidst den 26. august samme år. Kalibreringen af den videnskabelige instrumentering blev afsluttet i september 2006. Den 11.-13. juni 2006 blev der foretaget observationer med Ralph-kameraet af en lille asteroide 132524 APL for at kontrollere rigtigheden af stationens operationsalgoritmer . Minimumsafstanden mellem stationen og asteroiden var omkring 102 tusinde km , fra en sådan afstand lignede asteroiden en lille sløret plet på billederne [2] [36] .
Den 28. februar 2007 fløj New Horizons 2,3 millioner km fra Jupiter. Efter at have udført en gravitationsmanøvre i planetens gravitationsfelt øgede stationen sin hastighed med 3,89 km/s, hvilket reducerede flyvetiden til Pluto med tre år, og ændrede også kredsløbets hældning med 2,5 ° til ekliptikplanet , hvilket var nødvendigt for at opnå Pluto, hvis kredsløb har en betydelig hældning. New Horizons blev den ottende interplanetariske station til direkte at studere Jupiter-systemet. Videnskabelige observationer begyndte den 4. september 2006, da LORRI-kameraet tog de første billeder af Jupiter. Hovedcyklussen af observationer varede fra januar til juli 2007 og omfattede undersøgelsen af selve Jupiter, dens magnetosfære , ringe , fire galileiske satellitter (mere end 700 observationer i alt) [37] [38] .
New Horizons tilbragte det meste af sin otte-årige flyvning fra Jupiter til Pluto i dvaletilstand. I denne tilstand stabiliseres enheden ved rotation, videnskabelige instrumenter (undtagen VBSDC), vejlednings- og kontrolsystemet og backup-enheder af servicesystemer er slukket. Kontrolgruppen sender ikke kommandoer til apparatet, og selve stationen udfører kun regelmæssigt selvdiagnose og sender en gang om ugen et tonesignal til Jorden, hvilket indikerer normal drift. Med jævne mellemrum (to eller tre gange om året) "vækkede" kontrolteamet enheden for at kontrollere dens systemers normale drift, kalibrere videnskabelige instrumenter og downloade opdaterede versioner af softwaren. Brugen af dvaletilstanden gjorde det muligt at reducere sliddet på køretøjets elektronik, reducere omkostningerne ved dets styring og frigøre ressourcerne i NASAs dybe rumkommunikationssystem til arbejde med andre interplanetariske stationer. For første gang gik stationen i dvaletilstand den 27. juni 2007; i alt indtil december 2014 gik stationen i dvaletilstand 18 gange, i perioder fra 36 til 202 dage, og tilbragte i alt 1873 dage i denne tilstand, eller omkring to tredjedele af tiden [39] [40] [41] .
Den 8. juni 2008 krydsede stationen Saturns kredsløb, den 18. marts 2011 - Uranus kredsløb og 25. august 2014 - Neptuns kredsløb. For at teste udstyret foretog stationen med jævne mellemrum undersøgelser af rumobjekter (fra stor afstand), især i juli 2010 blev der udført observationer af Jupiter-systemet såvel som Neptun og dens satellit Triton . I juli 2012 blev SWAP- og PEPSSI-instrumenter tændt for at studere egenskaberne af fjerne områder i det ydre rum. Også den 30. juni 2010 og den 14. juli 2014 blev der foretaget mindre banekorrektioner [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] .
Den 6. december 2014 blev New Horizons vækket fra dvale. Fra 25. januar 2015 begyndte stationen at skyde Pluto-systemet, i første omgang med det formål at afklare rumfartøjets bane og forberede korrektioner (enheden udførte også testbilleder af Pluto tidligere, især i juli 2014). Den 10. marts 2015 udførte stationen en lille banekorrektion, og ændrede dens hastighed med 1 m/s, hvilket gav optimale forhold for Pluto-systemets forbiflyvning. Denne korrektion var rekord - rumfartøjet har aldrig foretaget en baneændring så langt fra Jorden (i en afstand af 4,77 milliarder km ), den tidligere rekord blev sat af Voyager 2 AMS i 1989 under forbiflyvningen af Neptun-systemet [ 50] [51] [52] .
Den 4. juli 2015 fejlede New Horizons' hovedcomputer, hvilket resulterede i tab af kontakt med Jorden. Automatisering overførte styringen af stationen til en backup-computer, som skiftede systemet til "beskyttet tilstand", genoprettede kommunikationen og transmitterede telemetridata. Det tog flere dage at løse fejlen på grund af en stor forsinkelse i transmissionen af kommandoer og data (4½ time én vej). Stationen blev returneret til normal drift den 7. juli med henvisning til en fejl i rækkefølgen af kommandoer i forbindelse med forberedelse til forbiflyvning af Pluto-systemet [53] [54] .
Pluto-systemets forbiflyvning fandt sted den 14. juli 2015 kl. 11:49 UTC, stationen passerede i en afstand af 12.472 kilometer fra Plutos overflade. Da radiosignalets rejsetid fra stationen til Jorden var mere end 4,5 timer, var direkte styring af New Horizons fra Jorden umulig, alle operationer og observationer blev udført automatisk i henhold til et forudbestemt program. Under forbiflyvningen, såvel som foran den og efter den, blev der foretaget talrige observationer af Pluto, Charon og små måner. I alt blev der foretaget mere end 400 observationer, mere end 50 gigabit videnskabelige data blev indsamlet; på grund af begrænset radiobåndbredde med New Horizons fortsatte datatransmissionen til Jorden indtil oktober 2016 [55] [56] .
Studiet af Pluto-systemet var New Horizons' hovedopgave; på samme tid, efter at have fuldført denne opgave, var det planlagt at studere en eller to asteroider af Kuiperbæltet, i tilfælde af at sådanne objekter ville være i nærheden af apparatets bane. Til dette formål var der ved design af stationen inkluderet en brændstofforsyning. På tidspunktet for opsendelsen blev der ikke fundet sådanne asteroider; de er blevet søgt siden 2011 med jordbaserede teleskoper. Under denne søgning blev 143 nye objekter fundet, men ingen af dem var inden for rækkevidde af New Horizons. I oktober 2014 blev Hubble -baneteleskopet forbundet med eftersøgningen , ved hjælp af hvilket det var muligt at finde tre potentielle mål: 2014 MU 69 , 2014 OS 393 og 2014 PN 70 . Brændstofforsyningen efter Plutos forbiflyvning muliggjorde en korrektion af retningen af stationens bevægelse inden for 1 grad , sandsynligheden for succesfuldt at nå disse mål blev estimeret til henholdsvis 100%, 7% og 97%. En lysere (og formodentlig større) 2014 PN 70 var et mere attraktivt mål , men det endelige valg den 28. august 2015 var 2014 MU 69 (efterfølgende nummereret 486958 og navngivet Arrokoth), da det kun krævede omkring 35% af det resterende brændstof for at nå det , hvilket gjorde det muligt at spare brændstof til andre mulige opgaver [57] [58] [59] .
For at nå målet gennemførte New Horizons seks små banekorrektioner - den 22., 25., 28. oktober og 4. november 2015, 9. december 2017 og 2. december 2018, idet de konsekvent opdaterede deres egne registreringer for de fjerneste ændringer i banen. af rumfartøjer [60] [ 61] [62] . Under flyvningen tog stationen gentagne gange billeder af forskellige Kuiper-bælteobjekter (fra stor afstand, uden at kunne se nogen overfladedetaljer). Så den 2. november 2015 og den 7.-8. april 2016 blev en undersøgelse af plutino (15810) 1994 JR 1 (navngivet (15810) Araun i januar 2017 ) udført fra en minimumsafstand på 111 millioner km , hvilket gjorde det muligt at afklare objektets form, dets rotationsperiode og kredsløbsparametre. Den 13.-14. juli 2016 blev objektet (50000) Quaoar opmålt , og den 5. december 2017 blev objekterne 2012 HZ 84 og 2012 HE 85 opmålt . I august 2018 opdagede stationen en stigning i ultraviolet stråling fra en retning modsat Solen. Denne effekt kan forklares ved eksistensen af en "brintvæg", der omgiver solsystemet - et område med komprimering af interstellart stof ved grænsen af solvindens udbredelse [63] [64] [65] [66] [67]
Udforskningsfasen af 2014 MU 69 Ultima Thule (på det tidspunkt havde asteroiden endnu ikke fået navnet Arrokoth, og stationsledelsen brugte et uofficielt navn) begyndte den 5. juni 2018, da New Horizons igen kom ud af dvaletilstand, hvilket de havde været med siden 23. december 2017. New Horizons fangede først asteroiden den 16. august 2018. Ultima Thule forbiflyvningen fandt sted den 1. januar 2019 i en minimumsafstand på 3538 km fra asteroiden og ved 43,4 AU. fra solen. Således blev Arrokoth det fjerneste rumobjekt i historien, og forbi hvilket et rumfartøj fløj forbi. Under forbiflyvningen blev der indsamlet omkring 50 Gbit videnskabelig information [68] [69] [70] .
Efter Arrokoth forbiflyvningen bruges New Horizons til at studere andre Kuiperbælteobjekter på stor afstand, til astrofysiske observationer og til at studere det ydre rums egenskaber. Især den 22.-23. april 2020 blev der inden for rammerne af Parallax Program-projektet, samtidig med flere jordbaserede teleskoper, foretaget observationer af stjernerne Proxima Centauri og Wolf 359 for at klarlægge afstanden til dem. Missionens videnskabshold leder efter nye potentielle objekter på nært hold, som stationen kan nå givet den tilgængelige brændstofforsyning, og opdaterer også softwaren til videnskabelige instrumenter for at udvide mulighederne for deres brug. Den 17. april 2021 trak stationen sig tilbage til en afstand på 50 astronomiske enheder fra Solen. Hvert år bevæger stationen sig væk fra Solen med tre astronomiske enheder, den maksimale varighed af dens drift er begrænset af et gradvist fald i RTG-effekten. Det forventes, at New Horizons vil forblive i drift indtil mindst 2035, på hvilket tidspunkt stationen vil bevæge sig væk fra Solen i en afstand på omkring 90 astronomiske enheder [71] [72] [73] [74] .
Forbiflyvningen af New Horizons ved Jupiter faldt på en periode med en pause i studiet af planeten af orbitere ( Galileo -missionen blev afsluttet i 2003, og Juno -stationen gik i kredsløb i 2016). Under forbiflyvningen blev der foretaget observationer af vulkansk aktivitet på satellitten på planeten Io (især serielle billeder af et udbrud af en udenjordisk vulkan blev opnået for første gang), andre satellitter og ringe blev fotograferet, og dynamikken af Jupiters atmosfære blev undersøgt . For første gang blev "halen" af Jupiters magnetosfære undersøgt over en afstand på 160 millioner km. I alt lavede stationens videnskabelige instrumenter under studiet af Jupiter mere end 700 separate observationer [75] .
De videnskabelige opgaver, der oprindeligt blev tildelt missionen, blev fuldført fuldt ud og oversteg i mange tilfælde de planlagte [74] . Som et resultat af forskningen blev dimensionerne af Pluto og Charon forfinet, og for første gang blev deres overflade fotograferet i høj opløsning, hvilket gjorde det muligt at se detaljerne i morfologien og kompilere tredimensionelle kort. Især store unge gletsjere lavet af nitrogen-is, bjergkæder op til 6 km høje, isvulkaner, furer, fordybninger, klitter lavet af metan-is blev opdaget på Pluto ; generelt viste Pluto sig at ligne Neptuns største satellit - Triton. Det er blevet fastslået, at Charon har en anden struktur og morfologiske træk end Pluto - hvis der er meget nitrogenis på overfladen af Pluto, så er Charon dækket af vandis, og har en rødlig polarhætte (kaldet Mordor ), bestående af af tunge kulbrinteforbindelser . Den mest bemærkelsesværdige detalje i Charons morfologi var et kompleks af kløfter og bjergkæder (op til 8 km høje), der adskiller den nordlige og sydlige halvkugle og strækker sig over mere end 1500 km; det antages, at årsagen til dens dannelse var frysningen af det subglaciale hav, der eksisterede på Charon, hvilket førte til en stigning i satellittens volumen og dens revnedannelse [76] [77] [78] [79] [80] .
Pluto
Charon
Plutos overflade: bjerge og sletter synlige
Solnedgang på Pluto: lag af atmosfærisk dis synlig
Sammensætningen og strukturen af Plutos atmosfære er blevet undersøgt, dens temperatur og atmosfæriske tryk er blevet bestemt. For første gang blev de nederste lag af atmosfæren undersøgt, og tilstedeværelsen af et tyndt troposfærisk overfladelag blev etableret. En vigtig opdagelse var tilstedeværelsen i Plutos atmosfære af en flerlags dis af komplekse organiske stoffer, der strækker sig til en højde på mindst 480 km. Udsivningshastigheden af nitrogen, som danner grundlaget for Plutos atmosfære, til det ydre rum viste sig at være væsentligt lavere end forventet (10.000 gange eller mere). En mulig årsag er den lavere end forventet temperatur i den øvre atmosfære, men dette har til gengæld ingen forklaring endnu [78] [80] .
Der er udført undersøgelser af de små satellitter Pluto- Nikta , Hydra , Styx og Kerberos . De bedste opløsningsbilleder, der giver dig mulighed for at se detaljerne på overfladen, blev opnået for Nikta i lavere opløsning - for Hydra tillader opløsningen af billederne af Styx og Kerberos ikke at fremhæve nogen overfladedetaljer. Satellitternes dimensioner blev specificeret, deres form blev bestemt, som viste sig at være aflang, og i tilfælde af Styx og Hydra, flad. Overfladen på små satellitter viste sig at være meget lys; med hensyn til albedo er de blandt de mest velreflekterende objekter i solsystemet. En overraskelse var den hurtige rotationsperiode for satellitterne omkring deres akse (for Hydra - 10 timer), såvel som ikke-vinkelretheden af aksen for deres rotation af orbitalplanet. En søgning efter andre, hidtil ukendte satellitter eller ringe viste deres fravær [78] [80] .
Nikta
Hydra
Kerberos
Styx
New Horizons har gennemført den første nærgående undersøgelse nogensinde af en trans-neptunsk Kuiper-bælte-asteroide (og et lille legeme uden for asteroidebæltet generelt). De bedste billeder af asteroiden Arrokoth blev taget fra en afstand på 6640 km med en maksimal opløsning på 33 m. Den nøjagtige form af asteroiden, som viste sig at være en kontakt binær, blev bestemt, dens dimensioner er 22 × 20 × 7 km for den større komponent og 14 × 14 × 10 km for den mindre, og rotationsperioden er 15,92 timer. Overraskelsen var den stærkt flade form af den større komponent af asteroiden. De opnåede data gjorde det muligt at studere detaljerne i asteroidens overflademorfologi, for at fastslå dens farve (rødbrun), albedo og overfladetemperatur. Spektralobservationer viste tilstedeværelsen af vandis og komplekse organiske forbindelser på overfladen. Satellitter og ringe er ikke blevet fundet omkring asteroiden [81] . Stationen gennemførte også undersøgelser af en række Kuiperbælteobjekter på stor afstand, hvilket udelukker muligheden for at få billeder med eventuelle overfladedetaljer, men gør det muligt at opnå hidtil ukendte oplysninger om en række af deres parametre. Især blev der opnået beviser for den dobbelte natur af asteroiderne 2014 OS 393 og 2011 JY 31 [82] .
Med hensyn til udforskning af rummet blev bekræftet af eksistensen af en "brintvæg" ved kanten af solsystemet [83] . New Horizons udførte også astrofysisk forskning, såsom parallaksemålinger for at bestemme afstanden til nærliggende stjerner, samt bestemmelse af himlens baggrundslysstyrke i det optiske område, hvis værdi viste sig at være mere end forventet [84] .
Plutos forbiflyvning af New Horizons tiltrak sig betydelig offentlig opmærksomhed og blev hovednyheder for mange medier. Især den 16. juli 2015 placerede The New York Times et billede af New Horizons på hele forsideopslaget. På dagen for forbiflyvningen blev der i alt registreret mere end 1 milliard visninger på NASAs hjemmesider og rumagenturets sider i sociale netværk, hvilket var et rekordstort tal i hele agenturets historie [85] . Den 1. januar 2019 udgav Brian May , britisk rockmusiker, Queen - guitarist og tidligere astrofysiker, musikvideoen til singlen "New Horizons (Ultima Thule Mix)" [86] .
I sociale netværk | |
---|---|
Foto, video og lyd | |
Ordbøger og encyklopædier | |
I bibliografiske kataloger |
Pluto | ||
---|---|---|
Geografi |
| |
satellitter | ||
Klassifikation |
| |
Undersøgelse |
| |
Åbning | ||
Andet | ||
Aflyste missioner er i kursiv , ikke-godkendte titler er markeret med * |
Udforskning af asteroider ved automatiske interplanetariske stationer | |
---|---|
Flyvende | |
Fra kredsløb | |
Landers | |
Udviklede sig | |
Udforskede asteroider | |
Aktive AMC'er er markeret med fed skrift |
Jupiter-udforskning med rumfartøjer | |
---|---|
Fra en flyvende bane | |
Fra kredsløb | |
Landingsonder | |
Fremtidige missioner | |
Aflyste missioner | |
se også |
Pluto | Rumudforskning af|
---|---|
Fra en flyvende bane | New Horizons [*1] |
Aflyste missioner | |
se også | Pluto udforskning
|
|
|
---|---|
| |
Køretøjer opsendt af en raket er adskilt af et komma ( , ), opsendelser er adskilt af et interpunct ( · ). Bemandede flyvninger er fremhævet med fed skrift. Mislykkede lanceringer er markeret med kursiv. |