“新視野”大揭秘

□ 鄭永春

“新視野”探測器的外形像一把短鍬，其中鍬把是它的核電站，鍬身是探測器本體，鍬身上頂著的大鍋則是它的天線。探測器本體為三角形，長2.1米，最寬處約2.7米，高0.7米，大小相當于一架鋼琴，發射時的質量為453千克。

“新視野”探測器的通信采用X頻段，包括一副直徑達2.1米的高增益碟型天線、一副中增益碟型天線和兩副低增益寬波束天線。“新視野”的天線比大多數深空探測器要大得多，這是由于距離遙遠，信號微弱，所以需要一個很大的天線來接收和發送數據和信號。

“新視野”有兩種姿態控制模式，在科學探測階段采用三軸穩定和自旋穩定模式；在巡航階段的休眠期和軌道修正機動時采用自旋穩定，額定轉速為每秒5次。

“新視野”的推進系統由16個單元肼推進器組成，其中4個推力為4.4牛的推進器主要用于修正飛行軌道，12個推力為0.8牛的推進器主要用于使探測器自旋加速或減速。“新視野”共攜帶77千克推進劑，用于在航行過程中修正軌道或改變航向。在飛赴冥王星的過程中，它利用木星引力進行輔助加速；在抵達冥王星的時候，它采用飛越方式探測，因此在靠近冥王星時無需減速使之進入環繞軌道。這兩個因素使得“新視野”攜帶的燃料比較少。

“新視野”為什么不環繞冥王星進行長時間觀測呢？主要原因有兩個，一是由于探測器的飛行速度必須非常快，這樣才能確保在9.5年內到達距離地球50億千米的冥王星。如果“新視野”要進入冥王星軌道，必須將速度降低90%，這就需要多1000倍的燃料消耗，而“新視野”攜帶的燃料不足以供減速和進入環冥王星軌道之用。二是“新視野”一旦進入環繞冥王星的軌道，就無法將來脫離冥王星引力去探測其他的柯伊伯帶天體。

為實現長壽命，“新視野”探測器上不僅幾乎所有的探測器系統都要有備用設備，以確保系統出現問題時及時啟用備份系統；還有一個重要的手段，就是讓探測器長期處于休眠狀態，為了避免由于長期不活動，腿腳變得不利索，也為了避免探測器一睡不醒，地面控制人員需要每隔一段時間叫醒它，讓它鍛煉鍛煉筋骨。

自2006年1月20日發射升空后，除了用4個月探測木星及其衛星，“新視野”上的絕大部分儀器處于休眠狀態，以節約能源，延緩設備老化，特別是降低地面維護和運營人員的開支。不過地球上的控制人員密切關注“新視野”的運行情況，每隔幾個月，探測器上的設備都會定期被喚醒以接受例行檢查，進行軌道校正和儀器校準，以保障航線正確和設備正常。此外，“新視野”還會每周發回一個信號，這個信號被稱作“綠色信號燈”，目的是讓地面控制人員知道它仍然活著。

2014年8月，地面對“新視野”進行了一次例行檢查，上傳指令要求它按計劃于12月7日蘇醒。

2014年12月7日，在行星際飛行了48億千米的“新視野”被成功喚醒，此刻距離地球46.6億千米、離抵達冥王星還有2.6億千米。

2015年1月15日，當“新視野”距離冥王星約100萬千米時，探測器上的各種設備開始工作，對冥王星和卡戎進行全方位的探測并傳回探測數據。以光速傳輸的探測數據傳到地球需要4小時25分鐘。當距冥王星16萬千米時，探測器上的相機開始繪制第一批地圖，并在隨后的3個月里不斷拍攝照片和測量光譜。如果那時冥王星的大氣是凍結的，“新視野”還能夠觀測到季節的變化。

2015年7月15日，“新視野”近距離飛越冥王星，與冥王星的最近距離為9600千米，與卡戎的最近距離為2.7萬千米，持續時間約為半小時。探測器用可見光和近紅外相機拍攝最高分辨率為60米、迄今為止最清晰的冥王星和卡戎照片。圖像質量遠遠超過“哈勃”空間望遠鏡拍攝的冥王星。“新視野”采集的數據量異常龐大，根本來不及向地球回傳。因此只能暫時存儲這些數據，并在隨后的1年多時間里陸續發送。

“新視野”對冥王星和卡戎的飛越觀測將持續6個多月，2015年7月之后逐漸遠離。在飛離冥王星和卡戎時，“新視野”還將調轉鏡頭回望，利用低太陽照射角造成表面地形明暗的優勢，證實冥王星和卡戎表面是否平坦，是否擁有類似彗星那樣的“尾巴”，是否擁有環帶，是否有未被發現的衛星。

在完成對冥王星及其衛星的飛越考察后，“新視野”將在2017至2020年探測柯伊伯帶的其它天體，其中至少2個直徑為40千米～90千米，這一階段可能持續5年至10年。如果一切順利，“新視野”的壽命將在15年以上。

對于從事太陽系探測的科技工作者而言，最幸運的科學家一輩子能從事兩個半的探測項目，從科學思想醞釀、探測計劃獲得批準到具體實施，能完整參與一項太陽系探測計劃已經非常不易。假設一位科學家從30歲入職到60歲退休，他只有30年的工作經歷。而冥王星探測計劃歷經5年醞釀，“新視野”探測器歷經6年研制、9年飛行、15年運營，時間跨度已經超過了很多科學家的整個科研生涯。科學家們這種前赴后繼的不懈探索，恰恰是推動人類文明進步的不竭動力。

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木星借力成就迄今最快的航天器

雖然歷經9年的行星際飛行，但考慮到冥王星距離地球數十億千米，“新視野”探測器已經當之無愧地成為太陽系飛行冠軍，是迄今為止飛得最快的航天器。那么，高速冠軍有何秘訣呢？

2006年發射以后，“新視野”探測器直接進入了地球和太陽的逃逸軌道，在最后完成加速關閉引擎時相對于地球的速度是每秒16.26千米，接近第3宇宙速度，成為人類有史以來以最快發射速度離開地球的高速飛行器。

由于超高速飛行，“新視野”在發射后9小時就飛過了月球。而“阿波羅”載人探測器飛往月球用了3天，嫦娥一號奔月飛行用了13天半，嫦娥二號奔月用了5天。

13個月后的2007年2月底，“新視野”抵達了木星，而探測木星的“伽利略”探測器飛抵木星用了6年4個月。木星的質量是太陽系其他七大行星總和的2.5倍還多，是地球質量的317.89倍，具有強大的引力場。“新視野”探測器離木星最近處約227萬千米，借助木星引力進行加速，使探測器飛行速度提升到每小時7萬～7.5萬千米，加速飛向遙遠的冥王星。

利用飛越木星的機會，“新視野”順便對木星和它的20多個衛星進行了為期4個多月的考察。主要探測了木星的大氣結構及風暴、木星及其衛星的環帶結構，通過帶電粒子流和極光遙感測量探測研究木星磁層。探測器還收集了木星主要衛星的大氣層、物質組成、表面結構等信息。