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ニューホライズンズは、 NASAのニューフロンティア計画の一環として打ち上げられた惑星間探査機です。 [ 5 ] 2006年に打ち上げられたこの探査機は、冥王星とその衛星をフライバイ調査し、接近時に高解像度の写真を撮影した最初の宇宙船となりました。 [ 6 ]
これは、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所（APL）とサウスウエスト研究所（SwRI）がアラン・スターン率いるチームで設計したものです。[ 7 ]ニュー・ホライズンズは、太陽系を離れるのに必要な脱出速度を達成した5番目の宇宙探査機です。
2006年1月19日、ニューホライズンズはケープカナベラル宇宙軍基地からアトラスVロケットで打ち上げられ、太陽に対して約16.26 km/s (10.10 mi/s; 58,500 km/h; 36,400 mph)の速度で地球と太陽からの脱出軌道に直接投入された。これは、地球から打ち上げられた人類が作った物体の中で、地球に対する平均速度としては最速だった。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]これは宇宙船で記録された最速速度ではなく、2026年現在、パーカー・ソーラー・プローブが最速速度である。小惑星132524 APLとの短い遭遇の後、ニューホライズンズは木星に向かい、2007年2月28日に230万キロメートル (140万マイル)の距離で最接近した。木星フライバイは、ニューホライズンズの速度を上げる重力アシストを提供した。また、このフライバイはニューホライズンズの科学的能力を総合的にテストする機会となり、木星の大気、衛星、磁気圏に関するデータを持ち帰ることができた。
木星後の航海の大部分は、搭載システムの保護のため、短い年次点検を除いて休止モードで行われた。 [ 12 ] 2014年12月6日、ニューホライズンズは冥王星接近のためにオンラインに復帰し、機器の点検が開始された。[ 13 ] 2015年1月15日、探査機は冥王星への接近段階を開始した。
2015年7月14日11時49分（UTC）に、ニューホライズンズは冥王星の表面から12,500 km（7,800マイル）上空を飛行しました。 [ 14 ] [ 15 ]当時、冥王星は太陽から34 AUの距離にあり、[ 16 ]準惑星を探査した最初の宇宙船となりました。[ 17 ] 2016年8月、ニューホライズンズは時速84,000 km（52,000 mph）以上の速度で移動したと報告されました。[ 18 ] 2016年10月25日21時48分（UTC）に、冥王星フライバイの最後の記録データがニューホライズンズから受信されました。[ 19 ]冥王星のフライバイを完了した後、[ 20 ]ニュー ホライズンズはカイパーベルト天体486958アロコス（当時はウルティマ・トゥーレという愛称で呼ばれていた）のフライバイに向けて軌道を変更した。 [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]これは2019年1月1日に行われた。[ 24 ] [ 25 ]その時、ニュー ホライズンズは太陽から43.4 AU （64億9000万km 、40億3000万マイル）の距離にあった。 [ 21 ] [ 22 ] 2018年8月、NASAはニュー ホライズンズのアリスによる結果を引用し、太陽系の外縁部に「水素の壁」が存在することを確認した。この「壁」は1992年に2機のボイジャー探査機によって初めて検出された。[ 26 ] [ 27 ]
ニューホライズンズはカイパーベルトを通過中で、2026年4月現在、地球から64.21 AU (96.1億km ; 59.7億mi ) 、太陽から64.45 AU (96.4億km ; 59.9億mi )の距離にある。 [ 28 ] NASAは、ニューホライズンズがカイパーベルトを抜けるまで運用を延長する計画を発表しており、これは2028年か2029年に起こると予想されている。[ 29 ]ホワイトハウスが提案した2026会計年度の予算ではニューホライズンズの資金が削減される予定だったが、米国議会でミッションの継続資金について激しい議論が交わされ[ 30 ]、最終的に244.4億ドルの予算が確保され、ミッションの継続が保証された。[ 31 ]
1992年8月、JPLの科学者ロバート・ステールは冥王星の発見者クライド・トンボーに電話をかけ、彼の惑星を訪れる許可を求めた。「私は彼に『どうぞお越しください』と言った」とトンボーは後に回想している。「ただし、長くて寒い旅をしなければならないだろうがね」[ 32 ]この電話は最終的にニュー・ホライズンズにつながる一連の冥王星探査計画の提案につながった。
応用物理研究所の宇宙部門の責任者であるスタマティオス「トム」クリミギスは、ニューフロンティア計画の競争に多数参加したうちの1人として、2000年12月にアラン・スターンと共にニューホライズンズチームを結成した。プロジェクトの主任研究員に任命されたスターンは、クリミギスによって「冥王星ミッションの化身」と評された。[ 33 ]ニューホライズンズは、プルート350以降のスターンの研究に大きく基づいており、プルートカイパーエクスプレスのチームのほとんどが参加した。[ 34 ]
ニューホライズンズの提案は、NASAに正式に提出された5つの提案のうちの1つでした。その後、2001年6月に3ヶ月間の概念研究の対象となる2つの最終候補の1つに選ばれました。もう1つの最終候補であるPOSSE（Pluto and Outer Solar System Explorer）は、主任研究員ラリー・W・エスポジートが率いるコロラド大学ボルダー校による、別の類似した冥王星探査ミッションのコンセプトで、JPL、ロッキード・マーティン、カリフォルニア大学が支援していました。[ 35 ]
しかし、APLはゴダード宇宙飛行センターとスタンフォード大学の冥王星カイパーエクスプレス開発者からの支援に加えて、有利な立場にあった[ 35 ] 。彼らは最近NASAのためにNEARシューメーカーを開発しており、それはその年の初めに433エロスの周回軌道への投入に成功し、後に科学的および工学的な注目を集めて小惑星に着陸することになる[ 36 ] 。
2001年11月、ニューホライズンズはニューフロンティア計画の一環として正式に資金提供対象に選ばれた。[ 37 ]しかし、ブッシュ政権によって任命された新NASA長官ショーン・オキーフはニューホライズンズを支持しておらず、2003年のNASA予算に含めなかったことで事実上中止した。NASA科学ミッション局の副局長エド・ワイラーは、ニューホライズンズが米国国家研究評議会が作成した、科学界の意見を反映した優先順位付けされた「希望リスト」である惑星科学10年調査に掲載されることを期待して、スターンにニューホライズンズの資金提供を働きかけるよう促した。[ 33 ]
ニューホライズンズへの支持を得るための激しいキャンペーンの後、2003年から2013年の惑星科学10年調査が2002年の夏に発表された。ニューホライズンズは、中規模カテゴリーで科学界から最も優先度の高いプロジェクトのリストのトップに挙げられ、月や木星へのミッションよりも上位だった。ワイラーは、これは「彼の」政権が争うつもりはない結果だと述べた。[ 33 ]報告書の発表後、ミッションの資金がようやく確保された。スターンのチームはついに宇宙船とその機器の建造を開始することができ、2006年1月に打ち上げ、2015年に冥王星に到着する予定だった。[ 33 ]アリス・ボウマンがミッション運用マネージャー（MOM）になった。[ 38 ]
ニューホライズンズは、NASAのニューフロンティアミッションカテゴリーの最初のミッションであり、ディスカバリーミッションよりも規模が大きく費用も高額ですが、フラッグシッププログラムのミッションよりは小規模です。宇宙船と機器の開発、打ち上げロケット、ミッション運用、データ分析、教育/広報活動を含むミッションの費用は、 15年間（2001～2016年）で約7億ドルです。[ 39 ]宇宙船は主にサウスウエスト研究所（SwRI）とジョンズホプキンス応用物理研究所によって製造されました。ミッションの主任研究員は、サウスウエスト研究所のアラン・スターン（元NASA副長官）です。
打ち上げロケットからの分離後、全体的な制御はメリーランド州ハワード郡の応用物理研究所にあるミッション運用センター（MOC）が引き継いだ。科学機器はコロラド州ボルダーのクライド・トンボー科学運用センター（T-SOC）で運用されている。[ 40 ]ナビゲーションはさまざまな契約施設で実施され、ナビゲーション位置データと関連する天体基準フレームは、NASA本部とJPLを通じて海軍天文台フラッグスタッフ局から提供される。
KinetXはニューホライズンズの航行チームのリーダーであり、探査機が太陽系外縁部に向かって加速するにつれて軌道調整を計画する責任を負っている。偶然にも、冥王星の衛星カロンの発見のための写真乾板が撮影されたのは、フラッグスタッフ海軍天文台だった。海軍天文台自体も、冥王星が発見されたローウェル天文台からそう遠くない場所にある。
ニュー・ホライズンズは当初、太陽系で唯一未探査の惑星への航海として計画されました 。探査機が打ち上げられた当時、冥王星はまだ惑星に分類されていましたが、後に国際天文学連合（IAU）によって準惑星に再分類されました。アラン・スターンを含むニュー・ホライズンズ・チームのメンバーの中には、IAUの定義に異議を唱え、今でも冥王星を第9惑星と表現する人もいます。[ 41 ]冥王星の衛星ニクスとヒドラも探査機と関連があります。その名前の頭文字（NとH）はニュー・ホライズンズの頭文字です。衛星の発見者たちは、この理由に加え、ニクスとヒドラが神話上の冥王星と関係があることから、これらの名前を選びました。[ 42 ]
科学機器に加えて、宇宙船には9つの文化遺物も搭載されている。[ 43 ]これらには、コンパクトディスクに保存された434,738人の名前のコレクション、[ 44 ] [ 45 ]別のCDに保存されたニューホライズンズ計画の職員の写真のコレクション、スケールド・コンポジット社のスペースシップワンの一部、[ 46 ]「未探査」USPS切手、[ 47 ] [ 48 ]およびアメリカ合衆国国旗の2つのコピーが含まれる。[ 49 ] [ 43 ]
クライド・トンボーの遺灰約30グラム（1オンス）が、1930年の冥王星発見を記念して宇宙船に搭載されている。[ 50 ] [ 51 ]人類の探査を記念するデザインのフロリダ州の25セント硬貨が、公式にはトリムウェイトとして含まれており、[ 52 ]探査機の建造者を称えるメリーランド州の25セント硬貨も含まれている。[ 43 ]科学パッケージの1つ（ダストカウンター）は、子供の頃に冥王星発見後に「冥王星」という名前を提案したベネチア・バーニーにちなんで名付けられている。
このミッションの目標は、冥王星系、カイパーベルトの形成、および初期太陽系の変容を理解することです。[ 53 ]探査機は、冥王星とその衛星の大気、表面、内部、および環境に関するデータを収集しました。また、カイパーベルト内の他の天体も調査します。[ 54 ]「比較のために言うと、ニューホライズンズはマリナーが火星で収集したデータの5,000倍ものデータを冥王星で収集しました。」[ 55 ]
このミッションが解明しようとしている疑問には、次のようなものがある。冥王星の大気は何でできていて、どのように振る舞うのか？表面はどのような様子なのか？大きな地質構造はあるのか？太陽風の粒子は冥王星の大気とどのように相互作用するのか？[ 56 ]
具体的には、このミッションの科学目標は次のとおりです。[ 57 ]
この宇宙船は、大きさや全体的な形状がグランドピアノに匹敵し、カクテルバーサイズの衛星アンテナに接着されたピアノに例えられています。[ 58 ]出発点として、チームはユリシーズ宇宙船[ 59 ]からヒントを得ました。ユリシーズ宇宙船もまた、放射性同位体熱電発電機（RTG）とアンテナをボックスインボックス構造で太陽系外縁部まで運んでいました。多くのサブシステムとコンポーネントは、APLのCONTOUR宇宙船の飛行実績があり、CONTOUR宇宙船自体もAPLのTIMED宇宙船の実績があります。
ニューホライズンズの本体は、厚さ約0.76m （2.5フィート）の三角形を形成している。（パイオニアは六角形の本体、ボイジャーは十角形の本体[ 60 ] 、ガリレオは八角柱の本体[ 61 ]、カッシーニ・ホイヘンスは十二角柱の本体[ 62 ]である。）7075アルミニウム合金製のチューブが、後方の打ち上げ機アダプターリングと前方の平らな面に取り付けられた2.1m （6フィート11インチ）の電波望遠鏡アンテナの間にある主要な構造柱を形成している。チタン製の燃料タンクはこのチューブ内にある。RTGは、灰色のピラミッドまたは踏み台に似た4面チタン製マウントで取り付けられている。
チタンは強度と断熱性を提供します。三角形の残りの部分は主に、アルミニウムハニカムコアに接着された薄いアルミニウム表面シート（1/64インチまたは0.40 mm未満）のサンドイッチパネルで構成されています。構造は厳密には必要以上に大きく、内部には空洞があります。この構造は遮蔽材として機能し、 RTGからの放射線によって引き起こされる電子機器のエラーを低減するように設計されています。また、回転する宇宙船に必要な質量分布により、より広い三角形が必要となります。
内部構造は放射熱伝達によって温度を均一にするために黒く塗装されています。宇宙船全体は熱を保持するために完全に覆われています。パイオニアやボイジャーとは異なり、電波望遠鏡も本体まで伸びるブランケットで覆われています。RTGからの熱は、宇宙船が太陽系外縁部にいる間、宇宙船を暖めます。太陽系内縁部にいる間は、宇宙船は過熱を防ぐ必要があるため、電子機器の動作は制限され、電力はラジエーターが取り付けられたシャントに振り向けられ、余分な熱を放射するためにルーバーが開かれます。宇宙船が冷たい太陽系外縁部を非活動的に巡航している間は、ルーバーは閉じられ、シャントレギュレーターは電力を電気ヒーターに振り向けます。
ニューホライズンズは、スピン安定（巡航）モードと3軸安定（科学）モードの両方を備えており、いずれもヒドラジン単推進剤で完全に制御されます。打ち上げ後のデルタVは290m /s（1,000km /h、650mph ）を超え、77kg （170lb）の内部タンクによって供給されます。加圧剤としてヘリウムが使用され、エラストマー製ダイヤフラムが排出を補助します。燃料を含む宇宙船の軌道上質量は、木星フライバイ軌道では470kg（1,040lb）を超えますが、冥王星への直接飛行オプションのバックアップの場合はわずか445kg（981lb）でした。重要なことに、バックアップオプションが採用されていた場合、後のカイパーベルト運用に使用できる燃料が少なくなっていたでしょう。
ニューホライズンズには16基のスラスタが搭載されています。4基の4.4 N (1.0 lbf )スラスタと12基の0.9 N (0.2 lbf)スラスタは、冗長構成の分岐に接続されています。大型スラスタは主に軌道修正に使用され、小型スラスタ（以前はカッシーニ探査機やボイジャー探査機で使用されていたもの）は主に姿勢制御とスピンアップ/スピンダウン操作に使用されます。2台のスターカメラは探査機の姿勢測定に使用されます。これらは探査機の前面に取り付けられ、スピン安定モードまたは3軸モードのときに姿勢情報を提供します。スターカメラの読み取り時間の間、探査機の姿勢は、冗長構成の小型慣性計測装置2基によって提供されます。各装置には、3つのソリッドステートジャイロスコープと3つの加速度計が含まれています。2つのAdcole太陽センサーが姿勢決定に使用されます。1つは太陽に対する角度を検出し、もう1つはスピン速度とクロックを測定します。
円筒形の放射性同位体熱電発電機（RTG）が、三角形の頂点の1つから三角形の平面内に突き出ている。RTGは打ち上げ時の電力は245.7Wで 、約 毎年3.5Wずつ減少し、 2015年に冥王星系に遭遇した時点では202Wでしたが、2030年代には送信機に電力を供給できないほどに減衰します。[ 7 ] RTGの出力は予測可能なので、搭載バッテリーはありません。負荷の過渡現象はコンデンサバンクと高速回路ブレーカーで処理されます。2019年1月現在、RTGの出力は約190 W . [ 63 ]
RTG モデル「GPHS-RTG 」は、元々はカッシーニミッションの予備品でした。RTG には、9.75 kg (21.5 lb)のプルトニウム 238酸化物ペレットが含まれています。[ 34 ]各ペレットはイリジウムで被覆され、グラファイト シェルで覆われています。これは、アイダホ国立研究所の一部である材料および燃料複合施設で米国エネルギー省によって開発されました。[ 64 ] 元の RTG 設計では 10.9 kg (24 lb)のプルトニウムが必要でしたが、米国エネルギー省でのセキュリティ活動を含む遅延によりプルトニウム生産が遅れたため、元の設計目標よりも出力の低いユニットが製造されました。[ 65 ]出力の低下に合わせてミッション パラメータと観測シーケンスを変更する必要がありましたが、それでもすべての機器を同時に動作させることはできません。エネルギー省は、セキュリティ上の懸念から、2002 年に宇宙用バッテリー プログラムをオハイオ州からアルゴンヌに移管しました。
RTGに含まれる放射性プルトニウムの量は、1997年に打ち上げられたカッシーニ・ホイヘンス探査機に搭載されていた量の約3分の1である。カッシーニの打ち上げは、事故が発生した場合にこれほど大量のプルトニウムが大気中に放出されるリスクがあるため、複数の組織から抗議を受けていた。米国エネルギー省は、大気中に放射性物質を放出する打ち上げ事故の確率を350分の1と推定し、RTGが搭載されていることから打ち上げを監視していた[ 66 ] 。搭載されたプルトニウムが完全に拡散するという最悪のシナリオでは、半径105 km (65 mi)の範囲に、北米のバックグラウンド放射線による年間平均線量の80%に相当する放射線が拡散すると推定された[ 67 ]。
宇宙船には、コマンドおよびデータ処理システムと誘導および制御プロセッサの 2 つのコンピュータシステムが搭載されています。冗長性のために、それぞれのシステムが複製されており、合計 4 つのコンピュータがあります。飛行用コンピュータに使用されているプロセッサは、 MIPS R3000 CPUの12 MHz耐放射線バージョンであるMongoose-Vです。障害やダウンタイムを防ぐために、ハードウェアとソフトウェアに複数の冗長クロックとタイミング ルーチンが実装されています。熱と質量を節約するために、宇宙船と機器の電子機器は IEM (統合電子モジュール) に一緒に格納されています。冗長 IEM は 2 つあります。機器や無線電子機器などの他の機能を含め、各 IEM には 9 つのボードが含まれています。[ 68 ]プローブのソフトウェアはNucleus RTOSオペレーティングシステム上で動作します。[ 69 ]
これまでに2回の「安全化」イベントが発生し、宇宙船はセーフモードに移行しました。
宇宙船との通信はXバンドで行われる。宇宙船の通信速度は木星では38 kbit/s、冥王星までの距離では約送信機1台あたり1 kbit/s が期待されていた。低速のデータレートに加えて、冥王星までの距離では片道約4.5時間の遅延もある。NASAディープスペースネットワーク（DSN）の70 m（230 ft）のパラボラアンテナは、宇宙船が木星を越えた後、コマンドを中継するために使用される。宇宙船は、デュアルモジュラー冗長送信機と受信機を使用し、右旋円偏波または左旋円偏波のいずれかを使用する。
ダウンリンク信号は、パラボラアンテナの下の本体に取り付けられた、冗長構成の12ワット進行波管増幅器（TWTA）2基によって増幅されます。受信機は低消費電力設計です。このシステムは、両方のTWTAに同時に電力を供給するように制御でき、ダウンリンク速度をほぼ2倍にする二重偏波ダウンリンク信号をDSNに送信できます。ミッション初期に行われたこの二重偏波合成技術を用いたDSNテストは成功し、この機能は運用可能と宣言されました（宇宙機の電力予算が両方のTWTAへの電力供給を許容する場合）。
高利得アンテナに加えて、2つのバックアップ低利得アンテナと中利得パラボラアンテナが備えられています。高利得パラボラアンテナはカセグレン式反射鏡レイアウト、複合構造で、直径2.1メートル（7フィート）で、 利得は42 dBi 、半値幅は約1度です。主焦点の中利得アンテナは、開口径0.3メートル（1フィート）、半値幅10°で、高利得アンテナの二次反射鏡の前方側に取り付けられています。前方の低利得アンテナは、中利得アンテナの給電部の上に重ねて設置されています。後方の低利得アンテナは、宇宙船後部の打ち上げアダプタ内に取り付けられています。このアンテナは、打ち上げ直後の地球近傍での初期ミッション段階と、宇宙船が高度制御を失った場合の緊急時のみに使用されました。
ニューホライズンズは、遭遇するたびに科学機器のデータをソリッドステートメモリバッファに記録し、その後、そのデータを地球に送信した。データストレージは、最大で2つの低電力ソリッドステートレコーダー（1つはプライマリ、もう1つはバックアップ）で行われる。それぞれ8ギガバイト 。冥王星とカイパーベルトからの距離が非常に遠いため、これらの遭遇時に保存できるバッファロードは1つだけです。これは、ニューホライズンズが冥王星付近を離れてから約16か月後にバッファロードを地球に送信する必要があるためです。[ 73 ]冥王星までの距離では、宇宙探査機から地球への無線信号が47億kmの宇宙空間を伝わるのに4時間25分かかりました 。[ 74 ]
データ収集から送信までの遅延の一因は、ニューホライズンズの計測機器がすべて機体に取り付けられていることにある。カメラがデータを記録するには探査機全体を回転させる必要があり、高利得アンテナの1度幅のビームは地球の方向を向いていなかった。ボイジャー計画の探査機など、以前の宇宙船には回転可能な計測プラットフォーム（「スキャンプラットフォーム」）があり、地球との無線通信を失うことなく、ほぼあらゆる角度から測定を行うことができた。 ニューホライズンズは、重量を軽減し、スケジュールを短縮し、設計寿命である15年間の信頼性を向上させるために、機械的に簡素化された。
ニューホライズンズには7つの機器が搭載されています。光学機器3つ、プラズマ機器2つ、ダストセンサー、電波科学受信機/放射計です。これらの機器は、冥王星とその衛星の地球規模の地質、表面組成、表面温度、大気圧、大気温度、および脱出率を調査するために使用されます。定格電力は21 ワットだが、すべての機器が同時に動作するわけではない。[ 75 ]さらに、ニューホライズンズには超安定発振器サブシステムがあり、宇宙船の寿命の終わりにパイオニア異常を研究およびテストするために使用される可能性がある。 [ 76 ]
長距離偵察撮像装置 (LORRI) は、可視波長で高解像度と高感度を実現するように設計された長焦点距離撮像装置です。この装置には、1024×1024 ピクセル、1 ピクセルあたり 12 ビットのモノクロCCD撮像装置が搭載されており、5 μrad (~1秒角)の解像度が得られます。[ 77 ] CCD は、宇宙船の太陽反対面にある受動放射器によって氷点下をはるかに下回る温度まで冷却されます。この温度差により、構造の他の部分から断熱および隔離する必要があります。208.3 mm (8.20インチ)の開口部を持つリッチー・クレチアンミラーと計測構造は、剛性を高め、重量を減らし、低温での反りを防ぐために炭化ケイ素で作られています。光学素子は複合ライトシールド内に収まり、熱隔離のためにチタンとグラスファイバーで取り付けられています。全体の質量は8.6 kg (19 lb)で、光学チューブアセンブリ (OTA) の重量は約5.6 kg (12 lb)です。[ 78 ]これは、当時飛行したシリコンカーバイド望遠鏡の中で最大級のものでした (現在はハーシェルに追い抜かれています)。 公開 Web サイトでは、1 ピクセルあたり 12 ビットの LORRI 画像は 8 ビットのJPEG画像に変換されます。[ 77 ]これらの公開画像には、生の LORRI 画像ファイルから得られる輝度情報の完全なダイナミック レンジは含まれていません。 [ 77 ]
冥王星周辺の太陽風 (SWAP) は、トロイダル静電アナライザーと減速電位アナライザー (RPA) で構成されており、ニュー ホライズンズのプラズマおよび高エネルギー粒子分光計スイート (PAM)を構成する 2 つの機器のうちの 1 つです。もう 1 つは PEPSSI です。SWAP は最大 6.5 keV の粒子を測定し、冥王星までの距離では太陽風が希薄であるため、この機器はこれまで飛行した同様の機器の中で最大の開口部を持つように設計されています。[ 80 ]
冥王星高エネルギー粒子分光計科学調査（PEPSSI）は、飛行時間型のイオンおよび電子センサーであり、ニューホライズンズのプラズマおよび高エネルギー粒子分光計スイート（PAM）を構成する2つの機器のうちの1つです。もう1つはSWAPです。最大6.5 keVの粒子を測定するSWAPとは異なり、PEPSSIは最大1 MeV まで測定します。 [ 80 ] PEPSSIセンサーは、冥王星周辺の荷電粒子の質量、エネルギー、分布を測定するように設計されており、陽子、電子、その他の重イオンを区別することもできます。[ 81 ]
アリスは紫外線イメージング分光計で、ニューホライズンズの冥王星探査リモートセンシング調査（PERSI）を構成する2つの写真撮影機器のうちの1つです。もう1つはラルフ望遠鏡です。アリスは 遠紫外線および極端紫外線（50～180 nm ）で、32の 視野にわたって観測します。その目的は、冥王星の大気の組成を決定することです。このアリス機器は、ESAのロゼッタ探査機に搭載されている別のアリスから派生したものです。[ 80 ]この機器の質量は4.4 kgで、4.4ワットの電力を消費します。その主な役割は、冥王星の大気中のさまざまな元素と同位体の相対濃度を決定することです。[ 82 ]
2018年8月、NASAはニューホライズンズ探査機のアリスによる観測結果に基づき、1992年に2機のボイジャー探査機によって初めて検出された太陽系の外縁部の「水素の壁」を確認した。[ 26 ] [ 27 ]
ラルフ望遠鏡は、口径75mm [ 83 ]で、ニューホライズンズの冥王星探査リモートセンシング調査（PERSI）を構成する2つの写真撮影機器のうちの1つであり、もう1つはアリス機器です。ラルフには2つの独立したチャンネルがあります。1つは、広帯域およびカラーチャンネルを備えた可視光CCDイメージャーであるMVIC（マルチスペクトル可視イメージングカメラ）、もう1つは、近赤外線イメージング分光計であるLEISA（リニアエタロンイメージングスペクトルアレイ）です。LEISAは、地球観測1号の同様の機器から派生したものです。ラルフは、テレビ番組「ザ・ハネムーナーズ」のアリスの夫にちなんで名付けられ、アリスをモデルに設計されました。[ 84 ]
2017年6月23日、NASAは、2017年1月に50歳で亡くなったボール・エアロスペース社のラルフ・プログラム・マネージャー、リサ・ハーダウェイを称え、LEISA機器を「リサ・ハーダウェイ赤外線マッピング分光計」に改名したと発表した。 [ 85 ]
コロラド大学ボルダー校の学生によって製作されたベネチア・バーニー学生ダストカウンター（VBSDC）は、定期的にダスト測定を行っています。[ 86 ] [ 87 ]これは、宇宙船の太陽反対面（ラム方向）に取り付けられた約460 mm × 300 mm（18インチ × 12インチ）の検出器パネルと、宇宙船内の電子機器ボックスで構成されています。検出器には、12枚の科学用パネルと2枚の参照用パネルの計14枚のポリフッ化ビニリデン（PVDF）パネルがあり、衝撃を受けると電圧が発生します。有効収集面積は0.125 m 2 （1.35平方フィート）です。天王星の軌道を超えてダストカウンターが稼働したことはありません。太陽系外縁部、特にカイパーベルトのダストモデルは推測の域を出ません。 VBSDCは常に稼働しており、ニューホライズンズ探査機に搭載されたPVDFパネルに衝突する惑星間および星間塵粒子（ナノグラムからピコグラムの範囲）の質量を測定しています。測定されたデータは、太陽系の塵スペクトルの理解に大きく貢献すると期待されています。その後、塵スペクトルを他の恒星の観測結果と比較することで、地球型惑星が宇宙のどこに存在するかについての新たな手がかりが得られます。この塵カウンターは、 11歳で初めて「冥王星」という名前を提案したベネチア・バーニーにちなんで名付けられました。VBSDCに関する13分の短編映画は、2006年に学生の功績に対してエミー賞を受賞しました。[ 88 ]
電波科学実験装置（REX）は、超安定水晶発振器（基本的には小型オーブン内の校正済み水晶）といくつかの追加電子機器を用いて、通信チャネルを利用した電波科学調査を実施しました。これらは1枚のカードに収まるほど小型です。冗長な通信サブシステムが2つあるため、REX回路基板は2枚あり、すべて同一です。
2005年9月24日、宇宙船は打ち上げ準備のためC-17グローブマスターIIIに搭載されてケネディ宇宙センターに到着した。 [ 89 ]ニューホライズンズの打ち上げは当初2006年1月11日に予定されていたが、アトラスVのケロシンタンクのボアスコープ検査を行うため、当初は2006年1月17日に延期された。その後、低高度の雲底状況、強風、ロケット自体とは無関係の技術的な問題により、打ち上げはさらに2日間延期された。[ 90 ] [ 91 ]
探査機は、2006年1月19日19時00分（UTC）に、フロリダ州ケープカナベラル空軍基地のスペースシャトル発射複合施設39の真南にある発射台41からついに打ち上げられた。 [ 92 ] [ 93 ]セントール第2段は19時04分43秒（UTC）に点火し、5分25秒間燃焼した。19時32分（UTC）に再点火し、9分47秒間燃焼した。ATKスター48B第3段は19時42分37秒（UTC）に点火し、1分28秒間燃焼した。[ 94 ]これらの燃焼を合わせると、探査機は1秒あたり16.26キロメートル（時速58,536 km、時速36,373マイル）の太陽脱出軌道に乗ることに成功した。[ 9 ]ニュー・ホライズンズは月周回軌道を通過するのにわずか9時間しかかかりませんでした。[ 95 ] 2006年2月と2007年2月に予備の打ち上げ機会がありましたが、木星フライバイが可能だったのは2006年の期間の最初の23日間だけでした。その期間外に打ち上げられた場合、探査機はより遅い軌道で冥王星に直接向かうことになり、接近が5～6年遅れることになります。[ 96 ]
探査機はロッキード・マーティン社のアトラスV 551ロケットで打ち上げられ、太陽中心（脱出）速度を上げるために第3段が追加されました。これは5基の固体ロケットブースターを使用するアトラスV 551構成での初の打ち上げであり、第3段を備えたアトラスVとしては初めてのものでした。これまでの飛行では固体ブースターは0基、2基、または3基使用されていましたが、5基使用されることはありませんでした。機体AV-010は打ち上げ時に573,160キログラム（1,263,600ポンド）の重量があり、 [ 94 ] 2005年10月24日にハリケーン・ウィルマがフロリダを襲った際に、わずかに損傷を受けていました。固体ロケットブースターの1基がドアに衝突しました。ブースターは元のものを検査して再認定するのではなく、同一のユニットと交換されました。[ 97 ]
この打ち上げは、宇宙計画関係者から宇宙旅行の歴史上最も影響力のある人物の一人と評された打ち上げ指揮官ダニエル・サロコンの追悼に捧げられた。 [ 98 ]
2006年1月28日と30日、ミッション管制官は探査機を最初の軌道修正マニューバ（TCM）に誘導した。このマニューバは2つの部分（TCM-1AとTCM-1B）に分かれていた。これら2つの修正による合計速度変化は約18メートル毎秒（65 km/h、40 mph）であった。TCM-1は、当初予定されていた3つの修正のうち2番目のTCM-2をキャンセルできるほど正確であった。[ 99 ] 2006年3月9日、管制官は予定されていた3つのコース修正のうち最後のTCM-3を実行した。エンジンは76秒間燃焼し、宇宙船の速度を約1.16 m/s（4.2 km/h、2.6 mph）調整した。[ 100 ] 2007年9月25日（木星フライバイから7か月後）まで、さらなる軌道修正は必要なく、エンジンが15分37秒間噴射され、宇宙船の速度が2.37 m/s（8.5 km/h、5.3 mph）変化した。[ 101 ]その後、約3年後の2010年6月30日に、ニューホライズンズが冥王星までの（移動時間で）中間地点に達した時点で、35.6秒間の別のTCMが行われた。[ 102 ]
2006年2月20日の週に、管制官は、アリス紫外線イメージング分光計、PEPSSIプラズマセンサー、LORRI長距離可視スペクトルカメラという3つの搭載科学機器の初期飛行試験を実施した。科学的な測定や画像は取得されなかったが、機器の電子機器、そしてアリスの場合は一部の電気機械システムが正しく機能していることが示された。[ 103 ]
2006年4月7日、探査機は火星の軌道を通過し、太陽から2億4300万キロメートルの距離で、秒速約21キロメートル（時速7万6000キロメートル、時速4万7000マイル）で太陽から遠ざかっていた。[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]
冥王星フライバイ後のカイパーベルト天体との遭遇に備えて燃料を節約する必要があったため、小惑星帯の天体との意図的な遭遇は計画されていませんでした。打ち上げ後、ニューホライズンズチームは探査機の軌道をスキャンし、偶然にも観測できるほど接近する小惑星があるかどうかを判断しました。2006年5月、ニューホライズンズが2006年6月13日に小惑星132524 APLに接近することが発見されました。最接近は協定世界時4時05分で、 距離は101,867 km (63,297 mi) (地球と月の平均距離の約4分の1 ) でした。小惑星はRalphによって撮影されました (太陽に近いためLORRIの使用は不可能でした)。これにより、チームはRalphの機能をテストし、小惑星の組成、光度曲線、位相曲線を観測する機会を得ました。小惑星の直径は2.5 km (1.6 mi)と推定された。 [ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]宇宙船は2006年6月10日から12日にかけて、急速に移動する小惑星を追跡することに成功した。
ニューホライズンズによる冥王星の最初の画像は、LORRIのテスト中に2006年9月21日から24日にかけて取得され、2006年11月28日に公開されました。[ 110 ]約42億km（26億マイル、28AU ）の距離から撮影されたこれらの画像は、冥王星や他のカイパーベルト天体への操縦に不可欠な、遠方の目標を追跡する探査機の能力を裏付けました。
ニューホライズンズは、2006年9月4日にLORRIを使用して、2億9100万キロメートル（1億8100万マイル）の距離から木星の最初の写真を撮影しました。[ 111 ] 2007年1月には、衛星カリストの赤外線画像と、木星自体のいくつかの白黒画像から、このシステムのより詳細な探査が始まりました。[ 112 ]ニューホライズンズは、 2007年2月28日05:43:40 UTCに木星から230万キロメートル（140万マイル）の距離まで最も接近した際に、木星の重力アシストを受けました。このフライバイにより、ニューホライズンズの速度は4 km/s (14,000 km/h、9,000 mph)増加し、探査機は太陽に対して23 km/s (83,000 km/h、51,000 mph)の速度に達し、冥王星への航海が3年短縮された。[ 113 ]
このフライバイは、1月から6月までの4か月にわたる集中的な観測キャンペーンの中心でした。木星は常に変化する科学的ターゲットであるため、 2003年9月のガリレオミッション終了以来、断続的に観測されてきました。ニューホライズンズの機器は、特にカメラの分野で最新技術を使用して構築されており、ガリレオのカメラ（ボイジャーのカメラの改良版であり、さらにマリナーのカメラの改良版）よりも大幅に改善されているため、木星に関する知識は向上しました。木星への接近は、冥王星への接近のための試運転とリハーサルとしても機能しました。木星は冥王星よりも地球にずっと近いため、通信リンクはメモリバッファの複数回のロードを送信できます。そのため、このミッションは、冥王星から送信すると予想されていたよりも多くのデータを木星系から受信しました。[ 114 ]
木星接近時の主な目標の 1 つは、木星の大気の状態を観測し、雲の構造と組成を分析することでした。極域での熱による落雷や、激しい嵐の活動を示す「波」が観測され、測定されました。地球の直径の最大 70% に及ぶ小赤斑が初めて近距離から撮影されました。[ 113 ]ニュー ホライズンズは、さまざまな角度と照明条件で記録を行い、木星のかすかな環系の詳細な画像を撮影し、環内での最近の衝突やその他の説明のつかない現象によって残された残骸を発見しました。環内の未発見の衛星の探索では成果は得られませんでした。ニュー ホライズンズは木星の磁気圏を通過する際に、貴重な粒子の測定値を収集しました。[ 113 ]衛星イオから放出された物質から形成されたと考えられるプラズマの「泡」が磁気尾で確認されました。[ 115 ]
木星の4つの最大の衛星は観測には不向きな位置にあり、重力アシスト操作に必要な経路のため、ニュー・ホライズンズはガリレオ衛星のいずれからも数百万キロメートル離れた場所を通過した。それでも、その機器は小さく暗い対象物を想定して設計されていたため、遠く離れた大きな衛星でも科学的に有用であった。重点が置かれたのは、木星の最も内側のガリレオ衛星イオで、その活発な火山は大量の物質を木星の磁気圏、さらにはその先へと噴出している。観測された11回の噴火のうち、3回は初めて観測された。トヴァシュタルの噴火は高度330 km (210マイル)に達した。この現象により、科学者たちは上昇する噴煙の構造と動き、そしてその後の地表への落下をかつてないほど詳細に観察することができた。さらに36の火山の赤外線信号が観測された。[ 113 ]カリストの表面はLEISAで分析され、照明や観測条件が表面の水氷の赤外線スペクトルの読み取りにどのように影響するかが明らかになった。[ 116 ]アマルテアなどの小衛星の軌道解が改良された。カメラは「逆光学航法」として機能し、それらの位置を決定した。
ウィキメディア・コモンズにある、ニューホライズンズ探査機による木星系の写真に関連するメディア
木星を通過した後、ニューホライズンズは冥王星への旅のほとんどを休眠モードで過ごしました。冗長なコンポーネントや誘導・制御システムは、寿命を延ばし、運用コストを削減し、ディープスペースネットワークを他のミッションのために解放するためにシャットダウンされました。[ 117 ]休眠モードの間、搭載コンピュータは探査機のシステムを監視し、地球に信号を送信しました。すべてが期待どおりに機能している場合は「緑」コード、ミッションコントロールの支援が必要な場合は「赤」コードが送信されました。[ 117 ]探査機は、機器の校正とシステムのチェックを行うために、年に約2か月間起動されました。最初の休止モードサイクルは2007年6月28日に開始され[ 117 ] 、 2回目のサイクルは2008年12月16日に開始され[ 118 ]、3回目のサイクルは2009年8月27日に開始され[ 119 ]、4回目のサイクルは10週間のテストの後、2014年8月29日に開始されました[ 120 ] 。
ニューホライズンズは2008年6月8日に土星の軌道を横切り[ 121 ]、2011年3月18日に天王星の軌道を横切りました[ 122 ]。天文学者が冥王星系にケルベロスとスティクスという2つの新しい衛星を発見したと発表した後、ミッション計画担当者は、探査機が衛星間の古代の衝突によって残された目に見えない破片や塵に遭遇する可能性を検討し始めました。18か月にわたるコンピュータシミュレーション、地球上の望遠鏡による観測、冥王星系の掩蔽に基づく研究により、探査機の予定コース上で破片や塵との壊滅的な衝突の可能性は0.3%未満であることが明らかになりました[ 123 ] [ 124 ] 。危険度が増した場合、ニューホライズンズはSHBOT（Safe Haven by Other Trajectories）と呼ばれる2つの可能な緊急時対応計画のいずれかを使用することができました。探査機は、より重要なシステムを保護するためにアンテナを飛来する粒子に向けて現在の軌道を進むこともできたし、あるいはアンテナの位置を変えて軌道修正を行い、冥王星の表面からわずか3,000 km (1,900マイル)の地点まで進むこともできた。その地点では、大気抵抗によって周囲の空間から可能性のあるデブリが除去されると予想されていた。 [ 124 ]
2012年7月に休眠モードに入っていたニューホライズンズは、 SWAP、PEPSSI、VBSDCを使用して科学データの収集を開始しました。当初はVBSDCのみを起動する予定でしたが、貴重な太陽圏データを収集するために他の機器の電源がオンになりました。他の2つの機器を起動する前に、地上テストを実施して、このミッション段階でのデータ収集の拡大が将来の利用可能なエネルギー、メモリ、燃料を制限しないこと、およびフライバイ中にすべてのシステムが機能していることを確認しました。[ 125 ]最初のデータセットは、休眠状態からの3週間の起動中に2013年1月に送信されました。コマンドおよびデータ処理ソフトウェアは、コンピュータのリセットの問題に対処するために更新されました。[ 126 ]
その他の可能性のあるターゲットは、海王星トロヤ群でした。探査機の冥王星への軌道は、海王星の後続ラグランジュ点（「L 5 」）の近くを通過しました。そこには、1:1 の共鳴で数百の天体が存在する可能性があります。2013 年後半、ニュー ホライズンズは、高傾斜 L5 海王星トロヤ群2011 HM 102 [ 127 ]から1.2 AU（1億8000万km、 1億1000万マイル）以内を通過しました。これは、ニュー ホライズンズが 2015 年に冥王星に遭遇した後、フライバイする追加の遠方天体を探すための調査であるニュー ホライズンズ KBO サーチタスクによって、その直前に発見されました。その距離では、2011 HM 102 はニュー ホライズンズのLORRI 機器で検出できるほど明るかったでしょう。しかし、ニューホライズンズチームは最終的に、冥王星接近の準備が優先されるため、2011 HM 102を観測対象としないことを決定した。 [ 128 ] 2014年8月25日、ニューホライズンズは海王星の軌道を横断した。これは、ボイジャー2号探査機が海王星を訪れてからちょうど25年後のことだった。[ 129 ]これは、冥王星フライバイ前の最後の主要惑星の軌道横断だった。当時、探査機は海王星から39億9000万km（24億8000万マイル、26.7AU ）離れており、太陽からは45億1000万km（28億マイル、30.1AU ）離れていた。
2013年7月1日から3日にかけてLORRIが撮影した画像は、探査機が冥王星とカロンを別々の天体として識別した最初の画像でした。[ 130 ] 2014年7月14日、ミッション管制官は、探査機が冥王星に到達できるように、打ち上げ以来6回目の軌道修正マニューバ（TCM）を実施しました。[ 131 ] 2014年7月19日から24日の間に、ニューホライズンズのLORRIは、冥王星の周りを公転するカロンの画像を12枚撮影し、約4億2900万kmから4億2200万km（2億6700万マイルから2億6200万マイル）の距離でほぼ1回転をカバーしました。[ 132 ] 2014 年 8 月、天文学者たちは、チリにある電波望遠鏡アレイであるアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計 ( ALMA )を使用して、冥王星の位置と太陽周回軌道を高精度で測定し、NASA のニュー ホライズンズ探査機が冥王星に正確に接近できるようにした。[ 133 ] 2014 年 12 月 6 日、ミッション管制官は、探査機に冥王星接近のための最終休眠状態から「目覚め」、通常の運用を開始するように信号を送信した。探査機が「目覚めた」という応答は、2014 年 12 月 7 日 02:30 UTC に地球に届いた。[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]
冥王星での遠距離探査は2015年1月4日に開始された。[ 137 ]この日、搭載されたLORRIイメージャーとラルフ望遠鏡によるターゲットの画像は幅がわずか数ピクセルだった。研究者たちは、ニューホライズンズの軌道を正確に修正して接近を狙うための軌道修正エンジン操作の設計をミッションナビゲーターに支援するために、冥王星の画像と背景の星野の画像を撮影し始めた。[ 138 ]
2015年2月12日、NASAは接近中の探査機から撮影された冥王星の新しい画像（1月25日から31日にかけて撮影）を公開した。[ 139 ] [ 140 ]ニューホライズンズは、冥王星とその最大の衛星カロンを写した写真を撮影し始めたとき、冥王星から2億300万キロメートル（1億2600万マイル）以上離れた場所にいた。露光時間が短すぎたため、冥王星のより小さく、はるかに暗い衛星は見えなかった。
調査員は、 20100万km（1億2500万マイル）の距離から2015年1月27日から2月8日にかけて撮影されたニクスとヒドラの衛星の一連の画像をまとめた。[ 141 ]冥王星とカロンは、中央に露出オーバーの単一の物体として写っている。右側の画像は、背景の星野を除去するために処理されている。さらに小さい他の2つの衛星、ケルベロスとスティクスは、4月25日に撮影された写真に写っていた。[ 142 ] 5月11日から、環やこれまで発見されていない衛星など、宇宙船に危険を及ぼす可能性のある未知の物体を探す危険探索が行われ、軌道変更によって回避できる可能性がある。[ 143 ]環や追加の衛星は発見されなかった。
また、2015年1月の接近段階に関して、2012年8月21日、チームは、ニューホライズンズから7500万km（0.50AU、4700万マイル）の距離にあるカイパーベルト天体（一時的にVNH0004と命名、現在は2011 KW 48と命名）の長距離観測をミッション時間を使って試みると発表した。[ 144 ]この天体は遠すぎて表面の特徴を解像したり分光観測を行ったりすることはできないが、地球からはできない観測、すなわち位相曲線や小さな衛星の探索を行うことができる。 2015年6月に2番目の天体を、フライバイ後に9月に3番目の天体を観測する予定で、チームは2018年までに12個の天体を観測したいと考えていた。[ 144 ] 2015年4月15日、冥王星の画像が撮影され、極冠の可能性が示された。[ 145 ]
2015年7月4日、ニューホライズンズはソフトウェアの異常に見舞われ、セーフモードに入り、エンジニアが問題を解決するまで科学観測が行えなくなった。[ 146 ] [ 147 ] 7月5日、NASAは、問題は探査機のフライバイ準備に使用されるコマンドシーケンスのタイミングの欠陥であると判明し、探査機は7月7日に予定されている科学運用を再開すると発表した。この異常により失われた科学観測は、ミッションの主要目標には影響がなく、その他の目標にも影響は最小限であると判断された。[ 148 ]
タイミングの不具合は、以前に取得したデータを圧縮してより多くのデータのためのスペースを確保することと、接近コマンドシーケンスの2番目のコピーを作成することという2つのタスクを同時に実行したことに起因し、これらが合わさって宇宙船の主コンピュータに過負荷をかけた。過負荷が検出された後、宇宙船は設計どおりに動作した。主コンピュータからバックアップコンピュータに切り替え、セーフモードに入り、地球に遭難信号を送信した。遭難信号は7月4日の午後に受信され、エンジニアは宇宙船に連絡して詳細情報を入手し、問題を解決する必要があると認識した。解決策は、この問題は接近の準備の一環として発生したものであり、遭遇の残りの期間に同様のタスクが計画されていないため、再び発生することはないと予想されたということだった。[ 148 ] [ 149 ]
ニューホライズンズ探査機が冥王星に最も接近したのは、 2015年7月14日11時49分（UTC）で、表面から12,472 km（7,750マイル）[ 150 ]、冥王星の中心から13,658 km（8,487マイル）の距離でした。探査機が冥王星系に向けられていたため、22時間の計画された無線沈黙の後、2015年7月15日00時52分37秒（ UTC）に、冥王星系付近から地球に、フライバイの成功と探査機の健全性を確認するテレメトリーデータが受信されました[ 151 ]。ミッション管理者は、フライバイ中にデブリが探査機または通信システムを破壊し、地球へのデータ送信を妨げる可能性が1万分の1であると推定しました。[ 152 ]遭遇に関する最初の詳細は翌日に入手されたが、2 kbps のデータダウンリンクによる完全なデータセットのダウンロードには 15 か月以上かかった。[ 19 ]
ミッションの科学目標は、3つの異なる優先順位に分類されました。「主要目標」は必須でした。「二次目標」は達成されることが期待されていましたが、必須ではありませんでした。「三次目標」は望ましいものでした。これらの目標は、上記の目標を優先して省略することができました。質量と、宇宙船に磁力計を搭載することに伴う費用のため、冥王星の磁場を測定するという目標は取り下げられました。代わりに、 SWAPとPEPSSIは冥王星周辺の磁場を間接的に検出することができました。[ 153 ]
「ニューホライズンズによる冥王星系へのフライバイは完全に成功し、NASAと米国科学アカデミーが設定した冥王星探査の目標を達成し、多くの場合それを上回った。」[ 154 ]
2015年7月14日、協定世界時11時50分、ニューホライズンズは冥王星に最接近し、秒速13.78km（時速49,600km、時速30,800マイル）で12,500km（7,800マイル）まで接近した。同時に、カロンにも28,800km（17,900マイル）まで接近した。探査機は3.2日前から、冥王星とカロンを40km（25マイル）の解像度でマッピングし、あらゆる面をカバーできるようにした。降雪や氷火山活動などの表面変化を監視するため、近距離撮影は1日2回実施された。フライバイ中、LORRIは最大50m（160フィート）の解像度で画像を撮影し、MVICは1.6km（1マイル）の解像度で4色グローバルマップを作成し、LEISAはグローバルで7km/px（4.3マイル/px）から特定の地域では0.6km/px（0.37マイル/px）までの解像度で近赤外線ハイパースペクトルマップを取得しました。
一方、アリスは、大気分子の放出（大気光）と、冥王星の後ろを通過する際の背景星の減光（掩蔽）の両方によって、大気の特徴を観測した。最接近中および接近後、SWAPとPEPSSIは高層大気とその太陽風への影響を観測した。VBSDCは塵を探索し、流星体の衝突率と目に見えない環を推定した。REXは能動的および受動的な電波科学観測を行った。地球上の通信アンテナは、探査機が冥王星の後ろを通過する際の電波掩蔽信号の消失と再出現を測定した。その結果、冥王星の直径（タイミングによる）と大気密度および組成（弱化と強化のパターンによる）が解明された。（アリスは、電波ビーコンの代わりに太陽光を使用して同様の掩蔽観測を行うことができる。）以前のミッションでは、宇宙船は大気を通して地球にデータを送信していた（「ダウンリンク」）。冥王星の質量と質量分布は、宇宙船にかかる重力によって評価された。宇宙船の加速と減速に伴い、無線信号にドップラーシフトが生じた。このドップラーシフトは、通信電子機器内の超安定発振器との比較によって測定された。
カロンからの反射光により、夜側の画像観測が可能になった。太陽からの逆光は、環や大気のもやを強調する機会を与えた。REXは夜側の放射測定を行った。
ニューホライズンズの小型衛星の最高の空間解像度は、ニクスで1ピクセルあたり330メートル（1,080フィート/ピクセル） 、ヒドラで780メートル/ピクセル（2,560フィート/ピクセル） 、ケルベロスとスティクスで約1.8キロメートル/ピクセル（1.1マイル/ピクセル）です。これらの天体の寸法の推定値は次のとおりです。ニクス：49.8 × 33.2 × 31.1 km（30.9 × 20.6 × 19.3マイル）、ヒドラ：50.9 × 36.1 × 30.9 km（31.6 × 22.4 × 19.2マイル）、ケルベロス：19 × 10 × 9 km（11.8 × 6.2 × 5.6マイル）。そしてスティクス川は16 × 9 × 8km （9.9 × 5.6 × 5.0マイル）である。[ 155 ]
当初の予測では、ケルベロスは比較的大きく質量のある天体で、暗い表面のため反射が弱いと考えられていた。しかし、 2015年7月14日にニューホライズンズが取得し、10月に地球に送り返された画像から、ケルベロスは直径19km （12マイル）と小さく、表面の反射率が高く、冥王星の他の小さな衛星と同様に比較的きれいな水の氷が存在することが示唆されたため、この予測は誤りであることが判明した。[ 156 ]
冥王星フライバイ直後の2015年7月、ニューホライズンズは探査機が健全であり、飛行経路が許容範囲内であり、冥王星-カロン系の科学データが記録されたと報告した。[ 157 ] [ 158 ]探査機の当面の任務は、 収集した6.25ギガバイトの情報を送り返すことであった。[ 19 ]自由空間における4.5光時間（30億kmまたは20AUまたは19億マイル）の距離での伝搬損失は、7GHzで約303dBである。高利得アンテナを使用し、フルパワーで送信すると、 EIRPからの信号は+83dBmとなり、この距離で地球に到達する信号は-220dBmとなる。前方利得72dBiの非アレイ型ディープスペースネットワークアンテナ1つを使用した受信信号レベル（RSL）は-148dBmである。[ 159 ] RSLが極めて低かったため、1秒あたり1～2キロビットのデータしか送信できなかった。[ 160 ]
2016年3月30日までに、フライバイから約9か月後、ニューホライズンズはこのデータの送信の半分を終えた。[ 161 ]転送は2016年10月25日21時48分 UTCに完了し、最後のデータ（ラルフ/LEISAイメージャーによる冥王星-カロン観測シーケンスの一部）がジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所に受信された。[ 19 ] [ 162 ]
2018年11月現在、ニューホライズンズは太陽から43AU （64億3000万km、40億マイル）の距離、 486958 Arrokothから0.4AU （6000万km、3700万マイル）の距離にあり、太陽に対して14.10 km/s （8.76 mi/s 、2.97 AU/a ）の速度でいて座の方向に向かっていました。[ 163 ]探査機から見た太陽の明るさは-18.5等級でした。[ 164 ]
2021年4月17日、ニューホライズンズは 完全に稼働状態を維持しながら、太陽から50AUの距離に到達した。 [ 165 ]
ニューホライズンズチームは、追加のカイパーベルト天体（KBO）を探査するために、2021年までのミッション延長を要請し、承認されました。資金は2016年7月1日に確保されました。[ 166 ]このカイパーベルト延長ミッション（KEM）中に、探査機は486958 Arrokothに接近飛行し、さらに24個の天体の遠距離観測を実施し、[ 167 ] [ 166 ] [ 168 ]また、別のKBOに接近飛行する可能性もあります。
ミッション計画担当者は、探査機が冥王星に接近した時と同様のフライバイを行う目標として、直径が50～100 km（30～60マイル）程度のカイパーベルト天体（KBO）を1つ以上探した。しかし、KBOは多数存在するにもかかわらず、多くの要因によって可能な目標の数が制限された。飛行経路は冥王星フライバイによって決定され、探査機にはヒドラジン推進剤が33 kg（73ポンド）しか残っていなかったため、訪問する天体は冥王星から1度未満の円錐の範囲内にある必要があった。また、目標は55 AU以内にある必要があった。55 AUを超えると通信リンクが弱くなりすぎ、RTGの出力が観測を妨げるほど著しく低下するためである。[ 169 ]望ましいKBOは直径が50km （30マイル）をはるかに超え、色はニュートラル（赤みがかった冥王星と対照的）で、可能であれば、揺れを与える衛星を持っている。
2011年、ミッション科学者たちは、地上望遠鏡を使用して適切なKBOを探すための専用調査であるニューホライズンズKBOサーチを開始しました。チリの6.5メートルマゼラン望遠鏡2基、ハワイの8.2メートルすばる天文台、カナダ・フランス・ハワイ望遠鏡[ 127 ] [ 170 ]などの広視野カメラを備えた大型地上望遠鏡が、潜在的なターゲットの探索に使用されました。アイスハンターと呼ばれる市民科学プロジェクトに参加することで、一般の人々は望遠鏡の画像をスキャンして、ミッションに適した候補を探すのに協力しました。[ 171 ] [ 172 ] [ 173 ] [ 174 ] [ 175 ]地上からの探索の結果、約143個の潜在的に興味深いKBOが発見されましたが[ 176 ] 、これらのどれもニューホライズンズの飛行経路に十分近いものではありませんでした。[ 170 ]ハッブル宇宙望遠鏡だけが、KBOミッションを成功させるのに適したターゲットを時間内に見つける可能性が高いとみなされた。[ 177 ] 2014年6月16日、ハッブルでの探索時間が割り当てられた。[ 178 ]ハッブルは地上望遠鏡よりもはるかに優れたKBO発見能力を持っている。ニューホライズンズのターゲットが見つかる確率は、事前に約95%と推定されていた。 [ 179 ]
2014年10月15日、ハッブル宇宙望遠鏡の探査により、ニューホライズンズチームによって一時的にPT1（「潜在的ターゲット1」）、PT2、PT3と命名された3つの潜在的なターゲットが発見されたことが明らかになった。 [ 180 ] [ 181 ] [ 182 ] [ 183 ] [ 184 ] PT1が最終的にターゲットとして選ばれ、 486958 Arrokothと名付けられることになった。
すべての天体の直径は30～55 km（19～34マイル）と推定され、地上望遠鏡では小さすぎて見えませんでした。これらの天体は太陽から43～44 AUの距離にあり、2018～2019年に遭遇することになります。[ 181 ]これらの天体がニューホライズンズの燃料予算内で到達可能であると最初に推定された確率は、それぞれ100%、7%、97%でした。[ 181 ]すべて「低温」（傾斜角が小さく、離心率が低い）の古典的なカイパーベルト天体であり、冥王星とは大きく異なっていました。
PT1（HSTのウェブサイトでは一時的に「1110113Y」と表記されている[ 185 ]）は、最も好都合な位置にある天体で、等級は26.8、直径は30～45km （19～28マイル）で、2019年1月に発見された[ 186 ]。PT1に到達するための軌道変更には、ニューホライズンズの軌道調整用燃料の約35%が必要だった。PT3へのミッションは、PT1よりも明るく、おそらく大きいことから、ある意味では好ましいものだったが、PT3に到達するために必要な燃料が多いため、操縦や予期せぬ事態に使える燃料が少なくなるだろう[ 181 ] 。
十分な軌道情報が得られた後、小惑星センターは3つのターゲットKBOに暫定的な名称を与えた。2014 MU 69 (PT1'、後に486958 Arrokoth)、2014 OS 393 (PT2)、および2014 PN 70 (PT3)である。2014年の秋までに、可能性のある4番目のターゲットである2014 MT 69は、追跡観測によって除外された。PT2は冥王星フライバイ前に候補から外れた。[ 187 ] [ 188 ]
2015年8月28日、486958 Arrokoth（当時は（486958）2014 MU 69として知られ、 Ultima Thuleという愛称で呼ばれていた）（PT1）がフライバイのターゲットとして選ばれた。必要なコース調整は、2015年10月22日から11月4日の間に4回のエンジン噴射で行われた。[ 189 ] [ 190 ]フライバイは2019年1月1日00:33 UTCに行われた。[ 191 ] [ 192 ]
ニューホライズンズの延長ミッションでは、486958 Arrokoth のフライバイに加えて、25 から 35 個の異なる KBO の観測と周囲のリングシステムの探索を行う予定です。[ 193 ]さらに、2021 年にミッションが延長されるまで、カイパーベルトのガス、塵、プラズマの組成の研究も継続します。[ 167 ] [ 168 ]
2015年11月2日、ニューホライズンズはLORRI装置を用いて2億8000万km（1億7000万マイル、1.9AU ）離れた場所からKBO 15810 Arawnを撮影した。[ 194 ]このKBOは2016年4月7日～8日に再びLORRI装置によって1億1100万km（6900万マイル、0.74AU ）の距離から撮影された。新しい画像により、科学チームは15810 Arawnの位置を1000km （620マイル）以内までさらに絞り込み、自転周期を5.47時間と決定することができた。[ 195 ] [ 196 ]
2016年7月、LORRIカメラは21億km（13億マイル、14天文単位）離れたクワオアーの遠景画像を撮影しました。この斜めからの視点は、地球からの観測を補完し、天体の光散乱特性を研究するのに役立ちます。[ 197 ]
2017年12月5日、ニューホライズンズが地球から40.9天文単位（AU）の距離にあったとき、ウィッシングウェル星団 の較正画像が宇宙船によって撮影された史上最も遠い画像となった（ボイジャー1号のペールブルードットが27年間保持していた記録を破った）。その2時間後、ニューホライズンズは自身の記録を更新し、カイパーベルト天体2012 HZ 84と2012 HE 85をそれぞれ0.50 AUと0.34 AUの距離から撮影した。これらは、 2018年2月時点で冥王星とアロコスを除けば、カイパーベルト天体の中で最も近い位置から撮影された画像だった。 [ 198 ] [ 199 ]
準惑星ハウメアは、ニューホライズンズ探査機によって2007年10月、2017年1月、2020年5月にそれぞれ49AU 、59AU 、 63AUの距離から遠方から観測されました。ニューホライズンズは、準惑星エリス（2020年）、ハウメア（2007年、2017年、2020年）、マケマケ（2007年、2017年）、クワオアー（2016年、2017年、2019年）のほか、大型KBOイクシオン（2016年）、マニ（2016年、2017年、2019年）、2014 OE 394（2017年、2018年）も観測しています。また、2019年には海王星最大の衛星トリトン（冥王星やエリスと類似点がある）も観測した。 [ 200 ]
ウィキメディア・コモンズにある、ニューホライズンズによるカイパーベルト天体の写真に関連するメディア2023年12月までに、ニューホライズンズは合計約100個のKBOを発見し、そのうち約20個に十分接近して、形状、自転周期、衛星の可能性、表面組成などの特徴を捉えた。さらに、2021年以降、カナダの研究者は機械学習ソフトウェアを使用して、3回目のフライバイの対象となる可能性のあるKBOの識別プロセスを高速化し、数週間かかっていた作業を数時間に短縮することができた。[ 200 ] [ 201 ]
フライバイの科学的目標には、アロコスの地質と形態の特徴付け[ 202 ] [ 203 ]、表面組成のマッピング（アンモニア、一酸化炭素、メタン、水氷の探索による）が含まれていました。周回衛星、コマ、環、および周辺環境の探索が行われます。[ 204 ]その他の目標には以下が含まれます。[ 205 ]
アロコスは、探査機の打ち上げ後に発見された、フライバイの目標とされた最初の天体である。[ 206 ]ニューホライズンズは、アロコスから3,500 km (2,200マイル)以内まで接近する予定で、これは探査機が以前に冥王星に接近した時よりも3倍近い距離である。1ピクセルあたり最大30 m (98フィート)の解像度の画像が期待されていた。[ 207 ]
新しいミッションは2015年10月22日に始まり、ニューホライズンズはアロコスに向かうように設計された4つの初期目標設定マニューバのうち最初のものを実行しました。このマニューバはUTC19:50頃に始まり 、宇宙船の小型ヒドラジン燃料スラスタ2基を使用し、約16分間続き、宇宙船の軌道を毎秒約10メートル（33フィート/秒）変更しました。残りの3つの目標設定マニューバは、2015年10月25日、10月28日、11月4日に行われました。[ 208 ] [ 209 ]
接近フェーズに備えるため、探査機は2018年6月5日午前0時33分（ UTC SCET ）（地球受信時間午前6時12分UTC ERT ）頃に休眠状態から復帰した。 [ a ] [ 211 ] [ 212 ]探査機は健全性を確認した後、 2018年8月13日にスピン安定モードから3軸安定モードに移行した。正式な接近フェーズは2018年8月16日に始まり、2018年12月24日まで続いた。[ 213 ]
ニューホライズンズは2018年8月16日に、1億7200万km（1億700万マイル）の距離からアロコスを初めて検出した。当時、アロコスはいて座の方向にある星が密集した背景の中で20等級で見えた。[ 214 ] [ 215 ]
コアフェーズは接近の1週間前から始まり、接近後2日間続いた。探査機は時速51,500 km (時速32,000マイル、秒速14.3 km)の速度で、 3,500 km (2,200マイル)以内まで接近した。[ 216 ]科学データの大部分は、インナーコアと呼ばれるフェーズで最接近から48時間以内に収集された。[ 213 ]最接近は2019年1月1日午前5時33分UTC [ 217 ] SCETに発生し、その時点で探査機は 太陽から43.4 AUの距離。[ 218 ]この距離では、地球とニューホライズンズ間の無線信号の片道伝送時間は6時間だった。[ 204 ]探査機がデジタルレコーダーへのデータ入力に成功したことが確認されたのは、10時間後の15:29 UTCにデータが地球に到着した時だった。[ 219 ]
遭遇後、優先的に処理されたデータが2019年1月1日と2日に地球に送信されました。1月9日、ニューホライズンズは残りのデータを地球に送信する準備のため、スピン安定モードに戻りました。[ 213 ]このダウンロードは、 1秒あたり1～2キロビットのデータレートで20か月かかると予想されていました。[ 220 ] 2022年7月の時点で、データの約10%がまだ受信されていませんでした。[ 221 ]
2020年4月、ニューホライズンズは地球上の望遠鏡と連携して、近傍の恒星プロキシマ・ケンタウリとウォルフ359 の画像を撮影しました。64億km（40億マイル）以上離れたそれぞれの視点からの画像を比較することで、「容易に観測可能な恒星視差 の最初の実証」が実現しました。[ 222 ]
ニューホライズンズが太陽から42～45AUの距離にあったときにLORRIカメラで撮影された画像は、 7つの高銀河緯度領域における宇宙光学背景放射（宇宙マイクロ波背景放射の可視光版）を測定するために使用されました。その距離では、ニューホライズンズは、太陽系内側の黄道光による拡散背景の空の明るさがないため、ハッブル宇宙望遠鏡が見た空よりも10倍暗い空を観測しました。これらの測定結果は、紫外線と可視光の波長で全ての銀河から放出される光の総量が、これまで考えられていたよりも少ない可能性があることを示唆しています。[ 223 ] [ 224 ]
宇宙船は2021年4月17日12時42分UTCに50AU （75億km、46億マイル）の距離に到達した。これはパイオニア10号、パイオニア11号、ボイジャー1号、ボイジャー2号によって過去に4回達成された偉業である。ボイジャー1号は太陽から最も遠い宇宙船であり、ニューホライズンズが2021年にこの偉業を達成した時点では152AU （227億km、141億マイル）以上離れていた。 [ 165 ]サポートチームは2021年も引き続き宇宙船を使用して太陽圏環境（プラズマ、塵、ガス）を研究し、他のカイパーベルト天体を研究した。[ 225 ]
2025年には、ニューホライズンズの観測に基づいて、天の川銀河におけるすべてのライマンアルファ放射の最初のマップが発表された。[ 226 ]
宇宙船がアロコスを通過した後も、搭載機器は2030年代まで稼働し続けるのに十分な電力を保有している。
チームリーダーのアラン・スターンは、2020年代にカイパーベルトの外縁部で3回目のフライバイの可能性があると述べた。[ 227 ] [ 228 ]これは、探査機の現在の軌道に十分近い適切なカイパーベルト天体が発見または確認されることに依存している。2020年5月以降、ニューホライズンズチームはすばる望遠鏡の時間を使って探査機の近傍で適切な候補を探している。2024年6月現在、適切なターゲットは見つかっていない。2023年9月にNASAが述べたように、2025会計年度からニューホライズンズは特定の太陽物理学データに焦点を当てる予定である。2028年にカイパーベルトを離れるまで、別のターゲットのフライバイに利用できる。[ 229 ]
ニューホライズンズは、カイパーベルトから遠く離れた場所から地球の写真を撮影する可能性もありますが、それは計画されているすべてのKBOフライバイと天王星および海王星の撮影を完了した後になります。[ 230 ] [ 231 ]これは、カメラを地球に向けると太陽光によってカメラが損傷する可能性があるためです。[ 232 ]ニューホライズンズのカメラにはアクティブシャッター機構がないため。 [ 233 ] [ 234 ]
ニューホライズンズは、地球を秒速16.26キロメートル（時速58,536 km、時速36,373マイル）で出発したため、 「これまで打ち上げられた宇宙船の中で最速」と呼ばれています[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。また、太陽からの脱出軌道に直接打ち上げられた最初の宇宙船でもあり、地球付近では秒速約16.5 km（時速59,000 km、時速37,000マイル）の速度が必要で[ b ]、さらに空気抵抗と重力抵抗をカバーするためのデルタvが追加され、これらはすべて打ち上げロケットによって提供されます。2024年5月2日現在、宇宙船は太陽から58.80 AU（87億9,600万km、54億6,600万マイル）の距離にあり、秒速13.68キロメートル（時速49,200 km、時速30,600マイル）で移動しています[ 235 ]。
しかし、太陽系を離れる最速の宇宙船ではない。2023年7月現在 この記録は、太陽に対して16.985 km/s (61,146 km/h; 37,994 mph)で移動しているボイジャー 1 号によって保持されています。 [ 164 ]ボイジャー 1 号は、木星と土星の重力アシストにより、ニュー ホライズンズよりも大きな双曲線超過速度を達成しました。ニュー ホライズンズが100 AU (150億km; 93億mi)の距離に達すると、約13 km/s (47,000 km/h; 29,000 mph)で移動し、その距離でのボイジャー 1 号よりも約4 km/s (14,000 km/h; 8,900 mph)遅くなります。[ 236 ]パーカー・ソーラー・プローブは、近日点における太陽に対する軌道速度が191 km/s (690,000 km/h、430,000 mph)であるため、最も速い物体としても測定できます。[ 237 ] [ c ]太陽軌道にとどまるため、太陽に対する比軌道エネルギーは、ニュー・ホライズンズや太陽系から脱出する他の人工物体よりも低くなっています。
ニューホライズンズのスター48B第3段も太陽系からの双曲線脱出軌道に乗っており、ニューホライズンズ探査機より先に木星に到達しました。2015年10月15日に冥王星の軌道を横切ると予想されていました。[ 239 ]制御された飛行ではなかったため、適切な重力アシストを受けられず、冥王星から2億km（1億2000万マイル）以内を通過しました。[ 239 ]セントール第2段は太陽脱出速度に達しておらず、太陽中心軌道にとどまっています。[ 240 ]
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