New Horizons

Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter New Horizons (Begriffsklärung) aufgeführt.

New Horizons
New Horizons in der Montagehalle
Missions­ziel	Plutosystem, Kuipergürtel, HeliosphäreVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Auftrag­geber	NASAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Auftraggeber
Träger­rakete	Atlas V 551Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Aufbau
Startmasse	478 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente Ultraviolett-Spektrometer LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) REX (Radio Experiment) SWAP (Solar Wind Analyzer around Pluto) PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) Venetia (Venetia Burney Student Dust Counter)
Verlauf der Mission
Startdatum	19. Januar 2006, 19:00:00 UTCVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe	Cape Canaveral LC-41Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
Enddatum	2016Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Enddatum
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Verlauf 19.01.2006 Start 13.06.2006 Beobachtung von Asteroid (132524) APL 28.01.2007 Jupiter-Swing-by 14.02.2015 Beginn Beobachtung von Pluto u. Charon 14.07.2015 Vorbeiflug an Pluto 25.10.2016 Abschluss der Datenübertragung, Beginn Sekundärmission 01.01.2019 Vorbeiflug an (486958) 2014 MU69 ca. 2035 Passieren des Termination Shock[1]
Logo der Mission
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Logo

Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/nssdc_id fehlt

New Horizons (englisch für Neue Horizonte) ist eine Raumsonde der NASA, die im Rahmen des New-Frontiers-Programmes am 19. Januar 2006 startete, um das Pluto-System und den Kuipergürtel zu erforschen. Am 14. Juli 2015 erreichte New Horizons als erste Raumsonde Pluto.^[2] Für den Jahreswechsel 2018/2019 ist ein Vorbeiflug an (486958) 2014 MU₆₉ geplant. Die Sonde erforscht zudem weitere Kuipergürtelobjekte aus größerer Entfernung sowie die Heliosphäre.^[3]

Am 12. April 2024 ist die Sonde ca. Fehler im Ausdruck: Unerwarteter Operator < AE von der Sonne und Fehler im Ausdruck: Unerwarteter Operator < AE von (486958) 2014 MU₆₉ entfernt.

Das Projekt wird vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland geleitet. Die Kosten, einschließlich der Entwicklung und des Baus der Raumsonde sowie ihrer Instrumente, der Trägerrakete und der Missionsdurchführung bis zum Jahr 2016 betrugen etwa 700 Millionen Dollar.

Start der New-Horizons-Mission am 19. Januar 2006

Missionsziele

Primärmission

1994 vom Hubble-Weltraumteleskop erstellte Karte der Oberfläche des Pluto

New Horizons war die erste Raumsonde zur Erforschung Plutos. Da der Planet sehr weit von der Sonne entfernt ist, können selbst die stärksten Teleskope kaum Details auf seiner Oberfläche ausmachen. So erreicht die Auflösung der besten mit dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnenen Aufnahmen nur 500 km pro Bildpunkt. Somit können Pluto und seine Monde nur durch Raumsonden näher studiert werden. Die NASA unterteilte die Missionsziele der Sonde in drei Prioritätskategorien; die später entdeckten Monde konnten bei der Formulierung der Missionsziele noch nicht berücksichtigt werden.

Erforderlich

• Beschreibung des globalen geologischen Aufbaus und der Geomorphologie von Pluto und Charon
• Kartierung der Zusammensetzung der Oberflächen von Pluto und Charon
• Beschreibung der neutralen (nicht ionisierten) Atmosphäre von Pluto und ihrer Fluchtrate

Wichtig

• Beschreibung der zeitabhängigen Veränderlichkeit der Oberfläche und der Atmosphäre von Pluto
• Stereo-Aufnahmen von Pluto und Charon
• Kartierung der Tag-Nacht-Grenzen (Terminator) von Pluto und Charon in hoher Auflösung
• Kartierung ausgewählter Oberflächengebiete von Pluto und Charon in hoher Auflösung
• Beschreibung der Ionosphäre Plutos und ihrer Wechselwirkung mit dem Sonnenwind
• Suche nach bestimmten chemischen Verbindungen wie Wasserstoff, Cyanwasserstoff, Kohlenwasserstoffen und Nitrilen in der oberen Atmosphäre Plutos
• Suche nach einer Atmosphäre bei Charon
• Bestimmung der bolometrischen Helligkeiten und daraus der geometrischen Albedos von Pluto und Charon
• Kartierung der Oberflächentemperaturen von Pluto und Charon

Wünschenswert

• Beschreibung der energiereichen Teilchen in der Nähe von Pluto und Charon
• Verfeinerung der Parameter (Radien, Massen, Dichten) und der Umlaufbahnen von Pluto und Charon
• Suche nach Magnetfeldern bei Pluto und Charon
• Suche nach Planetenringen und weiteren Monden^[4]

Die NASA definiert die Mission von New Horizons als erfolgreich, wenn alle als erforderlich eingestuften Ziele erreicht werden. Mit Hilfe ihrer sieben Instrumente übertraf die Sonde die Ziele aller Prioritätskategorien.

Zu den Missionszielen gehörte auch die weitere Erforschung des Jupiters, an dem die Sonde im Februar und März 2007 vorbeiflog. Wolkenbewegungen wurden beobachtet, es wurde die Magnetosphäre des Planeten untersucht und Ausschau nach Polarlichtern und Blitzen in Jupiters Atmosphäre gehalten. Über die vier großen Galileischen Monde konnten nur wenige wissenschaftliche Daten gewonnen werden, da die Sonde diese in einer relativ großen Entfernung passierte.

Zusätzlich zu den formulierten Missionszielen tragen die Instrumente mit Langzeitbeobachtungen zur Erforschung des Sonnenwinds und der Heliosphäre bei.

Kuiper Belt Extended Mission (KEM)

Die NASA genehmigte Anfang Juli 2016 die Finanzierung der Anschlussmission bis 2021 zur Untersuchung von (486958) 2014 MU₆₉ und weiterer Objekte im Kuipergürtel. Die Anschlussmission unter dem Namen Kuiper Belt Extended Mission (KEM) hat mehrere Ziele:

• Ein dichter Vorbeiflug an einem „alten“ Kuipergürtel-Objekt (KBO), in diesem Fall (486958) 2014 MU₆₉, am 1. Januar 2019. Der Vorbeiflug soll in nur 3000 km Abstand erfolgen.
• Die Aufnahmen im sichtbaren Licht und in anderen Spektralbereichen sollen entsprechend der größeren Nähe detaillierter als bei Pluto sein.
• Die Beobachtung eines Asteroiden mittlerer Größe von 20 bis 40 km soll neue Erkenntnis über die Akkretionsprozesse und damit die Entstehung der Planeten und des Sonnensystems liefern.
• Das Objekt ist vermutlich mehr als 4 Milliarden Jahre alt und befand sich seit der Entstehung in kalter Umgebung. Es wird erwartet, dass es das ursprünglichste Objekt ist, das bisher von einer Raummission untersucht wurde.
• New Horizons soll alle sieben Instrumente bei der Erforschung einsetzen.
• Suche nach möglichen Monden.
• Untersuchung der Oberflächenstrukturen.
• Suche nach einer Atmosphäre.
• Die Beobachtung soll noch eine Woche nach der größten Annäherung fortgesetzt werden.
• Die Datenübertragung wird ungefähr 20 Monate dauern, bis gegen Ende des Jahres 2020.

New Horizons soll so viel wie möglich als Beobachtungsplattform genutzt werden, um viele andere Objekte im Kuipergürtel und den umgebenden Weltraumbereich zu beobachten:

• 2016–2020: Beobachtung von etwa 20 weiteren KBOs aus weiterem Abstand, um deren Form, begleitende Objekte und Oberflächeneigenschaften zu bestimmen: Aufgaben, die kein erdbasiertes Teleskop leisten kann.
• 2016–2020: Sorgfältige Suche nach Ringen um eine große Anzahl verschiedener KBOs.
• 2016–2021: Erstellen eines heliosphärischen Querschnitts durch den Kuipergürtel mit nahezu permanenter Messung von Plasma, Staubpartikeln und neutralen Gasen bis zu einer Entfernung von 50 AE von der Sonne.
• 2020–2021: Mögliche astrophysikalische Untersuchung, je nach Wunsch der NASA.^[5]

Technik

Schematische Darstellung von New Horizons

Struktur der Raumsonde ohne RTG und Wärmeisolation

Die Raumsonde hat etwa die Größe eines Konzertflügels und die Form eines Dreiecks mit einem zylinderförmigen Radioisotopengenerator (RTG), der an einer Spitze des Dreiecks angebracht ist. Außerdem verfügt sie über eine 2,1-m-Parabolantenne zur Kommunikation mit der Erde, die an einer Seitenfläche des Dreiecks befestigt ist. Der Sondenkörper ohne RTG und Antenne ist 0,7 m hoch, 2,1 m lang und 2,7 m breit. Die Gesamthöhe vom Nutzlastadapter bis zum oberen Ende der Antenne beträgt 2,2 m. Die Gesamtmasse inklusive 77 kg Treibstoff und 30 kg wissenschaftlicher Nutzlast beträgt 478 kg. Bei einem Flug ohne einen Swing-by am Jupiter hätte die Startmasse der Sonde bei etwa 20 kg weniger gelegen. Die Differenz hätte jedoch nur die Menge des mitgeführten Treibstoffs betroffen und ergibt sich aus der Tatsache, dass die Trägerrakete bei einem direkten Start zum Pluto höhere Endgeschwindigkeit erreichen muss und so weniger Nutzlast befördern kann. Die ursprünglichen Planungen sahen eine Startmasse der vollbetankten Sonde von 465 kg vor; nach der Verifizierung der Leistung der neuen Atlas-V-Trägerrakete durch vorangegangene Starts konnte die Startmasse etwas vergrößert werden.

Die tragende Struktur der Sonde besteht aus einem zentralen Aluminium-Zylinder, der den aus Titan gefertigten Treibstofftank beherbergt und als Nutzlastadapter zwischen Sonde und Trägerrakete sowie als Schnittstelle zwischen Sonde und RTG dient. Der RTG ist mit Hilfe eines vierseitigen Titansockels an der Raumsonde befestigt. Um die Masse der Sonde gering zu halten, sind die Paneele des Sondenkörpers aus Aluminium in Sandwichbauweise mit sehr dünnen Frontalplatten gefertigt (so dick wie zwei Lagen Papier). Elektronik und Instrumente sind um den Zylinder herum gruppiert, wobei die Anordnung der Systeme auf die Schwerpunktlage Rücksicht nehmen musste.

New Horizons kann sowohl drei-Achsen-stabilisiert als auch spinstabilisiert betrieben werden. Drei-Achsen-Stabilisierung wird während wissenschaftlicher Beobachtungen und System- und Instrumententests angewandt, Spinstabilisierung (normalerweise mit fünf Umdrehungen pro Minute) während der Kurskorrekturmanöver, während langer Funkkontakte mit der Erde, während der Flugperioden und im Hibernation Mode. Um eine Spinstabilisierung während des Flugs zu ermöglichen, wurde die Sonde vor dem Start genau vermessen und mit zusätzlich angebrachten Ausgleichsmassen ausbalanciert.

Energieversorgung

RTG der Raumsonde New Horizons

Die Sonde wird durch einen mit etwa 10,9 kg Plutonium (²³⁸Pu) gefüllten Radioisotopengenerator (RTG) des Modells GPHS-RTG mit Energie versorgt. Der RTG enthält 18 Module, die jeweils vier Kapseln mit je 151 Gramm Plutonium in Form von Plutoniumdioxid (PuO₂) enthalten. Das ²³⁸Pu für RTGs wird in einem aufwendigen Prozess in einem Kernreaktor durch Neutronenbeschuss von Brennstäben, die Neptunium (²³⁷Np) enthalten, erbrütet. Die Kapseln wurden im Los Alamos National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) hergestellt.

Mitte 2004 wurden alle Arbeiten des Los Alamos National Laboratory, und somit auch am Plutonium für New Horizons gestoppt, da angeblich einige Festplatten mit geheimen Informationen verschwunden waren. Das Projekt war dadurch in Gefahr, da bei einer unzureichenden Energieversorgung die Sonde keine oder nur eingeschränkte Beobachtungen hätte durchführen können. Die Sicherheitsprobleme des Los Alamos National Laboratory konnten gelöst werden, und die Arbeiten an den Plutoniumkapseln wurden wieder aufgenommen.

Ende 2005 wurde der RTG ausgeliefert und in die Sonde eingebaut. Vorgesehen war, dass die Leistung des Generators mit voller Plutoniumladung beim Start 285 W und 225 W beim Plutovorbeiflug im Jahr 2015 betragen wird (durch Zerfall des Plutoniums reduziert sich die Leistung mit der Zeit). Nach Problemen mit der Herstellung sprach DOE von etwa 190 W Leistung beim Vorbeiflug an Pluto. Dies wäre für einen normalen Betrieb der Sonde bei Pluto ausreichend (mindestens 182 W sind nötig) und könnte die Sonde bis etwa ins Jahr 2025 Die Kategorie Kategorie:Wikipedia:Veraltet nach Jahr 2025 existiert noch nicht. Lege sie mit folgendem Text {{Zukunftskategorie|2025}} an. funktionsfähig halten. Nachdem im Oktober 2005 der RTG Tests unterzogen wurde, stellte sich heraus, dass der Generator etwas mehr Leistung liefert als erwartet. Man ging nun von etwa 240 W am Anfang der Mission und 200 W bei Erreichen von Pluto bei einer Gleichspannung von 30 Volt aus. Typisch für eine RTG-betriebene Mission verfügt New Horizons weder über Solarzellen noch Akkumulatoren.

Elektronik

New Horizons besitzt zwei Computersysteme: das Command and Data Handling System zur Steuerung der Sonde sowie zur Arbeit mit wissenschaftlichen Daten und das Guidance and Control System zur Lagekontrolle. Jedes der Computersysteme ist redundant, sodass die Raumsonde über vier separate Rechnersysteme verfügt. Die Bordrechner verwenden jeweils einen Mongoose-V-Prozessor. Dieser ist eine 12 MHz schnelle, gegen Strahlung gehärtete Version des MIPS-R3000-Prozessors.

Das Command and Data Handling System verfügt über zwei Flash-Recorder mit jeweils 8 GB Speicherkapazität, um die während des Betriebs der Instrumente gewonnenen wissenschaftlichen Daten zwischenzuspeichern, bevor sie zur Erde übertragen werden können.

Um Platz und Gewicht zu sparen, sind die Elektronik der Raumsonde und die Schnittstellen zur Elektronik ihrer Instrumente in einem „Integrated Electronics Module“ (IEM) untergebracht. An Bord befinden sich zwei redundante IEM.

Kommunikation

Die Antennen der New-Horizons-Raumsonde: HGA, MGA und eine der beiden LGAs

Das Kommunikationssystem der Raumsonde arbeitet im X-Band und verfügt über eine 2,1-m-Parabol-Hochgewinnantenne (High Gain Antenna – HGA, 42 dBi) mit einem Öffnungswinkel von 0,3 Grad und eine 30-cm-Mittelgewinnantenne (Medium Gain Antenna – MGA) mit einem Öffnungswinkel von 14 Grad. Es gibt noch zwei Rundstrahlantennen (Low Gain Antenna – LGA) mit niedrigem Gewinn, die sich auf entgegengesetzten Seiten der Raumsonde befinden. Alle Antennen sind fest angebracht. Die HGA- und die MGA-Antennen der Sonde müssen auf die Erde ausgerichtet werden, um sie nutzen zu können. Die Sonde verfügt über zwei redundante 12-Watt-Wanderfeldröhrenverstärker, die unter der HGA montiert sind.

Die Hochgewinnantenne und die Mittelgewinnantenne werden zur Datenübertragung genutzt; die Datenübertragungsrate der HGA zu einer 70-m-Antenne des Deep Space Networks betrug in der Nähe Plutos etwa 1 kbit pro Sekunde (am Jupiter noch 38 kbit pro Sekunde). Die wesentlich älteren Voyager-Sonden erreichten in ähnlicher Entfernung noch ca. 1,4 kbit pro Sekunde (ebenfalls im X-Band).

Für den Fall, dass die Sonde nicht auf die Erde ausgerichtet werden kann und diese Antennen nicht zur Verfügung stehen, können die beiden Rundstrahlantennen (LGA) der Sonde verwendet werden. Diese brauchen nicht ausgerichtet zu sein, erreichen aber nur sehr niedrige Datenübertragungsraten. Da die Sonde über zwei dieser Antennen auf entgegengesetzten Seiten verfügt, kann sie aus allen Richtungen senden und empfangen. Sie werden während des Starts und zur Kommunikation in der Nähe der Erde verwendet und dienen darüber hinaus einer Absicherung der Kommunikation in einem Notfall mit der niedrigstmöglichen Datenrate von 10 bit pro Sekunde.

Um die Betriebskosten zu senken, verbrachte New Horizons die Flugstrecke zwischen Jupiter und Pluto und teilweise zwischen Pluto und (486958) 2014 MU69 in einer Art „Winterschlaf“ (hibernation mode). Dabei wurde die Sonde einmal pro Jahr für 50 Tage „aufgeweckt“, um Funktionstests durchzuführen und genaue Flugparameter zu bestimmen. Für die restliche Zeit wurde die Sonde in eine langsame Rotation versetzt. Sie sendete lediglich einmal pro Woche ein Signal zur Erde, dessen Frequenz entweder den normalen Betrieb der Sonde oder einen von sieben Fehlermodi anzeigt. Hierfür wird eine einfache unmodulierte Trägerwelle einer bestimmten Frequenz verwendet, die sich leicht empfangen und ohne viel technischen Aufwand identifizieren lässt. Ungefähr einmal pro Monat sendet die Sonde einen ausführlicheren Statusbericht. Von den vier Bordcomputern ist nur einer in Betrieb und alle redundanten Systeme sind soweit wie möglich abgeschaltet. Die Hibernation verringert die Abnutzung und reduziert die Unterhaltskosten erheblich, weil kein Personal zum Betrieb nötig ist und Kapazitäten des Deep-Space-Netzwerks für andere Missionen freigegeben werden. Diese Art der Kommunikation wurde mit Deep Space 1 erprobt. New Horizons ist die erste Raumsonde, die sie im operativen Einsatz verwendet.

Antriebssystem

Das Antriebssystem der Raumsonde wird nur für Kurskorrekturen und zur Lageregelung verwendet. Es ist nicht möglich, nach dem Abtrennen der Raketenoberstufe die Sonde stark zu beschleunigen bzw. abzubremsen, wie es beispielsweise bei einer Orbiter-Mission notwendig wäre. Das Antriebssystem besteht aus 16 Triebwerken, die Hydrazin katalytisch zersetzen und an acht verschiedenen Stellen der Sondenoberfläche angebracht sind. Davon liefern vier größere Triebwerke, die meist für Kurskorrekturen verwendet werden, einen Schub von 4,4 Newton sowie zwölf kleinere Triebwerke einen Schub von 0,8 Newton. Die kleineren Triebwerke dienen der Ausrichtung der Sonde sowie dem Einleiten und dem Stoppen der Rotation. Die Hälfte der 16 Triebwerke dienen als Reserve.

Die Sonde hatte beim Start 77 kg Hydrazin an Bord, das ausreichen würde, um die Geschwindigkeit der Sonde um ca. 400 m/s zu ändern (minimal waren bei der Missionsplanung 290 m/s vorgesehen). Der größte Teil ist vorgesehen, um nach der Passage von Pluto weitere Kuipergürtelobjekte ansteuern zu können. Um den Treibstoff unter Druck zu setzen, wird gasförmiges Helium verwendet.

Navigationssystem

Navigationssysteme und Sensoren liefern Informationen zu Position, Kurs und räumlicher Ausrichtung der Sonde während des Flugs. Diese Daten dienen zur Kurskorrektur und zur Ausrichtung der Instrumente auf die Ziele und der Antenne auf die Erde.

Zur Navigation werden zwei redundante Sternkameras (Star Tracker), Trägheitsmesssysteme (Inertial Measurement Units, IMUs) und Sonnensensoren verwendet. Die Navigationsdaten werden durch das Guidance-and-Control-Computersystem verarbeitet, das die Lage der Sonde durch das Zünden der kleinen Triebwerke kontrolliert. Eine der Sternkameras macht zehnmal pro Sekunde eine Weitwinkelaufnahme des Sternenhintergrundes und vergleicht sie mit einer gespeicherten Sternenkarte, die 3000 Sterne enthält. Dadurch wird die genaue Ausrichtung der Sonde sowohl im drei-Achsen-stabilisierten als auch im spinstabilisierten Betrieb bestimmt. Die IMUs, die aus Gyroskopen und Beschleunigungsmessern bestehen, liefern 100-mal pro Sekunde Informationen zu Bewegungen der Sonde. Die Sonnensensoren dienen der Ausrichtung der Sonde auf die Sonne (und damit aus großer Entfernung auch auf die Erde) zur Sicherstellung einer Kommunikation im Falle des Versagens anderer Navigationssysteme. Diese Sensoren sind sehr einfach aufgebaut und liefern als Antwort nur, ob sie die Sonne sehen oder nicht.

Temperaturkontrolle

New Horizons kann die von der Elektronik erzeugte Wärme im Inneren wie eine Isolierkanne behalten. Bei der großen Entfernung zur Sonne ist dies erforderlich, um Temperaturen von 10 bis 30 °C im Inneren zu gewährleisten. Dazu ist der Sondenkörper inklusive der großen Antenne mit einer leichtgewichtigen goldfarbenen Bedeckung versehen, die aus 18 Lagen Dacrongewebe besteht, die zwischen einem aluminisierten Mylargewebe und einer Kaptonfolie liegen. Neben der thermischen Isolation dient diese Bedeckung auch dem Mikrometeoritenschutz.

Ein automatisches Heizsystem überwacht den Energieverbrauch im Inneren der Sonde, um sicherzustellen, dass alle Geräte mit genügender Leistung arbeiten und somit genug Wärme abgeben. Fällt der Energieverbrauch unter etwa 150 Watt, werden kleine Heizgeräte im Inneren der Sonde eingeschaltet, um den Leistungsunterschied auszugleichen. Solange sich die Sonde in der Nähe der Erde und damit auch der Sonne befand, konnten die Temperaturen die zulässigen Werte übersteigen. Für diesen Fall verfügt die Sonde über eine Art Jalousiesystem („Louvres“) mit Lamellen, die geöffnet wurden, um übermäßige Wärme in den Weltraum abzustrahlen. Im geschlossenen Zustand sorgt die helle Außenfläche der Lamellen für eine geringe Abstrahlung.

Instrumente

Die Sonde trägt sieben wissenschaftliche Instrumente. Dabei werden einige Instrumente in Gruppen zusammengefasst: So enthält Pluto Exploration Remote Sensing Investigation (PERSI) die Instrumente Ralph und Alice und Particle Spectrometer Suite (PAM) die Instrumente SWAP und PEPSSI. Die Instrumente wiegen zusammen etwa 30 kg und verbrauchen gemeinsam rund 28 Watt elektrischer Leistung.^[6]

Ralph

Ralph vor dem Einbau in die Sonde

Ralph konnte sowohl farbige Karten der Oberflächen von Pluto und Charon mit einer Auflösung von bis zu 250 m pro Pixel erstellen, als auch die Zusammensetzung der Oberflächen beider Körper kartieren. Dazu verfügt das Instrument über ein 6-cm-Teleskop, dessen eingesammeltes Licht zu zwei getrennten Kanälen geleitet wird: zu der Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC), die über vier CCDs für Farbbilder mit drei CCDs für panchromatische (schwarz-weiße) Bilder verfügt, und zu dem Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA). Dabei arbeitet MVIC im sichtbaren Lichtbereich bei 400 bis 950 nm Wellenlänge und LEISA im infraroten Bereich bei 1,25 bis 2,50 µm Wellenlänge. Die Auflösung des MVIC beträgt 20 µrad, des LEISA 62 µrad. Ralph wiegt 10,3 kg und benötigt im Mittel 6,3 Watt Leistung. Das Instrument wurde von Ball Aerospace, dem Goddard Space Flight Center der NASA und dem Southwest Research Institute entwickelt. Am 22. Juni wurde LEISA offiziell in Lisa Hardaway Infrared Mapping Spectrometer umbenannt, zu Ehren von Lisa Hardaway, die bei der Konstruktion und Entwicklung des Instruments wichtige Beiträge leistete.^[7][8]

Alice

Alice ist ein abbildendes Ultraviolett-Spektrometer zur Untersuchung der Atmosphäre von Pluto. Alice kann in zwei Modi betrieben werden: im „airglow“-Modus, bei dem die Emissionen der Atmosphäre gemessen werden, und im „occultation“-Modus, bei dem das Instrument auf die Sonne oder auf einen anderen leuchtstarken Stern durch die Atmosphäre Plutos gerichtet wird und bei dem die Zusammensetzung der Atmosphäre durch Absorption des Lichts bestimmt wird. Alice arbeitet im ultravioletten Lichtbereich bei 50 bis 180 nm Wellenlänge und besteht aus einem kompakten Teleskop, einem Spektrografen und einem Sensor, der 32 getrennte Flächen („Pixel“) mit je 1024 spektralen Kanälen aufweist. Alice wiegt 4,5 kg und benötigt im Mittel 4,4 Watt Leistung. Das Instrument wurde vom Southwest Research Institute entwickelt und ist eine weiterentwickelte Version des Alice-Instrumentes der europäischen Rosetta-Sonde, das ebenfalls aus den USA kam.

LORRI (Long Range Reconnaissance Imager)

LORRI wird eingebaut

LORRI ist eine hochauflösende CCD-Kamera (1024 × 1024 Pixel) für sichtbares Licht, die an einem 20,8-cm-Teleskop montiert ist. Das Instrument verfügt über einen sehr einfachen Aufbau, es gibt keine Farbfilter oder bewegliche Teile. LORRI nahm als erstes Instrument bereits 120 Tage vor der Begegnung mit Pluto Bilder des Zwergplaneten und seiner Monde auf, die zu diesem Zeitpunkt kaum weiter als zu einzelnen Lichtpunkten aufgelöst werden konnten. 90 Tage vor der Begegnung übertraf LORRIs Auflösung bereits die des Hubble-Weltraumteleskopes. Bei dem nahen Vorbeiflug am Pluto konnte LORRI Strukturen bis 50 m Größe auflösen. LORRI wiegt 8,8 kg und benötigt im Mittel 5,8 Watt Leistung. Das Instrument wurde vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University entwickelt.

REX (Radio Experiment)

REX ist ein Radiowellenexperiment, das mit der Hauptantenne der Sonde durchgeführt wird. Dazu werden nach dem Passieren des Pluto mit Hilfe von Antennen des Deep Space Networks Signale zur Sonde gesendet, die während des Transits durch Plutos Atmosphäre verändert werden und in diesem Zustand zu New Horizons gelangen. Die Signale werden gespeichert und später zurück zur Erde übertragen. Dadurch lässt sich die Zusammensetzung der Atmosphäre studieren. Das Experiment selbst besteht aus einer kleinen, 100 g schweren Leiterplatte mit Signalverarbeitungselektronik, die im Kommunikationssystem der Raumsonde integriert ist und im Mittel 2,1 Watt Leistung benötigt. Da das komplette Kommunikationssystem redundant ist, verfügt New Horizons über zwei Exemplare von REX. Das Experiment wurde von der Stanford University und dem Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University entwickelt.

SWAP (Solar Wind Analyzer around Pluto)

SWAP montiert auf New Horizons

Dieses Instrument misst geladene Teilchen mit Energien bis zu 6,5 keV, die aus Plutos Atmosphäre entweichen und vom Sonnenwind mitgerissen werden. Dadurch kann festgestellt werden, ob Pluto über eine Magnetosphäre verfügt. Weiterhin kann der Sonnenwind in der Nähe von Pluto studiert werden. Außerdem werden so Daten über die Atmosphäre gesammelt. SWAP wiegt 3,3 kg und benötigt im Mittel 2,3 Watt Leistung. Das Instrument wurde vom Southwest Research Institute entwickelt. SWAP wird außerdem zur Erforschung der Heliosphäre und des Kuipergürtels eingesetzt und kann auch während Hibernation Daten sammeln.

PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)

PEPSSI ist ein Ionen- und Elektronenspektrometer, das nach neutralen Atomen sucht, die aus Plutos Atmosphäre entweichen und vom Sonnenwind aufgeladen werden. In das Instrument eintretende Ionen mit Energien von 1 bis 5000 keV und Elektronen mit Energien von 20 bis 700 keV werden erfasst, wobei die Masse und Energie jedes einzelnen Partikels gemessen wird. PEPSSI wiegt 1,5 kg und benötigt im Mittel 2,5 Watt Leistung. Das Instrument wurde vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University entwickelt. PEPSSI wird außerdem zur Erforschung der Heliosphäre und des Kuipergürtels eingesetzt und kann auch während Hibernation Daten sammeln.

Venetia (Venetia Burney Student Dust Counter)

Der von Studenten gebaute Staubpartikelzähler

Venetia ist ein Instrument zur Messung von Staubpartikeln entlang der gesamten Flugroute. Es wurde von Studenten der University of Colorado entwickelt und ist das erste von Studenten gebaute Instrument auf einer planetaren Mission der NASA. Das Gerät hieß zunächst Student-built Dust Counter (SDC), wurde aber im Juni 2006 zu Ehren der Britin Venetia Phair, geb. Burney umbenannt, die 1930 den Namen „Pluto“ für den neu entdeckten Planeten vorgeschlagen hatte. Das Instrument Venetia zählt auftreffende Staubpartikel und bestimmt deren Masse. Es wird als erstes Instrument dieser Art weiter als 18 AE von der Erde betrieben. Es liefert Informationen zur Kollisionsrate von Asteroiden, Kometen und Kuipergürtelobjekten im äußeren Sonnensystem. Auch im Plutosystem wird nach eventuellen Staubpartikeln Ausschau gehalten. Außerdem wird es zur Erforschung des Kuipergürtels eingesetzt und kann auch während der Hibernation Daten sammeln. Venetia besteht aus einer 46 × 30 cm großen Detektorplatte, die auf der Außenhaut der Sonde angebracht ist, und einer Elektronikbox im Inneren der Sonde. Es können Partikel mit einer Masse von 4 ⋅ 10⁻¹⁵ bis 4 ⋅ 10⁻¹² kg erfasst werden. Venetia wiegt 1,9 kg und benötigt im Mittel fünf Watt Leistung.

Primärmission

Vorbereitungen

Bereits seit Anfang der 1990er Jahre gab es Bestrebungen, eine Mission zu Pluto zu starten. Vorrangig war dabei, Pluto zu erreichen, bevor seine dünne Atmosphäre ausfrieren würde, denn die Umlaufbahn des Zwergplaneten ist sehr exzentrisch. Pluto erreichte den sonnennächsten Punkt seiner Umlaufbahn (Perihel) bereits 1989. Diese Annahme, dass die Atmosphäre nach der Passage des sonnennäheren Bahnbereiches bald ausfrieren würde, konnte jedoch bislang nicht bestätigt werden. Gegenwärtig entfernt sich Pluto von der Sonne, sodass es auf ihm immer kälter wird; erst im Jahr 2247 wird er sein nächstes Perihel einnehmen. Die ersten Konzepte einer Mission (Pluto Fast Fly-By, Pluto Kuiper Express) scheiterten an technischen und finanziellen Schwierigkeiten. Ende 2000 gab es mit New Horizons einen neuen Vorschlag einer Pluto-Mission. Schließlich wurde dieser Vorschlag am 29. November 2001 als erste Mission des neu geschaffenen New-Frontiers-Programms zur Realisierung genehmigt.

Die Instrumente der Sonde wurden zwischen Juli 2004 und März 2005 ausgeliefert, Zusammenbau und Prüfung liefen von August 2004 bis Mai 2005. Vom Mai bis September 2005 wurde die fertig gebaute Sonde ausgiebig getestet, am 24. September 2005 erfolgte der Transport nach Cape Canaveral.

Ende Oktober beschädigte in Cape Canaveral der Hurrikan Wilma einen Feststoffbooster der fast fertig montierten Atlas-V-Trägerrakete für New Horizons, als ein Tor der Montagehalle dem Winddruck nicht standhielt. Der Booster konnte jedoch noch rechtzeitig vor dem geplanten Starttermin am 11. Januar 2006 ausgetauscht werden.

Am 16. Dezember 2005 ordnete die NASA eine zusätzliche Überprüfung der Tanks der ersten Stufe an, weil bei einem Druckbelastungstest einer anderen Atlas-Rakete diese Stufe der geforderten Maximalbelastung nicht standgehalten hatte. Dadurch verschob sich der für den 11. Januar angesetzte Starttermin um sechs Tage auf den 17. Januar 2006.

Start

Das Startfenster öffnete sich am 11. Januar 2006 und blieb bis zum 14. Februar 2006 bestehen. Allerdings bestand nur bei einem Start bis einschließlich 2. Februar die Möglichkeit eines Vorbeiflugs (Swing-by-Manöver) am Jupiter. Danach hätte man Pluto nur auf direktem Weg erreichen können, was die Flugzeit um mehrere Jahre verlängert und die Menge des mitführbaren Treibstoffes um 20 kg reduziert hätte.

Nachdem der geplante Start am 17. Januar 2006 wegen zu starken Windes mehrmals hatte verschoben werden müssen, sollte New Horizons am 18. Januar 2006 starten. Wegen eines Stromausfalls in der Bodenstation der Johns Hopkins University konnte auch dieser Termin nicht gehalten werden. Am 19. Januar startete New Horizons nach mehreren Verschiebungen wegen dichter Bewölkung schließlich um 19:00 Uhr UTC (das Startfenster war von 18:07 bis 20:07 Uhr UTC offen) von Launch Complex 41. Nach 44 Minuten und 55 Sekunden wurde die Sonde von der Rakete in ihrer endgültigen Flugbahn ausgesetzt.

Der Start erfolgte mit einer Atlas-V(551)-Rakete. Obwohl diese Rakete zu diesem Zeitpunkt die stärkste aktive Trägerrakete der Welt war, musste die Nutzlast mit einer zusätzlichen Star-48B-Stufe ausgestattet werden, um die Sonde auf eine Geschwindigkeit deutlich über der Fluchtgeschwindigkeit beschleunigen zu können. New Horizons verließ die Erde mit der bis dahin höchsten je erreichten Geschwindigkeit von 16,21 km/s. An anderen Tagen des Startfensters wäre die Geschwindigkeit etwas anders gewesen. Besonders nach dem 2. Februar, ohne die Möglichkeit eines Vorbeiflugs am Jupiter, hätte die Geschwindigkeit der dann leichteren Sonde noch deutlich höher sein müssen.

Wäre die Sonde 2006 nicht gestartet worden, hätte es zwischen dem 2. Februar 2007 und 15. Februar 2007 ein weiteres Startfenster gegeben, das aber ebenfalls nur einen direkten Flug zu Pluto mit den entsprechenden negativen Konsequenzen erlaubt hätte.

Auf dem Weg zum Jupiter

Aufnahmen des Asteroiden (132524) APL

Von der LORRI-Kamera aufgenommenes Foto des Planeten Jupiter

Ausbruch des Tvashtar-Vulkans auf dem Jupitermond Io (New Horizons, 28. Februar 2007)

Einen Tag nach dem Start wurde die Rotation der Sonde von 68 Umdrehungen pro Minute, in die sie von der Raketenoberstufe versetzt worden war, auf 19,2 Umdrehungen pro Minute reduziert. Am 22. Januar wurde die Rotation weiter auf 5 Umdrehungen pro Minute gesenkt, und die Sternenkameras wurden in Betrieb genommen.

Am 28. Januar 2006 wurde eine erste Kurskorrektur (TCM-1A) durchgeführt, wobei die Triebwerke für etwa fünf Minuten feuerten. Zwei Tage später folgte die nächste, zwölf Minuten lange Kurskorrektur (TCM-1B). Die beiden Kurskorrekturen ergaben eine Geschwindigkeitsänderung von 18 m/s. Eine weitere Kurskorrektur (TCM-2) war für den 15. Februar geplant, wurde jedoch abgesagt. Die nächste, 76 Sekunden lange Kurskorrektur (TCM-3) erfolgte am 9. März und war die erste, die im drei-Achsen-stabilisierten Betrieb durchgeführt wurde. Durch TCM-3 wurde die Geschwindigkeit der Sonde um 1,16 m/s verändert.

Im Februar wurde der Schutzverschluss des Alice-Spektrometers geöffnet und am 13. März folgte der des SWAP-Instruments. Ebenfalls im März wurde das SDC-Experiment aktiviert. Bis zum 29. März hatten alle Instrumente ihre internen Elektronik-Checks absolviert. Am 7. April 2006 kreuzte die Sonde nach 78 Tagen Flugzeit die Marsbahn.^[9] Im Mai wurden die Schutzverschlüsse der Instrumente PEPSSI (3. Mai), Alice (20. Mai) und Ralph (29. Mai) geöffnet. Im Sommer wurden die Kalibrierungen der Experimente durchgeführt.

New Horizons näherte sich auf dem Weg durch den Asteroidengürtel am 13. Juni 2006 um 04:05 Uhr UTC bis auf 101.867 km dem 3 bis 5 km großen Asteroiden (132524) APL. Der Schutzverschluss der hochauflösenden Kamera LORRI war wegen zu geringer Distanz zur Sonne noch nicht geöffnet (er wurde erst am 29. August 2006 geöffnet), daher erfolgten die visuellen Beobachtungen nur mit dem schwächeren Ralph-Instrument. Das konnte den Asteroiden lediglich als ein Objekt von ein bis zwei Pixeln Größe auflösen.^[10][11][12]

Am 4. September nahm New Horizons ihr erstes Bild von Jupiter auf. Es wurde mit der LORRI-Kamera erzeugt; die Entfernung zum Riesenplaneten betrug zum Zeitpunkt der Aufnahme 291 Millionen Kilometer. Auch andere Instrumente beobachteten Jupiter, in erster Linie zum Zweck der Kalibrierung.^[13]

Vorbeiflug am Jupiter

Die ersten wissenschaftlich relevanten Untersuchungen des Jupitersystems begannen im Januar 2007 und dauerten bis Ende Juni 2007 an. Es waren etwa 700 Beobachtungen und Messungen des Gasplaneten, seiner Monde und seiner Magnetosphäre geplant.^[14]

Am 28. Februar 2007 flog New Horizons an Jupiter vorbei. Die geringste Entfernung zu dem Planeten wurde um 05:43 Uhr UTC erreicht und betrug circa 2,3 Millionen Kilometer (ca. 32 Jupiterradien). Dies ist ein Drittel der Entfernung, in der die Saturnsonde Cassini-Huygens Jupiter passierte. Die Flugbahn von New Horizons lag knapp außerhalb der Umlaufbahn von Kallisto, dem äußersten der vier Galileischen Monde. Während des Vorbeifluges fertigte die Sonde Aufnahmen von Jupiter, seinen Ringen und den vier Galileischen Monden an, außerdem wurden Messungen des Magnetfeldes durchgeführt. Auf Io konnte ein Vulkanausbruch beobachtet werden. Durch den Vorbeiflug erfuhr die Sonde einen Geschwindigkeitszuwachs von 3890 m/s und wurde auf eine Flugbahn zum Pluto umgelenkt, wofür sie um etwa 2,5° nordwärts aus der Ekliptik herausgelenkt wurde.

Bereich der äußeren Planeten

Am 8. Juni 2008 kreuzte New Horizons die Umlaufbahn von Saturn, blieb dabei aber weit von ihm entfernt. Am 30. Juni 2010 wurde eine Kurskorrektur durchgeführt und durch einen Schubimpuls von 36 Sekunden Dauer die Geschwindigkeit der Sonde um etwa 0,45 m/s erhöht, um eine Abbremsung durch vom Isotopengenerator an der HGA rückgestreute Thermalstrahlung auszugleichen.^[15] Am 18. März 2011 um 23 Uhr erreichte die Sonde die Umlaufbahn von Uranus, wobei der Gasriese zu diesem Zeitpunkt mehr als 3,8 Milliarden Kilometer entfernt war und daher keine Beobachtungen durchgeführt wurden. Am 25./26. August 2014 wurde die Umlaufbahn von Neptun erreicht, exakt 25 Jahre nach dem Vorbeiflug von Voyager 2 an Neptun. Auch Neptun befand sich für sinnvolle Beobachtungen des Planeten zu weit von New Horizons entfernt; dennoch wurden am 10. Juli 2014 einige Aufnahmen von Neptun aus knapp vier Milliarden Kilometer Entfernung gemacht.^[16]

Man wollte auch Neptun-Trojaner wie etwa 2011 HM₁₀₂ beobachten, falls sie der Sonde nahe genug kämen.^[17] Da sich New Horizons jedoch bis auf höchstens 180 Mio. km näherte, was für eine sinnvolle Beobachtung nicht ausreichte, wurde schließlich auf eine Beobachtung verzichtet.

Pluto und Charon

Pluto am 13. Juli 2015

Am 14. Juli 2015 erreichte die Sonde das Ziel der Primärmission, den Zwergplaneten Pluto, und passierte ihn mit einer Geschwindigkeit von 14,5 km/s. Die Beobachtungen des Pluto-Charon-Systems begannen etwa 150 Tage vor der größten Annäherung. Am 15. April 2015 wurde das erste kombinierte Farbbild von Pluto und Charon veröffentlicht. Die Aufnahmen der LORRI-Kamera übertrafen das beste Auflösungsvermögen des Hubble-Weltraumteleskops.^[18] In den darauf folgenden Wochen wurden in Abständen von drei bis sechs Tagen immer detailreichere Bilder der Pluto-Oberfläche und seines größten Begleiters veröffentlicht und zum Teil auch zu Animationen zusammengestellt.

Am 4. Juli 2015 und damit zehn Tage vor dem Vorbeiflug versetzte New Horizons sich aufgrund eines Computerproblems in einen Sicherheitsmodus. Dabei wurde auf das redundante B-Side-Computersystem umgeschaltet. Am 7. Juli 2015 war der Fehler behoben, und New Horizons konnte seinen wissenschaftlichen Betrieb wieder aufnehmen. Während des Vorbeifluges war es der Sonde nicht möglich, in den Sicherheitsmodus zu schalten.^[19]

Es wurden globale Karten von Pluto und Charon erstellt, Hochauflösungsfotos mit bis zu 25 m pro Pixel Auflösung gewonnen, die Temperaturverteilung gemessen und die Atmosphäre des Pluto studiert. Planmäßig flog die Sonde um 13:50 MESZ in 12.500 km Entfernung an Pluto und um 14:04 MESZ in 28.800 km Entfernung an Charon vorbei. Um 14:51 MESZ durchquerte sie den Schatten von Pluto und um 16:18 Uhr MESZ den von Charon; dabei gewann sie Daten über deren Atmosphäre. Die besonders datenintensive Phase des Vorbeiflugs dauerte – je nach Definition – maximal drei Stunden.

Da die Übertragungsrate bei der hohen Entfernung zwischen Sonde und Erde für eine Übertragung in Echtzeit zu gering ist, wurden die Daten auf dem 8 GB großen Flash-Speicher abgelegt. In der Woche nach dem Vorbeiflug wurden zunächst besonders wichtige Daten gesendet. Danach folgten laufende Messungen von Experimenten wie SWAP und PEPSSI, die nur eine geringe Datenrate produzierten und die auch nach dem Vorbeiflug weiter Messungen durchführen. Vom 5. September 2015 bis 25. Oktober 2016 wurden alle gespeicherten Daten vom Vorbeiflug in voller Datenqualität übertragen. Die komplette Übertragung dauerte länger als 15 Monate.^[20]

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  Erstes Farb­foto von Pluto und Charon, 9. April 2015

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  Pluto­rota­tion, LORRI-Kamera, Mai/Juni 2015

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  Charon und Pluto, Aufnahme von New Horizons am 11. Juli 2015

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  Charons Ober­fläche, Auf­nah­me vom 14. Juli. Die Bild­kom­pres­sions­arte­fakte treten deutlich hervor.

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  Detail der Ober­fläche von Pluto, u. a. von Eis bedeck­te Berge, aufge­nommen am 14. Juli 2015

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  Die einzelnen Phasen des Vorbeifluges am Pluto-System

Weitere Plutomonde

Die kleinen Monde Nix und Hydra wurden wenige Monate vor dem Raketenstart 2005, Kerberos und Styx 2011 und 2012 auf lang belichteten Aufnahmen des Plutosystems durch das Hubble-Weltraumteleskop entdeckt. In der Phase der größten Annäherung konzentrierten sich die Beobachtungen ganz auf Pluto und Charon. Es gibt jedoch einige Aufnahmen der kleinen Monde, die mit LORRI und Ralph aus größerer Entfernung gemacht wurden.^[21][22]

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  Styx aus 391.000 km Entfernung

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  Nix in einem bearbeiteten Foto, das aus Informationen von LORRI und Ralph zusammengesetzt wurde

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  Kerberos aus 396.100 km Entfernung

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  Hydra aus 231.000 km Entfernung

Kuiper Belt Extended Mission (KEM)

Vorbereitung für den Vorbeiflug an (486958) 2014 MU₆₉

Die Geschwindigkeit von New Horizons relativ zur Sonne nimmt im größten Teil der Mission ab. Eine Ausnahme ist der Swing-By am Jupiter, der die Sonde von der Sonne weg beschleunigt. Die Geschwindigkeit liegt umso deutlicher oberhalb der Fluchtgeschwindigkeit, je weiter außen im Sonnensystem sich die Sonde befindet.

Nach dem Vorbeiflug am Pluto durchquert New Horizons weiterhin den Kuipergürtel und wird im weiteren Verlauf die Heliopause und die Oortsche Wolke erreichen.

Bis Oktober 2014 wurden mit Hilfe von Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops mögliche Ziele für die Sekundärmission im Kuipergürtel ausgemacht.^[23] Im Rahmen des Citizen-Science-Projekts Ice Hunters waren bei der Suche Freiwillige beteiligt. Sie werteten Bilder aus, die aus der Subtraktion von in zeitlichen Abständen erstellten Aufnahmen gewonnen wurden. Astronomische Kenntnisse waren für diese Tätigkeit nicht notwendig. Von den fünf gefundenen Zielen waren zwei außer Reichweite. Die NASA wählte im August 2015 aus den verbliebenen drei das Objekt (486958) 2014 MU₆₉ als nächstes Ziel der Raumsonde aus.^[24] 2014 MU₆₉ ist nach ersten Beobachtungen durch Hubble 25 bis 45 km groß.

Am 22., 25. und 28. Oktober und 4. November 2015 wurden die Triebwerke jeweils für 25 Minuten gefeuert, um die Sonde auf den Kurs zu 2014 MU₆₉ zu bringen.^[25][26] Der Vorbeiflug ist für den 1. Januar 2019 geplant.^[24] Zum Zeitpunkt der Begegnung wird sich 2014 MU₆₉ in einer Entfernung von 43,4 AE von der Sonne befinden. Die Raumsonde verbrauchte 35 % ihrer Treibstoffreserven für das Einschwenken auf den neuen Kurs; die anderen beiden Ziele hätten wesentlich mehr Treibstoff für die Kurskorrektur benötigt.

Die NASA genehmigte Anfang Juli 2016 die Finanzierung der Sekundärmission.^[27] Die unter dem Namen Kuiper Belt Extended Mission (KEM) laufende Mission ist bis zum Jahr 2021 finanziert. In dieser Zeit wird die Sonde knapp 2 Milliarden km zurücklegen. Sie soll in einer Entfernung von nur 3000 km an 2014 MU₆₉ vorbeifliegen, und es sollen dabei alle Instrumente eingesetzt werden wie bei der Beobachtung von Pluto. Die anschließende Übermittlung der Daten soll voraussichtlich ungefähr 20 Monate bis gegen Ende 2020 dauern.

Am 1. Februar 2017 wurden die Triebwerke für 44 Sekunden für eine kleine Kurskorrektur gezündet. Diese ergab sich aus den neuesten Ergebnissen aus der Beobachtung der Umlaufbahn von 2014 MU₆₉ durch Hubble im Jahr 2016 und aus den Positionsdaten von New Horizons. In den Wochen zuvor wurden sechs Kuipergürtelobjekte beobachtet.^[28] Durch einen Fehler beim Laden von Befehlen ging New Horizons am 9. Februar 2017 vorübergehend in den Sicherheitsmodus. Die Sonde war Anfang 2017 noch immer in ausgezeichnetem Zustand.^[29] Nach 852 Tagen ununterbrochenen Betriebs war New Horizons vom 7. April 2017 bis zum 11. September für 157 Tage in Hibernation Mode.^[30] Die Instrumente SWAP, PEPSSI und SDC zur Untersuchung der Heliosphäre sammeln auch während der Hibernation Daten.^[31]

Vorbereitende wissenschaftliche Untersuchung für (486958) 2014 MU₆₉ Flyby

Die Wissenschaftler möchten im Vorfeld so viel wie möglich über das Missionsziel wissen, so z. B. über die Bahndaten, die Rotationsdauer, begleitende Objekte, Ringsysteme und Trümmer. Zum Einen will man sicher sein, dass beim Vorbeiflug keine Kollision mit einem begleitenden Objekt oder Staubpartikeln stattfindet; zum anderen will man einen Abstand finden, der groß genug ist, um Zeit für die Gewinnung aller wichtigen Daten zu haben, und zugleich klein genug für eine gute Auflösung der Aufnahmen. Ein naher Vorbeiflug ergibt weniger, dafür höher aufgelöste Aufnahmen, ein fernerer Vorbeiflug ergibt mehr Aufnahmen, dafür in niedrigerer Auflösung.

Bis zur Begegnung soll das Objekt noch intensiv durch Hubble und Gaia untersucht werden. Am 3. Juni sowie am 10. und 17. Juli 2017 bedeckte das Objekt in Okkultationen Sterne. Astronomen nutzten das, um im Vorfeld Informationen über den Durchmesser und begleitende Trümmer oder ein Ringsystem zu bekommen.^[31] Für die Beobachtung der Okkultation wurden Teams mit 22 mobilen 40-cm-Teleskopen und Kameras nach Südafrika und Argentinien gebracht, die im Abstand von ca. 10 bis 25 km entlang der Okkultationslinie aufgestellt werden, um zu gewährleisten, dass wenigstens eines der Teleskope die Okkultation im Zentrum beobachten kann. Die Okkultationen dauerten ungefähr 2 Sekunden.^[32]

Die Daten aus der Bedeckung am 3. Juni brachten überraschende Erkenntnisse. Die Bedeckung konnte von keinem der Beobachtungspunkte festgestellt werden, obwohl alle richtig positioniert waren. Die Wissenschaftler schließen daraus, dass das Objekt kleiner ist, als die Beobachtungen von Hubble nahelegten und die Größe daher eher unterhalb der ursprünglich angenommenen 20 bis 40 km liegt. Das Objekt muss dementsprechend entweder stark reflektieren, oder es handelt sich um ein binäres System oder sogar um einen Schwarm von kleinen Objekten, die bei der Entstehung des Sonnensystems übrig geblieben sind.^[33] Für die Beobachtung der Okkulatation am 10. Juli wurde zusätzlich das fliegende 2,5-m-Teleskop des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie (SOFIA) eingesetzt.^[34] Die Okkultation am 17. Juli 2017 konnte festgestellt werden und legte nahe, dass das Objekt langgestreckt, aber kürzer als 30 km ist, oder womöglich sogar ein binäres System, bei dem die beiden Teile jeweils 15–20 km groß sind.^[35]

Beobachtung weiterer Objekte

Im Januar 2017 machte New Horizons eine Reihe von Aufnahmen vom Sternenhintergrund, aber erst im September 2018 wird New Horizons nahe genug an (486958) 2014 MU₆₉ sein, um von LORRI erkannt zu werden.^[30] Außer 2014 MU₆₉ sollen noch ungefähr 20 weitere Objekte aus größeren Entfernungen beobachtet werden. Eine größere Anzahl von Objekten soll auf mögliche Ringsysteme untersucht werden. Beobachtungen aus der Distanz sind geplant für 2012 HZ₈₄, 2014 PN₇₀, 2014 OS₃₉₃, 2011 JA₃₂, 2011 HZ₁₀₂, 2012 HE₈₅, 2011 JW₃₁, 2011 JY₃₁, 2011 HF₁₀₃, 2011 HK₁₀₃, 2011 JX₃₁, 2010 JJ₁₂₄, 2002 MS4, die Zentauren Pholus und Chiron, die Plutinos Huya, 2002 KX₁₄ und Ixion sowie die Zwergplaneten Haumea, Makemake und Eris.^[5] 2014 OS₃₉₃ und 2014 PN₇₀ waren dabei zuvor als mögliche Sekundärziele für einen Vorbeiflug im Gespräch. Das New-Horizons-Team wurde für diese Aufgaben mit diversen Spezialisten verstärkt.^[36]

(15810) Arawn

Am 2. November 2015 erstellte LORRI mehrere Aufnahmen im Abstand von jeweils einer Stunde von (15810) Arawn. Zum Zeitpunkt der Aufnahmen befand sich das Objekt ca. 5,3 Milliarden km von der Sonne entfernt, aber nur 280 Millionen km von New Horizons.^[37] Eine weitere Beobachtung erfolgte am 7.–8. April 2016 aus einer Entfernung von 111 Millionen km. Durch gleichzeitige Beobachtung mit Hubble konnte die Bahn des Objekts unter Ausnützung der Parallaxe wesentlich genauer auf unter 1000 km genau bestimmt werden. Die Einschätzung als möglicher Quasisatellit zu Pluto war damit widerlegt. Die Beobachtung ergab außerdem eine Rotationsperiode von 5,47 Stunden, und dass die Oberfläche ziemlich uneben sein muss. Das Objekt soll ungefähr 145 km groß sein.^[38]

(50000) Quaoar

Am 13. und 14. Juli 2016 machte LORRI vier Aufnahmen von Quaoar. Die Aufnahmen aus einer Entfernung von 2,1 Mrd. km zeigen das Objekt nur als verwaschenen Punkt. Die Aufnahme hat dennoch wissenschaftlichen Wert, weil das Objekt aus einem anderen Winkel als von der Erde aus aufgenommen wurde. Die Aufnahme gibt Auskünfte über das Vermögen der Oberfläche, Licht in andere Richtungen zu streuen.^[39][40]

Beobachtung der Heliosphäre

Das Sonnensystem wird von einem stetigen Partikelstrom durchflutet. Die ersten Beobachtungen des Sonnenwinds außerhalb der Neptunbahn stammen von den beiden Voyager-Sonden. New Horizons erfasst mit den Instrumenten PEPSSI und SWAP dessen Energie und analysiert Partikel. Ursprünglich waren diese Instrumente vor allem dazu gedacht, die aus der Plutoatmosphäre entweichenden Partikel zu messen und dadurch Informationen über Pluto zu gewinnen. Seit dem Jupiter-Flyby 2007 wurden sie zunächst nur noch einmal jährlich zu Testzwecken betrieben. Die Wissenschaftler entwickelten einen Plan, der eine kontinuierliche Auswertung der Daten von PEPSSI auch während des Hibernation-Mode (der „Winterschlaf“-Phase zwischen Jupiter und Pluto) erlaubte. New Horizons begann mit den Messungen ungefähr zu der Zeit, als die Uranusbahn erreicht wurde. Auf diese Weise konnten seit 2012 nahezu ununterbrochen Daten über die Heliosphäre gesammelt werden.^[41] Es soll ein heliopshärischer Querschnitt des Kuipergürtels bis zu einer Entfernung von 50 AE generiert werden; dazu sollen von 2016 bis 2020 nahezu ununterbrochen Plasma, Staubpartikel und nicht ionisierte Gase gemessen werden. Nach dem Vorbeiflug können in den Jahren 2020 bis 2021 allgemeine astrophysikalische Untersuchungen gemacht werden, wenn die NASA solche anfordert.^[5][42]

Die Energieversorgung wird laut Projekt-Forschungsleiter Alan Stern bis in die 2030er Jahre ausreichen, und er hält einen Vorbeiflug an einem weiteren KBO-Objekt nach (486958) 2014 MU₆₉ für möglich.^[43] Berechnungen zufolge wird etwa 2035 der Termination Shock erreicht^[1] und die Heliopause etwa 2047.

Flugbahn

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  Flugbahn bei Begegnung mit Jupiter am 28. Februar 2009

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  Position der Sonde zum 14. Juli 2015 (Vorbeiflug an Pluto)

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  Seitliche Perspektive der Flugbahn

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  Die Bahn von New Horizons zu (486958) 2014 MU₆₉

Trivia

Neben der wissenschaftlichen Ausrüstung befinden sich an Bord von New Horizons einige kulturelle Gegenstände, darunter sind zwei Vierteldollar-Münzen von Maryland und Florida (den Staaten, in denen die Sonde gebaut und gestartet wurde), ein Bauteil von SpaceShipOne, eine CD, die mit 434.738 Namen von Internet-Nutzern beschrieben ist, die sich auf der New-Horizons-Homepage für die „Send-Your-Name-to-Pluto“-Aktion angemeldet hatten und eine 1991 ausgegebene US-Briefmarke mit der Aufschrift „Pluto Not Yet Explored“.^[44] Es ist die am weitesten gereiste Briefmarke.^[45] An Bord befindet sich auch ein Gefäß mit etwa 30 Gramm Asche von Clyde Tombaugh, der Pluto 1930 entdeckte.^[46]

Siehe auch

• Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen

Literatur

• Thorsten Dambeck: Der Voyager-Erbe. In: Astronomie heute. Jan./Feb. 2006, S. 16–19.

Weblinks

Commons: New Horizons – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Offizielle NASA-Seite zur Sonde (englisch)
• Offizielle Seite der Johns Hopkins University zur Sonde (englisch)
• New Horizons Missionsbeschreibung
• Umfangreiche Beschreibung von New Horizons, übernommen aus dem Launch Press Kit (englisch)
• Johns Hopkins Magazine – Mission: Pluto (englisch)

Einzelnachweise

Dieser Artikel wurde am 26. Mai 2006 in dieser Version in die Liste der exzellenten Artikel aufgenommen.