新視野號是美國國家航空航天局（NASA）“新疆界計(jì)劃”已經(jīng)成功發(fā)射的一顆星際空間探測器。由艾倫·斯特恩（Alan Stern）團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜主導(dǎo)、并由約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室和美國西南研究所共同設(shè)計(jì)制造，新視野號探測器于2006年完成發(fā)射。其首要任務(wù)是在2015年完成冥王星系統(tǒng)的成功飛掠，其次則是在接下來的十年中對一個(gè)或多個(gè)柯伊伯帶天體實(shí)現(xiàn)飛掠和探測，該項(xiàng)任務(wù)目前已轉(zhuǎn)為對柯伊伯帶小行星486956天空（Arrokoth）的研究。新視野號是第五顆獲得太陽系逃逸速度的空間探測器。 ? ? ? ? ? ? ?

2006年1月19日，新視野號探測器在卡納維拉爾角空軍基地由阿特拉斯5型運(yùn)載火箭直接運(yùn)送進(jìn)入地球-太陽脫離軌道，其發(fā)射速度約為16.26千米/秒（10.1英里/秒；58500千米/小時(shí)；36400英里/小時(shí)），創(chuàng)下人造天體發(fā)射速度新記錄。在與小行星132524APL短暫相遇后，新視野號繼續(xù)向木星行進(jìn)，于2007年2月28日到達(dá)最近點(diǎn)，此時(shí)探測器距離木星約為230萬千米或140萬英里。木星飛躍一方面為新視野號提供了引力加速，另一方面也對探測器的科學(xué)性能進(jìn)行了一次全面的測試，與此同時(shí)也返回了木星的大氣、衛(wèi)星、磁層等諸多數(shù)據(jù)。

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完成木星飛躍后的大多數(shù)時(shí)間里，新視野號都處在休眠模式以保護(hù)星載系統(tǒng)，只在每年常規(guī)檢測時(shí)重新啟動(dòng)。直到2014年12月6日，新視野號被再次激活聯(lián)網(wǎng)并開始儀器檢驗(yàn)，準(zhǔn)備邂逅冥王星。2015年1月15日，探測器正式開始向冥王星逼近。

協(xié)調(diào)世界時(shí)2015年7月14日11時(shí)49分，新視野號從冥王星上空12500千米處飛過，成為第一顆成功探索這顆矮行星的探測器。2016年8月有報(bào)道稱新視野號的飛行速度已經(jīng)超過84000千米/小時(shí)（即52000英里/小時(shí)）。協(xié)調(diào)世界時(shí)2016年10月25日21時(shí)48分，新視野號傳回了最后一份飛躍冥王星的數(shù)據(jù)，自此結(jié)束了本次飛躍之旅。隨后，新視野號接受調(diào)遣任務(wù)飛向柯伊伯帶小行星486956天空（未正式命名前被稱作“極地”）開始新一輪的飛躍之旅。這次飛躍最終發(fā)生在2019年1月1日，這時(shí)的探測器距離太陽為43.4個(gè)天文單位。美國宇航局曾在2018年8月利用新視野號上的愛麗絲紫外光譜儀傳回的數(shù)據(jù)來證實(shí)太陽系外緣“氫氣墻”的存在。這面“墻”最初是由旅行者號飛船在1992年探測到的。 ? ? ? ? ? ? ?

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歷史

1992年8月，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家羅伯特·施特勒（Robert Staehle）致電冥王星發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博（Clyde Tombaugh），請求造訪這顆行星。湯博后來回憶起這通電話時(shí)說道，“我當(dāng)時(shí)告訴他我非常歡迎他們的造訪，盡管這將會(huì)是一次漫長而寒冷的旅行?！闭沁@通電話，才有了一系列的冥王星探索計(jì)劃，最終迎來了新視野號。

2000年12月，新疆界項(xiàng)目的競爭者之一、霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室太空部負(fù)責(zé)人斯塔馬蒂奧斯·“湯姆”·克里米吉斯（Stamatios "Tom" Krimigis）與艾倫·斯特恩（Alan Stern）一起組建了新視野號團(tuán)隊(duì)。斯特恩是項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，克里米吉斯稱之為“冥王星行動(dòng)的化身”。新視野的設(shè)計(jì)方案多是基于斯特恩此前的研究工作——冥王星350，其團(tuán)隊(duì)成員則包含了大多數(shù)“冥王星-柯伊伯快車”項(xiàng)目成員。最終，新視野號成為入選美國航天局計(jì)劃的五個(gè)候選方案之一。而在2001年6月，它更是闖進(jìn)了決賽開始接受為期三個(gè)月的概念研究。

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它的終極對手是由科羅拉多大學(xué)拉里·埃斯波西托（Larry W. Esposito）主導(dǎo)、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室洛克西勒·馬?。↙ockheed Martin）和加利福尼亞大學(xué)協(xié)作設(shè)計(jì)冥王星及外太陽系探測器方案。這是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)方案，但其關(guān)于冥王星任務(wù)的理念卻與新視野號有相似之處。相比之下，有著“冥王星-柯伊伯快車”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及斯坦福大學(xué)支持的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室更具有競爭優(yōu)勢；就在不久前由該實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的會(huì)和-舒梅克號探測器成功進(jìn)入了愛神星（433 Eros）軌道，高調(diào)宣布將在著陸小行星后開展科學(xué)和工程研究。

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新視野號初期概念圖。首個(gè)冥王星項(xiàng)目，由應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室和艾倫·斯特恩主導(dǎo)。（圖源：維基百科）

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2001年11月，新視野號正式入選“新疆界計(jì)劃”開始籌措項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。然而，由布什政府新任命的航天局新任執(zhí)行官辛·奧基福（Sean O'Keefe）卻對該項(xiàng)目持反對態(tài)度，并通過將其排除在03年航天局預(yù)算的方式取消了項(xiàng)目。時(shí)任航天局科學(xué)任務(wù)理事會(huì)副會(huì)長的艾德·維樂爾（Ed Weiler?）提出，假如新視野號計(jì)劃能夠出現(xiàn)在《行星科學(xué)十年調(diào)查》——由美國國家委員會(huì)匯編、反映科學(xué)界聲音的優(yōu)先級“愿望清單”上，斯特恩就有足夠理由去游說議員為新視野號籌措經(jīng)費(fèi)。

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在經(jīng)歷了激烈的拉票競選之后，2002年夏出版的《2003-2013科學(xué)十年調(diào)查研究》將新視野號項(xiàng)目列為科學(xué)界認(rèn)為最值得探索的中型項(xiàng)目之首；其優(yōu)先級高于月球項(xiàng)目甚至木星項(xiàng)目。維樂爾稱，這是一個(gè)讓政府無可辯駁的好結(jié)果。報(bào)告的出版保障了新視野號的經(jīng)費(fèi)來源，斯特恩團(tuán)隊(duì)終于可以開始構(gòu)造探測器實(shí)體，并計(jì)劃于2006年1月完成發(fā)射，在2015年完成冥王星登陸。愛麗絲·鮑曼（Alice Bowman?）被任命為項(xiàng)目小組負(fù)責(zé)人。

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發(fā)射

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新視野號發(fā)射現(xiàn)場。阿特拉斯5號運(yùn)載火箭在運(yùn)載臺(tái)上（圖左），從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射瞬間（圖右）

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2005年9月24日，新視野號宇宙飛船在C-17“宇宙霸王”Ⅲ型戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)送下到達(dá)肯尼迪航天中心，開始一系列的發(fā)射準(zhǔn)備。初始計(jì)劃是在2006年1月11日完成新視野號的發(fā)射，但先是因阿特拉斯運(yùn)載火箭煤油箱的孔探檢查推遲到了06年1月17日，后又因發(fā)射方向的低云層條件、大風(fēng)、以及無關(guān)火箭本身的技術(shù)困難等原因再次推遲了兩天。

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最終在協(xié)調(diào)世界時(shí)2006年2006年1月19日19時(shí)，新視野號探測器從佛羅里達(dá)卡納拉維爾角空軍基地41號運(yùn)載臺(tái)——航天飛船39號發(fā)射區(qū)正南方發(fā)射升空。協(xié)調(diào)世界時(shí)19時(shí)04分43秒，二階段半人馬座火箭（Centaur）點(diǎn)火，持續(xù)燃燒5分25秒；19時(shí)32分半人馬座火箭再次點(diǎn)火，燃燒時(shí)長9分47秒。19時(shí)42分37秒，三階段運(yùn)載火箭ATK Star-48B完成點(diǎn)火，持續(xù)1分28秒。幾次燃燒助推下，探測器以16.26千米/秒（即58536千米/小時(shí)或36373英里/小時(shí)）的速度順利進(jìn)入太陽逃逸軌道。僅僅用了9個(gè)小時(shí)，新視野號就脫離了月球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道。在發(fā)射期的選擇上，盡管備選的窗口有2006年2月和2007年2月兩個(gè)，但只有在06年的首個(gè)23天內(nèi)完成發(fā)射才能成功實(shí)現(xiàn)木星飛躍。非窗口期內(nèi)的發(fā)射將迫使新視野號沿著一個(gè)緩慢的軌道直接飛向冥王星，并推遲5-6年完成冥王星登陸。

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新視野號探測器由洛克希德馬丁公司（Lockheed Martin）的阿特拉斯V型551火箭（Atlas V 551）運(yùn)載發(fā)射，并載有第三級助推引擎以提升探測器的日心逃逸速度。這是阿特拉斯V型551火箭的首次發(fā)射任務(wù)，它擁有5級助推器，是所有V型火箭中第一枚配備了第三階段固體助推引擎的火箭。0級、1級和2級助推器都曾在過往飛行任務(wù)中出現(xiàn)過，而5級助推則是首次出現(xiàn)。AV-010號火箭離地升空時(shí)重量為573160千克（約合1263600磅）。2005年10月24日威爾瑪臺(tái)風(fēng)來襲時(shí)，它曾遭受輕微的損傷，其中一節(jié)固體助推器的門直面了臺(tái)風(fēng)的沖擊?？茖W(xué)家們沒有對它進(jìn)行檢修和重新測試，而是用一節(jié)同型號的助推器進(jìn)行了替換。

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此次發(fā)射同時(shí)向火箭發(fā)射指揮官丹尼爾·賽羅孔（Daniel Sarokon）表示致敬，空間計(jì)劃項(xiàng)目組稱他是太空旅行史上最有影響力的人物之一。

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冥王星趨近

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冥王星和冥衛(wèi)一卡戎，左由拉爾夫望遠(yuǎn)鏡（Ralph）攝于2015年4月9日，右由遠(yuǎn)程勘測成像儀（LORRI）攝于2015年6月29日。（圖源：維基百科）

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首次遠(yuǎn)距離觀測到冥王星是在2015年1月4日。在這一天，即使是遠(yuǎn)距觀測成像儀加上拉爾夫望遠(yuǎn)鏡所拍攝出的冥王星也不過只有幾個(gè)像素寬。研究員們利用拍攝到的冥王星及背景星空圖協(xié)助任務(wù)導(dǎo)航器做好發(fā)動(dòng)機(jī)的航向修正，從而對新視野號向冥王星逼近的行進(jìn)軌線實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的修正。2015年1月15日，美國國家宇航局簡要更新了新視野號臨近和離開冥王星的時(shí)間線。

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2015年2月12日，宇航局公布了冥王星的新圖片（由逼近中的新視野號探測器攝于25號到31號）。剛開始拍攝時(shí)，新視野號距離冥王星尚有2.03億千米（即1.26億英里）。照片展示了冥王星和其最大的衛(wèi)星，冥衛(wèi)一卡戎。但由于曝光時(shí)間過短，其他更小的更暗的衛(wèi)星沒有出現(xiàn)在照片上。

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2015年1月27日至2月8日期間，科學(xué)家們收集了一系列關(guān)于冥衛(wèi)二尼克斯和冥衛(wèi)三海德拉的照片，此時(shí)的探測器距離冥王星2.01億千米（1.25億英里）遠(yuǎn)。冥王星和卡戎因曝光過度在照片中間揉成了一團(tuán)。右側(cè)的圖片經(jīng)過了處理，去除了作為背景的星空。更小一些的兩個(gè)衛(wèi)星，冥衛(wèi)四可魯貝洛斯和冥衛(wèi)五斯提克斯直到4月25日才出現(xiàn)在照片上。5月11日開始對可能造成探測器損傷的環(huán)狀物或衛(wèi)星展開搜索，這些潛在的危險(xiǎn)可以通過改變航線加以避免。

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此外，團(tuán)隊(duì)還在2012年8月21日宣布，2015年1月新視野號逼近冥王星期間，他們將嘗試對7500萬公里（0.5個(gè)天文單位）外的柯伊伯帶小行星VNH004（現(xiàn)已正式命名為2011 KW48?）開展遠(yuǎn)程觀測。盡管因距離過于遙遠(yuǎn)無法獲取清晰的行星表面特征或進(jìn)行光譜分析，但卻不妨礙開展相位曲線或是衛(wèi)星搜索等地球上無法進(jìn)行的天文觀測。他們還計(jì)劃在15年6月開展第二顆小行星的觀測，第三顆則安排在飛躍完成后的9月。而在整個(gè)2018年，他們希望能夠展開一系列的行星觀測。來自2015年4月15日的照片顯示了疑似冥王星的極冠。

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軟件故障

2015年7月4日，新視野號發(fā)生軟件異常故障進(jìn)入安全模式，在此期間探測器不再執(zhí)行科學(xué)觀察，直到工程師將故障解決。7月5日，美國宇航局宣布故障是因控制飛躍的指令序列時(shí)序出錯(cuò)引起的，探測器將于7日恢復(fù)科學(xué)觀測任務(wù)。因本次故障導(dǎo)致的天文觀測中斷不會(huì)對主要觀測任務(wù)造成影響，對于其他觀測任務(wù)的影響也是極為微小的。

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探測器的時(shí)序錯(cuò)誤是在同時(shí)執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)——壓縮已獲取數(shù)據(jù)為后續(xù)更多數(shù)據(jù)騰出空間及對后續(xù)的指令時(shí)序進(jìn)行第二次備份——時(shí)因?yàn)橹饔?jì)算機(jī)的過載造成的。當(dāng)探測器檢測到過載，就按照程序設(shè)定從主計(jì)算機(jī)切換到備用計(jì)算機(jī)，進(jìn)入安全模式，并向地球發(fā)回緊急信號。7月4日下午，工程師接到求助信號，與探測器取得聯(lián)系獲取更多的故障信息并成功解決了問題。最終的解決方案是他們認(rèn)為該故障僅可能發(fā)生在探測器逼近的準(zhǔn)備階段，而因?yàn)樵诤罄m(xù)的過程中再無類似的程序設(shè)定，該故障不會(huì)再次發(fā)生。

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邂逅冥王星系統(tǒng)

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艾倫·斯特恩與團(tuán)隊(duì)?wèi)c祝新視野號成功飛躍冥王星（圖源：維基百科）

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協(xié)調(diào)世界時(shí)2015年7月14日11時(shí)49分，新視野號到達(dá)冥王星臨近點(diǎn)，此時(shí)探測器與冥王星表面距離12472千米（7750英里），中心距離13658千米（8487英里）。地球收到冥王星附近的遙測數(shù)據(jù)確認(rèn)新視野號成功完成飛躍是在22小時(shí)之后的協(xié)調(diào)世界時(shí)2015年7月15日0時(shí)52分37秒，考慮到探測器朝向冥王會(huì)引起無線電靜默，這一時(shí)間差在預(yù)計(jì)之中。執(zhí)行團(tuán)隊(duì)此前曾預(yù)測探測器在執(zhí)行冥王星飛躍的過程中將有萬分之一的幾率毀于空間碎片碰撞，而導(dǎo)致地球端無法接收到數(shù)據(jù)。地球接收到冥王星邂逅的首批細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)是在第二天，但因只有2千字節(jié)每秒的下行速度，完整的數(shù)據(jù)包下載足足花費(fèi)了15個(gè)月，而對這批數(shù)據(jù)做出分析則將花費(fèi)更多的時(shí)間。

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科研目標(biāo)

新視野號的科研目標(biāo)按優(yōu)先順序分成了三組?！笆滓苯M要求必須全部完成，“次要”組不做強(qiáng)求但希望能夠?qū)崿F(xiàn)，“第三順位”組則歸入心愿級別，可因前兩類沖突而跳過?？紤]到新視野號的質(zhì)量要求與行程規(guī)劃無法兼顧磁力計(jì)，而且冥王星太陽風(fēng)探測器（SWAP）和高能粒子譜儀（PEPSSI）可以直接對冥王星附近的磁場進(jìn)行探測，探測冥王星磁場的任務(wù)目標(biāo)就被擱置了。

• 首要目標(biāo)（必須完成）

• 描繪冥王星與冥衛(wèi)一卡戎的地質(zhì)與形態(tài)

• 確定冥王星與卡戎的地表化學(xué)成分

• 描述冥王星的中性（非電離態(tài)）大氣和逃逸速度

• 次級目標(biāo)（期待完成）

• 探究冥王星表層和大氣的時(shí)變性

• 識別立體圖像中的冥王星和卡戎選中區(qū)域

• 繪制高清晰度的冥王星和卡戎明暗界線

• 繪制冥王星和卡戎選中區(qū)域的高清晰度化學(xué)組成

• 明確冥王星的電離層（大氣上層）及其與太陽風(fēng)的相互影響

• 尋找大氣層中的無電荷化學(xué)種，諸如分子氫、碳?xì)浠衔?、氰化氫以及腈類?/p>

• 搜尋卡戎的大氣層

• 確定冥王星和卡戎的輻射球面反照率

• 測量冥王星和卡戎的表面溫度

• 測量任一外層衛(wèi)星的表層性質(zhì)：尼克斯、海德拉、可魯貝洛斯和斯提克斯

• 三級目標(biāo)（希望完成）

• 描述冥王星和卡戎的高能粒子輻射環(huán)境

• 優(yōu)化冥王星和卡戎的體積參數(shù)及軌道參數(shù)

• 尋找其他衛(wèi)星或環(huán)狀物

“新視野號的冥王星飛躍任務(wù)取得了圓滿成功，甚至實(shí)現(xiàn)了在很多情況下超越美國航天局和國家科學(xué)院制定的冥王星勘測任務(wù)?！?/p>

作者: wikipedia

FY: 王皮鞋

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