新视野号“邂逅”冥王星200年才一次

金 煜

9年飞行，48亿公里。2015年7月14日，比三角钢琴没大多少的“新视野”号探测器顺利到达目的地——冥王星的附近，第一次真正揭开了冥王星的神秘面纱。

“新视野”号飞掠冥王星，打破了单次太空任务的多个历史性纪录：它造访的，是传统教科书中太阳系中最后一颗行星，也是人类所能靠近的最远一颗行星。接下来，“新视野”号将到访柯伊伯带，向人类揭开太阳系起源的秘密。

设计，被木星踢了一脚直奔冥王星

“我们从1989年就开始了这个项目，2001年向美国宇航局申请这个项目，2006年‘新视野’号发射，昨天，我们终于成功了！”7月15日，科学家弗兰·巴吉纳尔说。

弗兰是科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室教授，全程参与“新视野”号任务的副研究员。她说：“我们有上千名科学家参与，一共付出了2百万个工作小时，值得了！”

“新视野”号是目前为止速度最快的太空飞行器吗？被问及此问题时，弗兰想了想，给出了肯定的回答：“是的，从地球发射飞往外太空的飞行器中，‘新视野’号是最快的。”

冥王星与太阳的平均距离为59亿公里，它接收的太阳辐射只有地球表面接收太阳辐射的千分之一。这意味着，安装在过去那些探测器上的太阳能电池板不再适用，改由核动力发电机为“新视野”号提供能源。

为了在漫长的旅程中保持“体力”，“新视野”号的设计总功率只有200W。这些在地球上仅够点亮几个不太亮的灯泡的能量，要帮助“新视野”号完成变轨和姿态调整，还要为飞行器携带的仪器提供能源。

在太空中飞行时，采用核动力的“新视野”号每小时速度达到5.7万公里，每秒时速16公里，它用了9年多就到达近48亿公里之外的冥王星。“新视野”号在9个小时内就越过月球轨道，到达木星只花了13个月，相比之下，当年阿波罗号花了3天才到达月球。

弗兰介绍说，“新视野”号所有的工程设计，都有最重要的一个目的：让它尽快到达冥王星。比如，“新视野”号大小如一台三角钢琴那么大，重量不到500千克，但却用了带有5个固态火箭助推器的Altas V型火箭发射，以给予其最大推力。

45分钟后，“新视野”号就脱离火箭，以时速5.7万公里离开地球，这个速度超过了其他太空飞行器脱离地球引力时的速度，打破了1972年先锋号离地时时速5.2万公里的速度，这个飞行速度比喷气式客机快几十倍。

“新视野”号轻装上阵，它飞行9年，穿越近50亿公里，却携带了77千克的助推剂。这些燃料只在必要的轨道调整和旋转操作时使用。事实上，在“新视野”号长达9年的旅程中，大部分时间不用助推剂。弗兰介绍，路过木星后，木星引力帮了忙，“踢了一脚”，令“新视野”号往冥王星方向继续前进。引力助推，是令太空飞行器进行星际旅行的好办法。此前，“旅行者2”号就曾在上世纪七八十年代借用过木星、土星等行星的引力，“卡西尼”号也借助过金星的引力。如果不是因为木星，“新视野”号至少要多花3年时间才能到达冥王星附近。

飞行，错过这次良机要再等200年

“新视野”号为何非要用尽一切办法赶时间到达冥王星附近？“我们必须要尽快到达，否则冥王星就会像地球半年中的极地一样全是黑的，完全没有日光。”弗兰说。

冥王星距离太阳平均距离有39.4天文单位(1个天文单位约等于地球跟太阳的平均距离)，太阳光要5.5个小时才能到达冥王星。冥王星绕太阳公转的周期要248年，这意味着一旦错过阳光普照下的冥王星，它很快就会长期被阴影包围变成一个冰冻星球，下一次再在如此好的机会下见到冥王星，将是200年之后。

在阳光下对冥王星进行拍摄至关重要。弗兰说，虽然有些仪器可以在黑暗的星球表面探测，如探测星球表面化学成分，但探测冥王星的主要目的之一还是借助阳光，用高清晰度照相机拍照。从1989年之后冥王星就过了太阳直射，接收的热量一年比一年少，科学家预计，它的大气也会越来越冷，所以要在它尚有着厚实大气的时候造访。

“如果去晚了，会带来一系列问题。”《国际太空》杂志执行副主编、航天专家庞之浩说，届时冥王星可能会有大片阴影，或者仪器被稀薄的大气冻住难以探测，其卫星也可能长时间被阴影包围，这对地图绘制会带来极大困难。

“时间掌握非常重要，如果推迟发射，木星对地球和冥王星的位置发生变化，就没法借助木星引力加速了。下次再借助木星引力要等到2018年，那时冥王星远离太阳，就很难探测了。”庞之浩说，“现在‘新视野’号的速度是空前的，基本上达到第三宇宙速度了。”

同样没有选择的是探测方式。尽可能快地到达冥王星，就意味着放弃着陆或进入轨道的可能性，只能采用“飞掠”的方式，边经过边探测。弗兰说，冥王星的引力很小，如果要进入轨道，就需要相当多的燃料来减速，“你或者带大量燃料选择着陆，或者用很轻的飞行器，带少量科学仪器，尽快到达，拍下照片发回来。”

庞之浩也表示，“新视野”号的速度太快了，如果要“刹车”的话，就需要消耗比现在多1000倍的燃料来减速。根据美国宇航局对其2006年前发射，2015年到，以及费用不能超过5亿美元的要求，“新视野”号不得不选择高速、低成本的方案。

意外，飞掠冥王星前夕打了一个“嗝”

长达十几年时间里，因为预算问题，探索冥王星的计划反复地提交、否决、提交、否决。

“如果探索冥王星任务是一只猫的话，它早死了，因为猫也只有9条命。”“新视野”号首席调查员艾伦·斯特恩在“新视野”号的相关纪录片中打趣地说。

“新视野”号飞行了9年，但最漫长的等待确是在确认“新视野”号成功飞掠冥王星的那几个小时内。“总体非常顺利，完全按照我们的计划走。”弗兰说，但靠近冥王星时，差一点就出了大问题。

靠近冥王星时，“新视野”号上的所有设备都处于工作状态，全力以赴地开始准备各种探测，这时，各个系统的负担也增加了。地面控制人员始终在持续联系“新视野”号，但7月11日它突然没了声音，一个多小时后，地面再次联系上了飞行器，此时它已进入安全模式，停止数据采集。

“一下子变得忙碌了，就像你的电脑一样，用太多的程序时就会负载过重。”弗兰说，因为负担过重，飞行器上的计算机进行了“重启”。第二天，“新视野”号重启所有正常的探测。

NASA深空探测网络蒂德宾比拉太空跟踪站发言人格兰·纳吉尔对媒体表示，幸好这样的故障发生在11日，因为一旦发生在13日，即“新视野”号最接近冥王星，最需要采集数据时，那损失可能就更大。

这一故障，被一些媒体称之为“新视野”号“打了一个嗝”，但却并未影响到任何重要的科学探测。

飞掠冥王星时，为了让“新视野”号所有的精力都集中在采集数据上，科学家暂时关闭了数据传输系统，直到当天晚上才开始传输信号。地面向飞行器发出信号，9个小时后才返回一次，但它带来了好消息：“新视野”号确认飞掠了冥王星。控制室里爆发出热烈的掌声，有人流下了眼泪。

“冥王星是柯伊伯带中最典型的天体，这些天体是太阳系形成的重要原因，”弗兰说，“最终，我们可以通过‘新视野’号挖掘冥王星的秘密，可以去了解太阳系是怎么形成的。”