Sonda New Horizons je určena k průzkumu soustavy Pluto-Charon z průletové dráhy a pak má pokračovat v letu dál do oblasti tzv. Kuiperova pásu. New Horizons (Nové obzory) je první misí programu New Frontiers. Sonda New Horizons odstartovala z Cape Canaveral raketou Atlas V-551 ve čtvrtek 19.01.2006 v 19:00 UT. Kolem Pluta sonda proletěla 14.07.2015. Nakonec ještě 1.1.2019 sonda proletěla kolem KBO objektu 2014 MU69 (Ultima Thule).

Popis sondy New Horizons

Kosmickou sondu navrhla a postavila Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHU-APL), Laurel, Md., USA.

Hmotnost kompletní sondy včetně náplně pracovních médií obnáší 478 kg. 77 kg tvoří palivo a 30 kg připadá na vědecké vybavení. V normálním režimu probíhá komunikace se Zemí prostřednictvím vysokoziskové antény o průměru 2.1 m. Kromě toho jsou k dispozici menší antény. Sonda je po většinu času stabilizována rotací (5 ot./min), pouze během setkání s cílovými objekty přechází na tříosou stabilizaci. Na palubě nejsou instalovány silové setrvačníky; orientace, řízení polohy a dráhové úpravy se dějí pomocí malých raketových motorků. Navigační systém pracuje na základě údajů palubních gyroskopů, sledovačů hvězd a slunečního čidla.

Základní konstrukce tělesa sondy má tvar nízkého hranolu s trojúhelníkovitou podstavou. Výška základního tělesa činí 0.7 m, nejširší strana podstavy má délku 2.7 m. Celková výška sondy s anténou a přístroji obnáší 2.2 m. Z jednoho vrcholu trojúhelníka vystupuje válcový termoelektrický generátor. Povelový systém a systém zpracování dat je založen na 12 MHz procesoru Mongoose V se zvýšenou odolností proti radiaci. Data jsou ukládána ve dvou (1 hlavní a 1 záložní) záznamnících SSM (Solid State Memory) o kapacitě po 8 GB.

Sonda je pokryta lehkými vícevrstvými izolačními fóliemi zlaté barvy, které zabraňují uniku tepla produkovaného palubní elektronikou. Předpokládá se, že teplota uvnitř tělesa se bude pohybovat po celou dobu letu v rozmezí 10 až 30°C.

Pohonný systém slouží pouze pro dráhové korekce a k řízení polohy sondy. Motorický impuls potřebný k dosažení Pluta je zcela zajištěn funkcí nosné rakety. Sonda New Horizons je vybavena 16 malými raketovými hydrazinovými motorky namontovaných kolem celého tělesa sondy po dvojicích na osmi místech. Čtyři motorky o tahu 4.4 N jsou určeny především pro dráhové korekce. 12 motorků o tahu 0.8 N slouží ke změnám orientace sondy a k ovládání rotace. Osm motorků z celkového počtu je vybráno jako hlavní sestava, druhých osm je záložních.

Spojovací systém pracuje v pásmu X a kromě přenosu dat v obou směrech slouží k přesnému radiometrickému sledování spojovými stanicemi DSN (Deep Space Network). Systém je tvořen dvěma nízkoziskovými anténami LGA (Low Gain Antenna) na opačných stranách sondy, používanými v blízkosti Země, jednou parabolickou anténou o průměru 0.3 m se středním ziskem a hlavní parabolickou vysokoziskovou anténou o průměru 2.1 m. Antény jsou pevně spojeny s tělesem sondy, proto v okamžicích komunikace musí být v příslušném směru zaměřena celá sonda. Šířka svazku vysokoziskové antény je přitom pouze 0.3°. Anténa se středním ziskem (šířka svazku 14°) slouží jako záloha pro případ, kdy nebude možno kosmický aparát přesně zaměřit. Rychlost přenosu dat závisí na vzdálenosti od Země, výkonu vysílače a pozemním technickém vybavení. V případě vysílání ze vzdálenosti Pluta přes vysokoziskovou anténou sondy New Horizons do sítě 70 m antén DSN činí rychlost přenosu asi 700 bit/s. Doba letu rádiového signálu z této vzdálenosti obnáší asi 4 h a odvysílání veškerých dat získaných během průletu zabere za těchto podmínek 9 měsíců. Celý telekomunikační systém, vyjma konstrukce antény, je redundantní.

Systém zásobování elektrickou energií je postaven na jednom radioizotopovém termoelektrickém generátoru RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator). Elektrická energie je vyráběna přirozeným radioaktivním rozpadem oxidu plutonia (PuO₂). Generátor poskytl U.S. Department of Energy a obsahuje 11 kg palivové náplně. Spotřeba proudu v systémech sondy je sledována palubním počítačem tak, aby momentální spotřeba nepřesáhla výkon RTG. Výkon generátoru se snižuje přibližně o 3.5 W/rok. New Horizons nemá akumulátory. Na začátku letu produkoval RTG přibližně 240 W (30 V stejnosměrných), v červenci 2015 (během příletu k Plutu) poklesl výkon na 200 W. Energetický systém je plně zálohovaný.

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení sondy New Horizons sestává ze sedmi experimentů - tří optických přístrojů, dvou plazmových experimentů, detektoru kosmického prachu a rádiového vybavení k sondáži atmosféry. Vědecká náplň je zaměřena na topografické studium, průzkum globální geologické stavby, složení povrchu a povrchové teploty, teploty a tlaku atmosféry a rychlosti úniku atmosférických částic do kosmického prostoru planety Pluto a jeho měsíců. Sonda má rovněž studovat planetární systém Jupitera, pokud bude sonda vypuštěna na dráhu procházející kolem planety. V případě prodloužení primární mise budou přístroje využity k průzkumu dalších objektů Kuiperova pásu.

Na palubě sondy se nacházejí následující vědecké experimenty:

• Vysokorozlišující kamera LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) slouží k pořízení detailních snímků povrchu a ke studiu geologických vlastností Pluta, Charonu a případných dalších těles;
  
• Kamerový systém Ralph je určen k dokumentaci topografických prvků a spektrálních charakteristik povrchů a atmosfér navštívených objektů ve středním rozlišení a sestává z:
  
  • multispektrální zobrazovací kamery ve viditelném pásmu MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera), která je tvořena:
    
    • třemi panchromatickými (černobílými) detektory;
      
    • čtyřmi barevnými detektory;
      
  • infračerveného mapujícího spektrometru LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array);
    
• Ultrafialový zobrazovací spektrometr ALICE;
  
• Detektor slunečního větru SWAP (Solar Wind at Pluto) pro měření interakcí slunečního větru s atmosférou Pluta a ztráty atmosférických částic únikem do kosmického prostoru;
  
• Spektrometr energetických částic PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) je určen ke studiu hustoty, složení a původu energetických částic a plazmatu atmosféry Pluta;
  
• Detektor prachových částic SDC (Student Dust Counter) sloužící k měření koncentrace prachových částic ve vnějších oblastech solárního systému;
  
• Rádiová aparatura REX (Radio Science Experiment) tvoří doplňkové zařízení ke komunikačnímu systému a je určena k zákrytovým experimentům.

Letový plán sondy New Horizons

Sonda New Horizons odstartovala z Cape Canaveral ve čtvrtek 19.01.2006 v 19:00 UT (po dvo dnech odkladů). Startovní okno trvalo od 11.01.2006 až do 14.02.2006. Každého dne byla přibližně dvouhodinová příležitost ke vzletu. Protože byla mise zahájena před 03.02.2006, bylo možno podniknout let kolem Jupitera a využít jeho gravitační asistence k dalšímu urychlení a tím i zkrácení doby letu. Poslední dva týdny startovního okna umožňovaly pouze přímý let k Plutu.

Jako nosič byla zvolena raketa Atlas V-551, s pěti urychlovacími stupni na tuhé pohonné látky (TPL) rozmístěnými kolem centrálního tělesa. Ve druhém stupni je použit vyzkoušený motor Centaur. Konečnou rychlost dodal sondě sériový urychlovací motor Star 48B na TPL. Po odpojení urychlovacího stupně se sonda pohybovala rychlostí 16 km/s, což byla zatím největší rychlost, která byla udělena umělému tělesu při startu ze Země. Za těchto podmínek překročil aparát dráhu Měsíce již za 9 hodin po startu a za 13 měsíců dosáhne Jupitera. Okolo Pluta by měla proletět 14. července 2015

Protože se podařilo odstartovat před 03.02.2006, bylo možno uskutečnit průlet kolem Jupitera, což ušetřilo zhruba pět let cesty oproti tzv. přímému letu. New Horizons minul jupiterův systém rychlostí 21 km/s na přelomu února a března 2007. Přírůstek rychlosti v radiálním směru od Slunce činil téměř 4 km/s. Průlet kolem Jupitera byl preferovanou variantou scénáře letu nejenom kvůli úspoře cestovního času, což znamenalo menší riziko neúspěchu mise vlivem opotřebování systémů, ale rovněž proto, že se naskytla možnost vyzkoušet vědecké přístroje a doplnit naše vědomosti o planetě. New Horizons minul Jupiter v třikrát menší vzdálenosti než Cassini v roce 2000 cestou k Saturnu. V nejbližším bodě se sonda přiblížila k Jupiteru na 2.27 mil. km, což bylo jen o něco více než je oběžná dráha měsíce Callisto. Během setkání New Horizons studoval meteorologii planety, polární záře, magnetosféru a zkoumal prachové částice vázané na vulkanicky aktivní měsíc Io a prováděl pozorování v ultrafialovém oboru. Kromě toho proběhlo fotografování a atmosférická studia dalších měsíců rozsáhlé soustavy obří planety.

Po 5 miliardách km letu se sonda přiblížila ke svému hlavnímu cíli (průlet kolem Pluta 14.07.2015). Aby byly splněny všechny úkoly mise, musel New Horizons minout Pluto v koridoru o průměru pouhých 300 km. Během přibližování k planetě kamery sondy prováděly detailní snímkování přibližujícího se cíle. Na základě nich bylo stanoveno, zda se plavidlo pohybuje správným směrem. Tento postup se nazývá optická navigace. Pomocí malých hydrazinových motorků měla sonda možnost provádět drobné dráhové korekce.

Vědecké přístroje zahájily průzkum soustavy Pluta šest měsíců před největším přiblížením. Tři měsíce před příletem, ve vzdálenosti asi 100 mil. km, byly již kamery sondy schopny pořídit první mapy neznámých světů. Pluto se otočí kolem osy za 6,4 dne. Poslední čtyři dny před příletem byly přibližující se Pluto a Charon snímkovány a spektroskopicky měřeny každého půl dne. Tato série snímků měla kromě topografických účelů za úkol zachytit případné krátkodobé změny vázané na slabou atmosféru planety.

Nejintenzivnější výzkum byl stanoven na období vymezené 12 hodinami před příletem a po průletu kolem Pluta. V tomto časovém rozmezí byly v činnosti všechny vědecké přístroje. Nejlepší snímky měly rozlišení umožňující zachytit povrchové detaily o rozměru 25 m. Krátce po největším přiblížení vstoupila sonda do stínu planety. Současně se schovala za kotouč Pluta i z hlediska pozemského pozorovatele. V okamžiku vstupu do zákrytu a na výstupu z něho přišel ke slovu rádiový experiment, na jehož základě se z deformace rádiového signálu dala získat další řada poznatků o atmosféře. New Horizons minul planetu nad jižní polokoulí. K setkání došlo v červenci 2015 a to byla jižní hemisféra osvětlená a severní ve stínu. Fázový úhel (úhel Slunce-Pluto-sonda) byl kolem 15°, což představovalo skvělé světelné podmínky pro dálkové pozorování. Maximální přiblížení se odehrálo ve vzdálenosti cca 12500 km od Pluta a 29000 km od Charonu. Sonda proletěla soustavou rychlostí 14 km/s.

Protože bylo schváleno prodloužení mise, byla využita ještě příležitost zkoumat jeden objekt z Kuiperova pásu (KBO). New Horizons 1.1.2019 proletěl kolem objektu 2014 MU69 (Ultima Thule) o průměru cca 40 km.

Let sondy bude pokračovat dále do vzdálenějších prostor Kuiperova pásu a pak do mezihvězdného prostoru. New Horizons totiž obdržel rychlost větší než činí úniková rychlost ze Sluneční soustavy. Podobně jako dřívější průzkumníci Pioneer a Voyager se již nikdy do našeho systému nevrátí.