New Horizons

New Horizons
	Kunstniku kujutis kosmosesondist New Horizons.
Operaator	NASA
COSPAR ID	2006-001A
SATCAT	28928
Missiooni kestus	17 aastat 3 kuud 1 päeva (seisuga 23. aprill 2023)
Kosmoseaparaadi omadused
Stardimass	478 kg
Kuivmass	401 kg
Lasti mass	30,4 kg
Mõõtmed	2,2 × 2,1 × 2,7 m
Võimsus	228 W
Missiooni algus
Stardi aeg	19.00.00, 19. jaanuar 2006 (UTC)
Kanderakett	Atlas V
Stardikompleks	Cape Canaverali stardikompleks 41
Starditeenuse osutaja	International Launch Services
	New Frontiers Juno →

New Horizons on NASA planeetidevaheline automaatjaam, mis uurib Pluutot, selle kaaslasi ja Kuiperi vööd.

New Horizons startis 19. jaanuaril 2006 ja selle viis orbiidile kanderakett Atlas V. Kanderakett kiirendas automaatjaama kiiruseni 16,26 km/s (58 536 km/h) ja asetas selle otsekohe Päikesesüsteemist lahkumise trajektoorile. See on suurim kiirus, millega kosmoseaparaat on Maa orbiidilt lahkunud ja viies kosmoseaparaat, mis on saavutanud Päikesesüsteemist lahkumiseks vajaliku kiiruse. Pärast pooljuhuslikku kohtumist asteroidiga 132524 APL, asus New Horizons teele Jupiteri suunas millest möödus 28. veebruaril 2007 2,3 miljoni kilomeetri kauguselt. Möödalend Jupiterist andis linguefekti abil automaatjaamale kiirust juurde ja planeedist möödumisel katsetati New Horizonsi teadusseadmeid, millega koguti andmeid planeedi atmosfääri, kaaslaste ja magnetosfääri kohta.

Pärast Jupiterist möödumist lülitati enamik kosmoseaparaadi süsteeme välja, et need kosmosekeskkonnale paremini vastu peaksid ja lülitati uuesti sisse detsembris 2014, et teadlased saaksid süsteemide tööd enne Pluutost möödalendu kontrollida.

2015. aasta jaanuaris hakkas automaatjaam Pluutole lähenema ja 14. juulil 2015, kell 11:49 maailmaaja järgi möödus New Horizons Pluutost 12 500 km kauguselt. Kinnitus New Horizonsi edukast möödalennust saabus 15. juulil 2015, kell 3:53. Kuna automaatjaam asub Maast väga kaugel, kulus möödalennul kogutud andmete saatmiseks 16 kuud ja viimased andmed saabusid 25. oktoobril 2016. New Horizons seni ainus kosmoseaparaat, mis on Pluutot uurinud.

Pärast Pluutost möödumist liikus New Horizons Kuiperi vöös asuva taevakeha 486958 Arrokoth suunas ja möödus sellest 1. jaanuaril 2019 kell 7:33 Eesti aja järgi.

Ajalugu

Pikemalt artiklis Pluuto uurimise ajalugu

Detsembris 2000 moodustas Stamatios Krimigis koos Alan Sterniga New Horizonsi meeskonna ja osales NASA New Frontiersi programmi esimese missiooni valimisel. New Horizonsi meeskonna plaan saata Pluutole kosmoseaparaat pääses viie parema hulka ja lõppvooru, kus konkureeriti teise analoogse projekti, POSSE (Pluto and Outer Solar System Explorer) meeskonnaga.

2001. aastal valiti New Horizons ametlikult New Frontiers programmi esimeseks missiooniks. NASA peadirektor Sean O'Keefe ei toetanud missiooni ja eemaldas selle NASA 2003. aasta eelarvest, mis sisuliselt tühistas selle. NASA teadusmissioonide osakonna asedirektor Ed Weiler õhutas Sterni tegema lobitööd, et missioon pääseks Riikliku Teadusnõukogu keskmise suurusega kosmosemissioonide nimekirja. Nimekiri avaldati suvel 2002 ja New Horizons oli selles esikohal, edestades isegi Kuu ja Jupiteri uurimismissioone. NASA andis survele järgi ning taastas projekti rahastamise, et Sterni meeskond saaks asuda aparaati ehitama. Automaatjaam startis Pluuto suunas 2006. aastal ja jõudis selle juurde 2015. aasta juulis.

Missiooni lühikirjeldus

"New Horizons" on esimene New Frontiersi programmi raames toimuv missioon. Projekti eelarve on 700 miljonit dollarit ja see on jagatud 15 aasta peale (2001–2016). Seade ehitati peamiselt Southwest Research Institute'is ja John Hopkinsi rakendusliku füüsika laboratooriumis. Projekti juht on Alan Stern.

Pärast automaatjaama eraldumist kanderaketist võttis juhtimise üle USA-s Marylandi osariigis rakendusliku füüsika laboris asuv juhtimiskeskus. Teadusinstrumente juhitakse Colorado osariigist ja navigatsiooni eest vastutavad mitmed NASA alltöövõtjad.

Algsete plaanide kohaselt pidi New Horizons sooritama möödalennu Päikesesüsteemi ainsast uurimata planeedist ‒ sest kui New Horisons startis, oli Pluuto veel ametlikult planeet. Hiljem sai temast kääbusplaneet. Mitmed New Horizonsi meeskonnaliikmed, sealhulgas Alan Stern, pole sellega nõus ja nimetavad Pluutot endiselt 9. planeediks.

Lisaks teadusseadmetele on automaatjaama pardal mitmed kultuuriesemed. Nende hulgas on CD-plaat 434 738 nimega, tükike kosmoselaevast SpaceShipOne ja USA lipp. Lisaks on pardal umbes 30 g Pluuto avastanud Clyde Tombaugh tuhka, et mälestada tema planeedi avastust. Peale selle on üks instrument, tolmuloendur, nimetatud Venetia Burney järgi, kes pakkus lapsena uuele avastatud planeedile nimeks Pluuto, mis saigi planeedi nimeks.

Eesmärgid

Missiooni eesmärkideks on saada teadmisi Pluuto ja tema kuude, Kuiperi vöö ja Päikesesüsteemi ajaloo varajase staadiumi kohta. Kosmoseaparaat uuris Pluuto ja tema kuude atmosfääre, pealispindu ja keskkondi. Lisaks uurib ta Kuiperi vööd. New Horizons kogus Pluuto kohta umbes 5000 korda rohkem infot kui Mariner Marsil.

Mõned küsimused, millele missioon üritas vastust leida, olid järgmised:

Millest Pluuto atmosfäär koosneb ja kuidas see käitub?
Milline näeb välja Pluuto pind?
Kuidas käituvad päikesetuule osakesed kokkupuutel Pluuto atmosfääriga?

Täpsemad eesmärgid olid järgmised:

kaardistada Pluuto ja Charoni pinda
uurida nende geoloogiat
uurida Pluuto atmosfääri koostist
otsida Charoni atmosfääri
otsida Pluuto juures võimalikke uusi kaaslasi
kirjeldada Pluuto ja Charoni pinnal esinevaid temperatuure
viia läbi sarnased uurimised vähemalt ühe Kuiperi vöös oleva objektiga

New Horizonsi ehitus ja alamsüsteemid

Alamsüsteemid

New Horizons on suuruselt ja kujult võrreldav tiibklaveriga ja seda on võrreldud klaveriga, millele on külge pandud suur sideantenn. Projekteerimisel võeti eeskujuks kosmoseaparaat Ulysses, mis kasutas samuti radioisotoopgeneraatorit (RTG) ja mitmed New Horizonsi pardal olevaid seadmeid oli varem kasutatud kosmoseaparaadil CONTOUR.

New Horizonsi kere on kolmnurgakujuline ja on valmistatud alumiiniumist torudest ja plaatidest. Automaatjaama mõõtmed on suuremad kui vajalik ning see jätab New Horizonsi sisemusse tühja ruumi. Ehitamisel on arvestatud, et see peab kaitsma seadmeid radiatsiooni eest, et vähendada RTG-st pärineva kiirguse kahjulikku mõju seadmetele.

Elekter

Silindrilise kujuga RTG eendub New Horizonsi kolmnurgakujulise kere ühest tipust ja stardi ajal oli selle tootlikkus 245,7 vatti. Arvestuste kohaselt langeb RTG tootlikkus umbes 5% võrra aastas ning Pluutost möödalennu ajaks oli selle tootlikkus 200 W. NASA hinnangul peaks New Horizonsi töö lõpetama 2030. aastatel, mil RTG võimsus on langenud nii madalale, et sond ei suuda oma sideantenni käigus hoida.

Missioonil kasutatav radioisotoopgeneraator oli üle jäänud Cassini–Huygensi missioonilt ning see sisaldab 9,75 kg plutooniumi. Esialgu pidi plutooniumi olema 10,9 kg, kuid USA Energeetikaministeeriumis tekkinud viivitused ei võimaldanud nii suurt RTG-d kasutada. Automaatjaam tuli planeeritust väiksema RTG tõttu ümber ehitada, kuid ka pärast seda ei saa aparaat kasutada kõiki oma teadusseadmeid korraga.

New Horizonsi pardal on 2/3 võrra vähem tuumakütust, kui oli kosmoseaparaadil Cassini-Huygensi startides. USA Energeetikaministeerium hindas ebaõnnestunud stardi korral tekkida võiva radioaktiivse lekke tõenäosuseks 1:350 ja jälgis tavapäraselt starti.

Arvutid

New Horizonsi pardal on neli arvutisüsteemi, millest kaks on varusüsteemid. Arvutite protsessoriteks on kiirguse vastu tugevdatud 12 MHz taktsagedusega Mongoose-V. Arvutid kasutavad vigade vältimiseks mitut kella ja soojuse säilitamiseks on kõik seadmed paigutatud moodulitesse. Arvutite operatsioonisüsteemiks on Nucleus RTOS.

Telekommunikatsioon ja andmetöötlus

New Horizonsiga peetakse sidet NASA Süvakosmose sidevõrgu DSN kaudu, kasutades X-riba sagedusi. Andmeside kiirus Jupiteri juures oli 38 kbit/s ja Pluuto juurde jõudmise ajaks oli see umbes 1 kbit/s. Madala andmeside kiiruse tõttu saabusid kõik Pluutost möödumisel kogutud andmed umbes 16 kuuga. Automaatjaam oli sel ajal Maast rohkem kui 4,7 miljardi kilomeetri kaugusel ning seetõttu kulus raadiosignaalidel Maa ja New Horizonsi vahelise vahemaa läbimiseks 4 tundi ja 25 minutit. Andmete edastamine on aeglane osaliselt ka seetõttu, et andmete kogumiseks ja hiljem nende edastamiseks, tuleb kogu automaatjaama asendit muuta, sest kõik seadmed ja antennid on jäigalt kere külge kinnitatud. Sel põhjusel ei pea New Horizons Maaga pidevalt ühendust.

Lisaks suure võimendusega antennile, on automaatjaamal varusidesüsteemideks väikese- ja keskmise võimendusega antennid. Suure võimendusega antennil on Cassegraini reflektor ja selle diameeter on 2,1 meetrit. Keskmise võimendusega antenn on kinnitatud peaantenni tagavara reflektori taha. Suure ja keskmise võimendusega antennid asuvad kosmoseaparaadi ees ja madala võimendusega antenn on paigutatud aparaadi taha. Madala võimendusega antenni kasutati siis, kui New Horizons oli Maa lähedal ning edaspidi kasutatakse seda ainult siis kui automaatjaam on sattunud hädaolukorda.

New Horizons salvestab igal taevakehast möödumisel kogutud informatsiooni kõigepealt 8 GB mahutavusega pooljuhtkettale ning saadab info hiljem Maale. Pooljuhtkettaid on automaatjaamale paigaldatud kaks ning need töötavad madalal pingel.

Teadusseadmed

New Horizonsi pardal on seitse instrumenti: kolm optilist seadet, kaks plasma seadet, tolmuloendur ja radiomeeter. Need analüüsivad Pluuto ja ta kaaslaste geoloogiat, atmosfääri rõhku, pinna koostist ja atmosfääri. Süsteemi võimsus on 21 vatti ja kõiki seadmeid ei kasutata üheaegselt.

New Horizonsi teaduslikeks seadmeteks on

Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI). Kaugseire teleskoopkaamera, mis kogub geoloogilisi andmeid.
Solar Wind At Pluto (SWAP). SWAP mõõdab päikesetuult ja analüüsib, kuidas Pluuto Päikeselt saabuvatele osakestele reageerib.
Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI). Osakeste spektromeeter, mis uurib atmosfäärist eralduva plasma koostist.
Alice. Ultraviolettspektromeeter, mis analüüsib Pluuto atmosfääri keemilist koostist.
Ralph. Infrapunaspektromeeter, mis mõõdab temperatuuri ja määrab Pluuto pinna koostist.
Venetia Burney Student Dust Counter (VBSDC). Tolmuloendur, mis ehitati Colorado Boulderi ülikooli üliõpilaste poolt ja mõõdab pidevalt kosmilise tolmu jaotumist.

Kiirus

New Horizons liigub Päikese suhtes kiirusega 17,1 km/s ja Pluuto suhtes kiirusega 13,77 km/s. New Horizons ei jõua kunagi järgi automaatjaamadele Voyager 1 ja Voyager 2, sest Voyagerid kogusid kiirust mitme planeedi juures, aga New Horizons ainult Jupiteri juures. Kui New Horizons jõuab 100 AÜ kaugusele Päikesest, liigub automaatjaam kiirusega 13 km/s, olles 4 km/s võrra aeglasem kui Voyager 1.