A sonda New Horizons é uma missão não tripulada da NASA, que foi lançada em 19 de Janeiro de 2006, por meio de um foguete espacialFoguete Atlas|Atlas V-551 a partir da Estação da Força Aérea, no estado da Flórida. A finalidade desta missão é a de explorar o Planeta anãoPlutão e seus satélites, includindo a lua Caronte e transmitir as imagens e os dados coletados para a Terra. Os planejadores desta missão pretendem que a NASA aprove a continuação da missão para a exploração do Cinturão de Kuiper.
A sonda foi construída através de um consórcio formado entre o Southwest Research Institute e o Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. O cientista coordenador da missão é S. Alan Stern da Southwest Research.
O principal objetivo desta missão é o de caracterizar globalmente a geologia e a morfologia de Plutão e de Caronte, além de mapear as suas superfícies. Também vai procurar estudar a atmosfera neutra de Plutão e estudar a sua taxa de fuga.
Os outros objetivos desta missão incluem o estudo das variações da superfície e da atmosfera de Plutão e de Caronte ao longo do tempo. Serão obtidas imagens de alta-definição em estéreo de determinadas áreas de Plutão e Caronte, para caracterizar a sua atmosfera superior, aionosfera; as partículas energéticas do meio ambiente e a sua interação com o vento solar.
Além disso a sonda vai procurar pela existência de alguma atmosfera em torno de Caronte. Vai procurar caracterizar a ação das partículas energéticas entre Plutão e Caronte. Também irá procurar por satélites ainda não descobertos e por possíveis anéis que envolvam Plutão e Caronte. Posteriormente pretende-se que a sonda deixe Plutão e saia a procura de um ou mais objetos do Cinturão de Kuiper.
Lançamento
O lançamento da New Horizons estava agendado originalmente para 11 de janeiro de 2006, mas foi adiado até 17 de janeiro para que inspeções do tanque dequerosene do foguete Atlas fossem realizadas. Dificuldades como nuvens baixas na rota do foguete, ventos fortes e problemas técnicos sem relação com o próprio foguete atrasaram o lançamento por mais dois dias. A sonda finalmente decolou da Plataforma 41 da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, Flórida(diretamente ao sul do complexo de lançamentos 39 para ônibus espaciais), às 19:00 UTC do dia 19 de janeiro de 2006.
O segundo estágio Centaur foi acionado às 19:30 UTC, enviando com sucesso a sonda em uma trajetória de escape solar. A New Horizons demorou apenas nove horas para atingir a órbita da Lua, ultrapassando-a antes das 05:00 UTC de 20 de janeiro de 2006.
Embora houvesse outras oportunidades de lançamento em fevereiro de 2006 e fevereiro de 2007, apenas os primeiros 23 dias de 2006 favoreciam um sobrevoo de Júpiter. Qualquer lançamento fora desse período teria forçado a sonda a voar por uma trajetória mais lenta até Plutão, atrasando seu encontro por 2 a 4 anos.
A sonda foi lançada por um foguete Atlas V 551 da Lockheed Martin, com um terceiro estágio adicional Star 48B da ATKpara aumentar a velocidade de escape heliocêntrica. Este foi o primeiro lançamento da configuração 551 do Atlas V, bem como o primeiro lançamento do Atlas V com um terceiro estágio adicional (foguetes Atlas V geralmente não têm um terceiro estágio). Vôos anteriores haviam usado nenhum, dois, ou três boosters sólidos, mas nunca com cinco. Isto colocou a aceleração de decolagem do Atlas V 551 em mais de 9 MN, mais que o Delta IV Heavy. A maior parte deste impulso vem do motor russo RD-180, capaz de 4,152 MN. O Delta IV Heavy continua sendo o maior veículo, com mais de 726 toneladas, contra 572 toneladas do Atlas AV-010. O foguete Atlas V já havia sido ligeiramente danificado quando ofuracão Wilma atingiu a Flórida em 24 de outubro de 2005. Um dos boosters sólidos foi atingido por uma porta. A solução foi substituí-lo por uma unidade idêntica, ao invés de inspecionar e requalificar o original.
Passando a órbita de Marte e encontro com asteróide
Em 7 de abril de 2006, às 10:00 UTC, a sonda passou a órbita de Marte, afastando-se a cerca de 21 km/s do Sol e a uma distância solar de 243 milhões de quilômetros.
A New Horizons fez um sobrevôo distante do pequeno asteróide 132524 APL (anteriormente conhecido por sua designação provisória de 2002 JF56), a uma distância de 101867 km às 04:05 UTC de 13 de junho de 2006. A melhor estimativa atual de diâmetro do asteróide é de aproximadamente 2,3 km, e a análise espectral feita pela New Horizons revelou que o APL é um asteróide tipo S.
A sonda rastreou com sucesso o asteróide de 10 a 12 de junho de 2006. Isto permitiu à equipe da missão testar a capacidade da sonda para rastrear objetos em movimento rápido. Imagens foram feitas através do telescópio Ralph.
Auxílio Gravitacional de Júpiter
A câmera de Reconhecimento de Longo Alcance (Long Range Reconnaissance Imager - LORRI) da New Horizons fez as primeiras fotografias de Júpiter em 4 de Setembro de 2006. A sonda iniciou estudos aprofundados do sistema Joviano em Dezembro de 2006.
A New Horizons recebeu um auxílio gravitacional de Júpiter após a máxima aproximação às 05:43:40 UTC de 28 de Fevereiro de 2007. Ela passou através do sistema joviano a 21 km/s em relação a Júpiter (23 km/s em relação ao Sol). O sobrevôo aumentou a velocidade da New Horizons em aproximadamente 4 km/s em relação ao Sol, pondo a sonda em uma trajetória mais rápida até Plutão, cerca de 2,5 graus distante do plano da órbita terrestre (a "eclíptica"). Até outubro de 2011, a atração gravitacional do Sol desacelerou a sonda até cerca de 15,6 km/s. A New Horizons foi a primeira sonda lançada diretamente até Júpiter desde a sonda Ulysses em 1990.
Enquanto em Júpiter, os instrumentos da New Horizons realizaram medições refinadas das órbitas das luas interiores de Júpiter, particularmente Amalteia. As câmeras da sonda analisaram os vulcões em Io e estudaram as quatro luas galileanas detalhadamente, assim como realizaram estudos a longa distância das luas exteriores Himalia e Elara. Imagens do sistema joviano começaram a ser feitas em 4 de setembro de 2006. A sonda também estudou a Pequena Mancha Vermelha de Júpiter e a magnetosfera do planeta e seu sistema de anéis.
Futuro
Em razão de sua grande velocidade, a sonda não deverá entrar em órbita de Plutão quando dele se aproximar por volta de 14 de Julho de 2015, dado que a manobra para inserção orbital requeriria grandes quantidades de combustível para a frenagem. Mas a fase ativa da missão deverá se iniciar cerca de seis meses antes da máxima aproximação. Desta forma se poderá observar metade da rotação entre Plutão e Caronte, que permitirá coletar imagens da lateral de ambos os corpos celestes.
A sonda New Horizons deverá passar abaixo de 10.000 km de Plutão a uma velocidade relativa de 14 km/s quando de sua máxima aproximação e deverá se aproximar cerca de 27.000 km de Caronte.
Depois de estudar Plutão, a sonda deverá seguir em direção ao Cinturão de Kuiper onde se espera que pesquise de um a três objetos deste cinturão, que tenham o diâmetro maior de 35 km, efetuando pesquisas semelhantes às feitas em Plutão. Esta fase da missão deverá durar de 5 até 10 anos.
A sonda
A sonda espacial apresenta a forma de um largo triângulo medindo 0,68 x 2,11 x 2,74 metros de lado, com a estrutura cilíndrica do gerador termoelétrico de radioisótopos saindo de um de seus vértices, no plano do triângulo e uma antena parabólica de 2,5 metros de diâmetro apoiada em um das faces do triângulo.
A sonda tem uma massa de 478 kg, incluindo 77 kg de hidrazina e 30 kg de instrumentos científicos.
Uma estrutura cilíndrica de alumínio situada no meio da sonda serve de base para todas os demais secções da sonda e ela é o tanque de propelente da sonda. Toda a estrutura é coberta por várias camadas de material térmico. As comunicações com a sonda deverão ser efetuadas na banda X da faixa de microondas e em Plutão, a taxa de transferência de dados deverá ser de 600 bps para se comunicar com as antenas de espaço profundo de 70 metros de diâmetro da NASA.
O gerador termoelétrico de radioisótopos deverá fornecer aproximadamente 200 W de energia quando do encontro da sonda com Plutão em 2015. No lançamento o gerador fornecerá 240 watts. Um tanque com monopropelente a Hidrazina deverá fornecer combustível para os 16 empurradores distribuídos ao longo da sonda.
A sonda é estabilizada em seus três eixos além de poder girar em torno de sí de forma controlada. Câmeras voltadas para as estrelas estão montadas nas laterais da sonda, para auxilia-la na navegação.
A massa total dos instrumentos científicos da sonda é de 30 kg e eles necessitam de apenas 21 Watts de energia para fazer funcionar os seus sete instrumentos científicos.
O custo total da missão é estimado aproximadamente em 700 milhões de dólares, incluindo o custo da sonda, desenvolvimento dos instrumentos, veículo lançador, controle da missão e análise dos dados englobando o período de 2001 a 2016.
Instrumentos científicos
- Long Range Reconnaisance Imager (LORRI) - Câmera de longa distância focal projetada para responsividade e resolução elevadas em comprimentos de onda visíveis. O instrumento é equipado com um sensor CCD monocromático de alta resolução (1024×1024) com abertura de 208,3 mm, capaz de uma resolução de 5microrradianos (aproximadamente um segundo de arco). O CCD é mantido a uma temperatura bem abaixo de zero por um radiador passivo na face anti-solar da sonda. Este diferencial de temperatura requer isolamento térmico e isolamento físico do resto da estrutura. Os espelhos Ritchey-Chrétien e a estrutura de medição são feitos de carbeto de silício para aumentar a rigidez, reduzir o peso, e evitar a deformação em temperaturas baixas. Os elementos ópticos ficam em um escudo de luz composto, com um suporte de titânio e fibra de vidro para isolamento térmico. A massa total é de 8,6 kg, com a montagem do tubo óptico pesando cerca de 5,6 kg,um dos maiores telescópios de carbeto de silício já lançados ao espaço.
- Ralph - O Ralph irá criar dois mapas cor das superfícies de Plutão e Caronte com uma resolução de até 250 m por pixel, bem como mapear a composição das superfícies dos dois corpos. O instrumento consiste de um telescópio de 6 cm de abertura, com estruturas que registram a luz em dois canais separados: a Câmara de Imagem Visível Multispectral (Multispectral Visible Imaging Camera - MVIC), que tem quatro CCDs para imagens coloridas com três CCDs para imagens pancromáticas (preto e branco), e a Matriz de Imagens Espectrais de Etalons Lineares (Linear Etalon Imaging Spectral Array - LEISA). A MVIC atua na faixa de 400-950 nm da luz visível e a LEISA no infravermelho em comprimentos de onda de 1,25 a 2,5 mícrons. A resolução da MVIC é de 20 microrradianos, e a da LEISA é de 62 microrradianos. O Ralph pesa 10,3 kg e utiliza 6,3 watts de potência média. O instrumento foi desenvolvido pela Ball Aerospace, o Goddard Space Flight Center da NASA e o Southwest Research Institute.
- Alice - Um espectrômetro de imagens ultravioleta para estudar a atmosfera de Plutão. Alice pode ser operado em dois modos: o modo "airglow" em que as emissões da atmosfera são medidos, e o modo "ocultação", que aponta o instrumento para o sol ou para outro astro luminoso através da atmosfera de Plutão e determinará a composição desta através da análise de como a luz do sol é absorvida. Alice trabalha na faixa de luz ultravioleta de 50 a 180 nm e consiste de um telescópio compacto, um espectrógrafo e um sensor que tem 32 áreas separadas ("pixels"), cada uma com 1024 canais espectrais. Alice pesa 4,5 kg e requer uma média de 4,4 watts de potência. O instrumento é uma versão atualizada do instrumento Alice na sonda europeia Rosetta, que também veio dos EUA, e foi desenvolvido pelo Southwest Research Institute.
- Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI) - É um espectrômetro de íons e elétrons para procurar átomos neutros que escapam da atmosfera de Plutão e são eletricamente carregados pelo vento solar. No instrumento, íons com energia entre 1 e 5000 keV e elétrons com energias de 20 a 700 keV são detectados, e a massa e energia de cada partícula são medidas. O PEPSSI pesa 1,5 kg e requer, em média, 2,5 watts de potência. O instrumento foi desenvolvido pelo Laboratório de Física Aplicada (Applied Physics Laboratory - APL) da Universidade Johns Hopkins.
- SWAP - Tem a finalidade de medir a interação de Plutão com o vento solar.
- Radio Science Experiment (REX) - Consiste em um pequeno circuito integrado que contém um sofisticado sistema de processamento de sinais de rádio. A sonda dispõem de duas cópias do REX e pode utilizar ambas simultaneamente. A finalidade deste instrumento é a de medir a temperatura da atmosfera e a sua pressão, medir a densidade da ionosfera e procurar por atmosfera em Caronte.
- Student-built dust counter (SDC) - Consiste em um medidor de poeira interestelar.
